金慧莉

【摘 要】本文從人、工、智、能四個方面闡述如何上好人工智能課程，并指出在書籍選擇、教學設計、教學語言和知識體系等方面需要避免的問題。

【關鍵詞】以人為本；工程思維；人工智能；能力培養(yǎng)

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）09-054-02

從狩獵到農(nóng)耕，從工業(yè)到互聯(lián)網(wǎng)，再到人工智能，一個時代的更迭往往是以科學技術的進步為標志。隨著各種重復性不需要思考的職業(yè)逐漸被人工智能取代，隨著無人機、自動駕駛、金融、醫(yī)療等領域開始廣泛應用人工智能，以及ChatGPT的橫空出世，無論是否承認，當今的時代已經(jīng)是人工智能的時代，而我們和孩子都生活在這個時代里。

2017年7月，國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出，要“實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程”“鼓勵進行形式多樣的人工智能科普創(chuàng)作”“鼓勵科學家參與人工智能科普”。隨后，在《普通高中課程方案和課程標準》中《人工智能初步》被列入高中信息技術選擇性必修課程。2018年4月，教育部發(fā)布《教育信息化2.0行動計劃》，進一步明確“構(gòu)建人工智能多層次教育體系，在中小學階段引入人工智能普及教育”。

在這樣的背景下，“如何把人工智能講給孩子”引發(fā)了很多中小學一線信息科技教師的思考和嘗試。從2018年8月起，東城區(qū)小學信息科技教師團隊率先啟動了人工智能教學資源的開發(fā)與實踐的研究。2019年8月，由北京建筑大學秦建軍教授策劃、東城區(qū)教師研修中心郭艷玫老師組織多位骨干教師參與編寫的《小學人工智能基礎（上、下冊）》正式出版。同年，東城區(qū)規(guī)劃課題“小學人工智能學習資源的開發(fā)與實踐”正式立項。在四年多的嘗試、研究、實踐過程中，我們發(fā)現(xiàn)：在教學中，以“人、工、智、能”四個字為指導理念，以“體驗、感悟、嘗試”為教學方式，能夠真正將中小學的人工智能教育落在實處。

落實人工智能教學的策略

1.人：教學設計以人為本，定位清晰準確

立德樹人，是教育的根本任務，無論教什么，始終要把學生的實際獲得放在最前面，時刻圍繞“以學生為中心”的教學定位，時刻關注學生在每節(jié)課中的實際收獲。如在“初識人工智能”一課中，教學目標中有一條是了解“人工智能”的概念。我們都知道，枯燥的概念無法引起學生的興趣，尤其是在帶領學生走進人工智能世界的第一課，如果上來就是枯燥的概念闡述，很容易影響學生后續(xù)學習的積極性。因此，我們可以采用以學生現(xiàn)有的認知水平為起點，帶領他們在充分感受、體驗人工智能產(chǎn)品的基礎上，了解科技的發(fā)展以及人工智能帶給生活的改變的方式，引導學生直觀地認識什么是人工智能。

2.工：教學工具軟硬結(jié)合，體現(xiàn)工程思維

在軟硬件相結(jié)合的學習過程中，學生的工程項目意識可以得到充分提升。如在以綜合實踐活動為主要內(nèi)容的“快到碗里來”一課中，我們引導學生實踐體驗分揀器分揀物品，學習控制舵機和組裝分揀器的方法，在此基礎上嘗試根據(jù)所學知識及硬件套裝，設計、組裝、調(diào)試一個顏色分揀系統(tǒng)。后期，我們還可以引導學生結(jié)合實際生活對自己設計制作的現(xiàn)有系統(tǒng)進行改善。

3.智：教學過程充分動腦動手，凸顯人工智能味道

手腦并用，可以使學生在學習核心概念時有操作實例作為支撐，在完成任務后對人工智能概念有深入思考。如在“知識表示與推理”單元“翻轉(zhuǎn)表情包”一課中，為了能夠讓學生更好地認識二進制，學會用二進制表示數(shù)字，我們可以在教學過程中設計實施一個讓孩子們手腦并用的“翻牌游戲”，讓他們在游戲中感受可以用“正反”兩種狀態(tài)組成的序列表示一個數(shù)字。在引發(fā)了學生對了解二進制數(shù)的興趣和渴望之后，我們通過特制的計數(shù)器，引導學生推理二進制的進位規(guī)則；在認識了二進制后，可以再次帶領他們借助卡牌，掌握將十進制數(shù)轉(zhuǎn)換成二進制數(shù)的方法。

4.能：教學理念學用一體，注重能力培養(yǎng)

