張錦燕 林素芳 馬夢(mèng)怡 李新暉

摘 ?要：針對(duì)中小學(xué)人工智能教育課程存在著內(nèi)容碎片化、課時(shí)少、缺乏專業(yè)教師等問(wèn)題，文章以佛山市中小學(xué)人工智能教育為研究對(duì)象，對(duì)教學(xué)內(nèi)容、實(shí)施情況、師資水平及教學(xué)效果進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，并結(jié)合國(guó)內(nèi)外中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀進(jìn)行了文獻(xiàn)研究，從相關(guān)概念、技術(shù)體驗(yàn)與應(yīng)用以及智能作品創(chuàng)造三方面提出了小學(xué)人工智能課程教學(xué)框架，并介紹了相應(yīng)的人工智能課例。

關(guān)鍵詞：人工智能;信息技術(shù);核心素養(yǎng);項(xiàng)目式教學(xué)

中圖分類號(hào)：TP39;G434 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2021）14-0177-05

Abstract： Aiming at the problems of fragmented content， lack of class hours and lack of professional teachers in the artificial intelligence education curriculum of primary and secondary schools， the paper takes the artificial intelligence education of primary and secondary schools in Foshan as the research object， makes a field investigation on the teaching content， implementation， teacher level and teaching effect， and makes a literature research in combination with the current situation of artificial intelligence education of primary and secondary schools at home and abroad. This paper puts forward the teaching framework of artificial intelligence course in primary school from three aspects： related concepts， technical experience and application and intelligent work creation， and introduces the corresponding artificial intelligence course examples.

Keywords： artificial intelligence; information technology; core literacy; project teaching

0 ?引 ?言

隨著科技的創(chuàng)新與發(fā)展，“人臉識(shí)別”“語(yǔ)音合成”“語(yǔ)音識(shí)別”等人工智能產(chǎn)品逐漸進(jìn)入大眾視野，也逐漸應(yīng)用于教育體系中。從2017年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，到2018年教育部印發(fā)的《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》都可以看出，在中小學(xué)階段加入人工智能教育是大勢(shì)所趨，目的在于打造人工智能專業(yè)教育、職業(yè)教育和大學(xué)基礎(chǔ)教育于一體的高校教育體系。但目前我國(guó)中小學(xué)人工智能教育還存在缺乏系統(tǒng)的課程標(biāo)準(zhǔn)、科學(xué)的內(nèi)容體系以及專業(yè)的師資隊(duì)伍等問(wèn)題?；诖?，本文以佛山市中小學(xué)人工智能教育為研究對(duì)象，進(jìn)行實(shí)地調(diào)研，結(jié)合國(guó)內(nèi)外中小學(xué)人工智能教育文獻(xiàn)研究，從而提出小學(xué)人工智能課程框架以及進(jìn)行人工智能課例的教學(xué)設(shè)計(jì)。

1 ?人工智能教育

人工智能教育指將人工智能（AI）與學(xué)習(xí)科學(xué)結(jié)合起來(lái)，是一門(mén)學(xué)習(xí)與人工智能相關(guān)的方法、理論、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的綜合性學(xué)科[1]。人工智能教育的目的在于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、信息素養(yǎng)和計(jì)算思維等，在設(shè)計(jì)人工智能課程時(shí)需要將學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)背景與人工智能本身的知識(shí)體系相融合，合理安排教學(xué)內(nèi)容，開(kāi)展包括基本概念、技術(shù)應(yīng)用與體驗(yàn)以及主流算法在內(nèi)的系統(tǒng)化的人工智能課程，激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能的興趣。

1.1 ?人工智能課程特征

1.1.1 ?綜合性強(qiáng)

人工智能本身是一門(mén)交叉性學(xué)科，不僅涉及眾多學(xué)科而且研究范疇廣泛，需要據(jù)被一定的計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)和數(shù)理知識(shí)。中小學(xué)人工智能課程包括機(jī)器學(xué)習(xí)、智能機(jī)器人、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、自然語(yǔ)言理解和知識(shí)獲取等，而不同學(xué)段側(cè)重點(diǎn)也有所不同，小學(xué)階段重點(diǎn)在于感悟，讓學(xué)生通過(guò)體驗(yàn)人工智能產(chǎn)品，直觀了解人工智能對(duì)日常生活的影響，初步構(gòu)建人工智能意識(shí)[2]。

1.1.2 ?技術(shù)性強(qiáng)

作為一門(mén)新興學(xué)科，人工智能課程的教學(xué)內(nèi)容隨著研究的深入不斷更新。人工智能技術(shù)包括云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等內(nèi)容，這類技術(shù)性強(qiáng)的學(xué)科，對(duì)于學(xué)生以及教師都是一種挑戰(zhàn)。人工智能課程知識(shí)體系龐大，且不斷更新，目前國(guó)內(nèi)專業(yè)人工智能教師人才較少，教學(xué)難度高。

1.2 ?人工智能教育應(yīng)用難點(diǎn)

1.2.1 ?系統(tǒng)學(xué)習(xí)難

在人工智能教育過(guò)程中，學(xué)生可通過(guò)人臉識(shí)別或增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等人工智能產(chǎn)品，產(chǎn)生真實(shí)學(xué)習(xí)體驗(yàn)，理解知識(shí)。但依托信息技術(shù)學(xué)科進(jìn)行的小學(xué)人工智能教育，課程內(nèi)容比較碎片化，缺乏系統(tǒng)的課程標(biāo)準(zhǔn)。例如佛山市小學(xué)人工智能課程包括語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別、圖像識(shí)別、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人工智能編程等，且各個(gè)學(xué)校側(cè)重點(diǎn)有所差異，導(dǎo)致開(kāi)展人工智能系統(tǒng)學(xué)習(xí)較為困難[3]。

1.2.2 ?深入探究難

人工智能教育是基礎(chǔ)教育改革的大力發(fā)展對(duì)象，人工智能本身的神秘感和科技感使學(xué)生充滿好奇，但調(diào)查發(fā)現(xiàn)目前的信息技術(shù)教師對(duì)于人工智能相關(guān)知識(shí)（例如BP算法、語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)等）把握的還不夠準(zhǔn)確，無(wú)法帶領(lǐng)學(xué)生深入探究[3]。

1.2.3 ?規(guī)范技術(shù)影響難

雖然教師在進(jìn)行人工智能教學(xué)時(shí)可以為學(xué)生提供視頻資料甚至是真實(shí)體驗(yàn)的機(jī)會(huì)，但人工智能技術(shù)的學(xué)習(xí)離不開(kāi)網(wǎng)絡(luò)以及一些技術(shù)的支持，這些技術(shù)是否會(huì)分散學(xué)生的注意力，如何利用技術(shù)提高教學(xué)效果也困擾著教育者們。

1.3 ?依托小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)的人工智能課程設(shè)計(jì)思路

1.3.1 ?小學(xué)人工智能課程教導(dǎo)內(nèi)容

2019年《中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)發(fā)展報(bào)告之人工智能教育（基礎(chǔ)教育）領(lǐng)域》對(duì)人工智能教育小學(xué)階段的目標(biāo)能力、內(nèi)容導(dǎo)向以及學(xué)習(xí)方式做出闡述，如表1所示 [4]。

1.3.2 ?小學(xué)人工智能課程框架

我國(guó)人工智能本科專業(yè)自2018年開(kāi)始成立，第一批畢業(yè)生剛剛進(jìn)入教學(xué)崗位，也就意味著目前中小學(xué)信息技術(shù)教師大多是信息技術(shù)專業(yè)或計(jì)算機(jī)專業(yè)出身，對(duì)于人工智能領(lǐng)域了解有限?？紤]到小學(xué)生的認(rèn)知水平、信息技術(shù)教師背景、人工智能課時(shí)較少以及人工智能本身內(nèi)容體系等問(wèn)題，參考廣東省中山市某小學(xué)設(shè)計(jì)的基于“1+2”課程模式的小學(xué)《人工智能課程》[5]及多地區(qū)小學(xué)信息技術(shù)教材，筆者從相關(guān)概念、技術(shù)體驗(yàn)與應(yīng)用以及創(chuàng)造人工智能作品三個(gè)方面設(shè)計(jì)小學(xué)人工智能課程框架，如圖1所示。