在當前人工智能領域高速發(fā)展的浪潮中，只有學用一體才能真正地培養(yǎng)學生的諸多能力，為他們后續(xù)接觸人工智能更多、更深領域的學習打下堅實的基礎。如“數(shù)字挑戰(zhàn)”一課中，有一個智能手環(huán)的例子。手環(huán)是常見的人工智能產(chǎn)品之一，能夠起到測量記錄顯示步數(shù)、心跳等信息的作用。這個功能學生可能體驗過，但是手環(huán)里面有什么他們未必清楚。在教學中，我們可以帶領學生完成一個手環(huán)的拆解，手環(huán)可以是實物的，也可以是模擬的。拆解的過程就是他們對人工智能產(chǎn)品有更深入認識的過程。通過拆解，學生能夠知道，手環(huán)上有兩個核心部件與計步關系最大，一個是顯示屏，用來顯示步數(shù)，另一個是加速度傳感器，用來檢測人手臂的擺動。在了解了手環(huán)的組成之后，我們繼續(xù)引導學生思考為什么手環(huán)可以實現(xiàn)計步的功能，它到底記錄的是什么？通過分析，學生了解步數(shù)的記錄與擺臂的次數(shù)相關。雖然我們擺臂的幅度和速度不一樣，但它的次數(shù)是一定的，手環(huán)內(nèi)的加速度傳感器就是通過次數(shù)的記錄完成步數(shù)的記錄，這就是一個看似普通的人工智能產(chǎn)品背后的科技體現(xiàn)。在感悟原理后，我們繼續(xù)利用軟件和硬件帶領學生制作一個簡單的手環(huán)，并鼓勵他們把自己制作的產(chǎn)品分享給其他人。由于已經(jīng)體驗、了解了手環(huán)的功能，又拆解和分析手環(huán)，并對其工作原理有了清晰地認識，當學生嘗試制作的時候，頭腦是清晰的，制作完成時獲得的成就感也是非常深入的，他們可能會這樣說：“我不僅會制作計步器，我還知道計步器是怎么做的，為什么要這么做”。

人工智能教學中需要避免的問題

了解落實人工智能教學的策略，那么在教學中還要注意哪些問題呢？

首先，市面上有多種人工智能相關用書，在教學中，我們要避免把它們當成產(chǎn)品說明書或者用戶指南。一定要以學生為本，從學生的需要出發(fā)，選擇相關書籍。

其次，在目標的設計上，我們要避免只重視技能訓練，而忽視思維培養(yǎng)的情況。如在學習過數(shù)據(jù)單元后，我們帶領孩子做連一連的活動，將圖示和名稱相對應，讓孩子進一步鞏固數(shù)據(jù)的收集、存儲以及處理的過程。這個活動看似跟編程沒什么關系，但其實是在通過回憶機器學習的過程培養(yǎng)學生的計算思維。

再次，要避免任務設計的過度“游戲化”、教學語言的過度“低齡化”。在教學方式上適當?shù)夭捎糜螒虻姆绞绞菦]有問題的，因為義務教育階段的孩子小，游戲可以吸引他們積極參與課堂活動。而在人工智能教學的過程中，我們要充分考慮孩子“向上”銜接的問題。有一些看似很難的人工智能專有名詞，如機器學習、專家系統(tǒng)等，對于已經(jīng)生活在新技術時代的這些孩子來講并不陌生，而且是孩子們在更高階段的人工智能學習中會繼續(xù)用到的，因此沒有必要將這些他們可能已經(jīng)熟悉的、能接受的知識去做“低齡化”的處理。如在軟硬件結(jié)合的第一課中，我們設計了“初識人機接口”的活動。“人機接口”這個詞好像聽上去很專業(yè)，其實經(jīng)過我們簡單的講解，孩子們能明白什么叫人機接口。因此，在任務的開展過程中，完全不用回避這個名詞。又如，在采集溫度和土壤濕度數(shù)據(jù)的任務中，教學語言上，不需要進行過多的模擬、修飾，在布置任務時，就明確地告訴孩子，我們下一個任務就是采集土壤的溫度和采集土壤的濕度數(shù)據(jù)。這樣的教學用語呈現(xiàn)對學生形成科學化的人工智能思想和認識能夠起到輔助作用。

最后，要避免學生認知體系的碎片化。認識的碎片化，其實是不利于學生未來對于人工智能進行系統(tǒng)學習的。我們在設計實施人工智能相關內(nèi)容的教學時，可以選擇人工智能核心概念作為單元的標題，通過思維導圖的形式為學生呈現(xiàn)本單元的學習過程，能夠?qū)W到什么樣的知識，參與什么樣的操作。在幾個單元的教學完成后，我們還可以將單元思維導圖串聯(lián)成學期、學年有關人工智能學習的一個大的思維導圖，這樣便于孩子們在人工智能的學習過程中形成體系化的認識。

結(jié)? 語

人工智能作為一種影響社會各個方面的顛覆性技術，將對孩子們的生活和學習產(chǎn)生重大影響。在義務教育階段開展人工智能教育其實就是為祖國的未來做好人才儲備，同時，也是培養(yǎng)孩子們計算思維、激發(fā)孩子們科學探索精神的有力手段。相信全體一線信息科技教師發(fā)揮潛力、共同鉆研，一定能夠完成好把人工智能教給孩子的重要使命，做好孩子們?nèi)斯ぶ悄軉⒚呻A段的引路人。

作者單位：北京市匯文第一小學

編? ?輯：馮艷艷