2 ?“語(yǔ)音識(shí)別”教學(xué)課例設(shè)計(jì)

2.1 ?教學(xué)內(nèi)容

本課例選自佛山市信息技術(shù)教材五年級(jí)下冊(cè)第4課《語(yǔ)音識(shí)別》，教學(xué)內(nèi)容主要是編程貓IDE的“語(yǔ)音識(shí)別”指令。以“訊飛語(yǔ)音識(shí)別體驗(yàn)”導(dǎo)入激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，教師示范編寫(xiě)“識(shí)別中英文”程序，通過(guò)“翻譯小助手”“智能家具”等拓展訓(xùn)練加深人工智能“語(yǔ)音識(shí)別”指令的記憶。

2.2 ?課例整體設(shè)計(jì)

教學(xué)方法：項(xiàng)目式教學(xué)。

活動(dòng)準(zhǔn)備：PPT課件、編程貓IDE、訊飛開(kāi)放平臺(tái)、活動(dòng)評(píng)價(jià)量表。

劃分小組：按照學(xué)生的學(xué)習(xí)能力及信息技術(shù)知識(shí)掌握情況進(jìn)行異質(zhì)分組，3人一組，小組討論，進(jìn)行任務(wù)分工。

2.2.1 ?第一階段

教師活動(dòng)：通過(guò)訊飛平臺(tái)帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)智能語(yǔ)音識(shí)別，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，如圖2所示。

學(xué)生活動(dòng)：體驗(yàn)“訊飛語(yǔ)音識(shí)別”，感受人工智能魅力。

設(shè)計(jì)意圖：帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行真實(shí)“語(yǔ)音識(shí)別”體驗(yàn)，通過(guò)有趣的智能語(yǔ)音激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能的興趣，并讓學(xué)生意識(shí)到人工智能正在步入我們的生活。

2.2.2 ?第二階段

教師活動(dòng)：通過(guò)將編程貓IDE識(shí)別語(yǔ)句與詢問(wèn)語(yǔ)句進(jìn)行對(duì)比，帶領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識(shí)編程貓相關(guān)語(yǔ)音識(shí)別指令。具體語(yǔ)句如圖3所示，差異對(duì)比如表3所示。教師示范識(shí)別中文程序如圖4所示。

學(xué)生活動(dòng)：觀摩教師示范，小組合作完成“識(shí)別英文”程序如圖5所示。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)編程貓IDE相關(guān)語(yǔ)句對(duì)比，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)在編程貓IDE“聲音”指令集的語(yǔ)音選擇、文字轉(zhuǎn)換語(yǔ)音等語(yǔ)音識(shí)別指令。并通過(guò)教師示范以及學(xué)生自主實(shí)踐，熟悉相關(guān)指令的使用，為后續(xù)小組合作學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

教師活動(dòng)：布置分組任務(wù)，各小組任選一種項(xiàng)目主題，或自定主題，利用編程貓IDE完成“人工智能語(yǔ)音識(shí)別作品”的設(shè)計(jì)與制作。

項(xiàng)目主題：

（1）翻譯小助手。想象一個(gè)情境，你在外國(guó)旅游，需要向一位說(shuō)英文的外國(guó)人問(wèn)路，但是你的英語(yǔ)口語(yǔ)不太好，需要借助翻譯小助手將你說(shuō)的中文翻譯成英文給外國(guó)人看，而且，很遺憾的是，你的英語(yǔ)聽(tīng)力也不太好，為了能清楚理解外國(guó)友人說(shuō)話的內(nèi)容，這個(gè)翻譯小助手還需要幫助你把對(duì)方說(shuō)的話翻譯成中文。你能設(shè)計(jì)一個(gè)這樣的翻譯小助手嗎？嘗試一下吧！

（2）智能家具。目前，我們操控機(jī)器的方式一般都是通過(guò)按鍵，機(jī)器接收到不同按鍵被按下的信息，就做出相應(yīng)的反應(yīng)?，F(xiàn)在，我們發(fā)現(xiàn)機(jī)器能“聽(tīng)懂”我們講話了，是不是可以不用手動(dòng)只要說(shuō)說(shuō)話就能控制機(jī)器了呢？現(xiàn)在，市面上一些智能家具正是利用這個(gè)語(yǔ)音識(shí)別功能呢！我們也動(dòng)手設(shè)計(jì)一款智能家具吧！

學(xué)生活動(dòng)：小組討論并設(shè)計(jì)作品。

設(shè)計(jì)意圖：在利用編程作品制作培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維的同時(shí)樹(shù)立學(xué)生的人工智能觀念，將人工智能教育融入現(xiàn)有小學(xué)信息技術(shù)課程及編程教育中。

2.2.3 ?第三階段

學(xué)生活動(dòng)：各小組展示作品，進(jìn)行解說(shuō)，并對(duì)其他小組作品及小組成員表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)分。組間評(píng)價(jià)如表4所示，組內(nèi)互評(píng)如表5所示。

3 ?結(jié) ?論

本文依托小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科、地方性小學(xué)《信息技術(shù)》教材和信息技術(shù)新課標(biāo)，從相關(guān)概念、技術(shù)體驗(yàn)與應(yīng)用以及創(chuàng)造人工智能電腦作品三方面設(shè)計(jì)小學(xué)人工智能課程框架。并基于項(xiàng)目式教學(xué)原理，以五年級(jí)信息技術(shù)“語(yǔ)音識(shí)別”為例，依托編程貓IDE，設(shè)計(jì)面向計(jì)算思維的以“人工智能”為主題的小學(xué)信息技術(shù)課例，為人工智能走進(jìn)小學(xué)信息技術(shù)課堂提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1] 梁迎麗，劉陳.人工智能教育應(yīng)用的現(xiàn)狀分析、典型特征與發(fā)展趨勢(shì) [J].中國(guó)電化教育，2018（3）：24-30.

[2] 謝忠新，曹楊璐，李盈.中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容設(shè)計(jì)探究 [J].中國(guó)電化教育，2019（4）：17-22.

[3] 胡勝華.佛山市中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀及發(fā)展路徑 [J].中國(guó)教育信息化，2021（2）：40-43.

[4] 教育部教育管理信息中心，百度文庫(kù).2019年中國(guó)互聯(lián)網(wǎng)學(xué)習(xí)發(fā)展報(bào)告：人工智能教育（基礎(chǔ)教育）領(lǐng)域 [M].北京：清華大學(xué)出版社，2019.

[5] 許明偉，陳明宏.基于“1+2”課程模式的人工智能教育課程設(shè)計(jì)與實(shí)施——以區(qū)域校本課程《小學(xué)人工智能入門(mén)》為例 [J].教育信息技術(shù)，2021（3）：31-34.

作者簡(jiǎn)介：張錦燕（1998—），女，漢族，安徽安慶人，碩士研究生在讀，研究方向：智能實(shí)驗(yàn)教學(xué)、人工智能教育、虛擬現(xiàn)實(shí)教育;林素芳（1995—），女，漢族，廣東汕尾人，碩士研究生在讀，研究方向：人工智能教育、智能實(shí)驗(yàn)教學(xué);馬夢(mèng)怡（1996—），女，漢族，山西晉中人，碩士研究生在讀，研究方向：人工智能教育、中等教育;李新暉（1961—），男，漢族，江西南昌人，碩士生導(dǎo)師，副教授，碩士研究生，研究方向：計(jì)算機(jī)軟件及計(jì)算機(jī)應(yīng)用、教育理論與教育管理、智慧教育。