焦振洲 于曉雅

【摘 要】人工智能教育勢(shì)在必行，對(duì)小學(xué)生而言，在啟蒙課程中，將人工智能按照核心概念或者模塊進(jìn)行劃分，以滲透的方式融合進(jìn)“知識(shí)、技能、思維、視野”的實(shí)施途徑，有利于在感性的課程中理解人工智能的技術(shù)和倫理。本文嘗試在漢字輸入課程中，滲透人機(jī)交互的概念，通過(guò)智能輸入引導(dǎo)小學(xué)生對(duì)人工智能的認(rèn)識(shí)和思考。

【關(guān)鍵詞】人工智能課程;小學(xué)信息技術(shù)

【中圖分類號(hào)】G434 ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2021）05-049-03

小學(xué)階段的人工智能教育在課標(biāo)、課程、師資等方面都有所欠缺，短板非常明顯。小學(xué)階段開(kāi)展人工智能教學(xué)，要解決“講什么？標(biāo)準(zhǔn)是什么？怎么講？”等問(wèn)題。是否可以將人工智能與現(xiàn)有小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科課程相滲透，在小學(xué)階段走一條培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)、幫助學(xué)生建立信息技術(shù)學(xué)科大概念的道路呢？

通過(guò)理論與文獻(xiàn)確定研究思路

對(duì)“人工智能教育與小學(xué)課程相結(jié)合的問(wèn)題”進(jìn)行文獻(xiàn)研究，梳理出研究的理論依據(jù)和研究現(xiàn)狀，為后續(xù)研究確定思路。

（1）理論依據(jù)。根據(jù)皮亞杰認(rèn)知發(fā)展理論，小學(xué)階段屬于具體運(yùn)算階段，小學(xué)生的思維特點(diǎn)是具有守恒性、自我中心性和可逆性，該時(shí)期心理操作著眼于抽象概念、運(yùn)算性（邏輯性），但思維活動(dòng)需要具體內(nèi)容的支持。簡(jiǎn)而言之，學(xué)生可以進(jìn)行思維活動(dòng)，但是需要具體內(nèi)容進(jìn)行支撐，純符號(hào)、純理論的學(xué)習(xí)困難。

（2）研究現(xiàn)狀。通過(guò)“知網(wǎng)”進(jìn)行文獻(xiàn)研究，發(fā)現(xiàn)人工智能及其教育呈現(xiàn)出如下特點(diǎn)：學(xué)科高度交叉，綜合性強(qiáng);前沿技術(shù)變化快，日新月異;理解現(xiàn)象容易，系統(tǒng)學(xué)習(xí)難;激發(fā)興趣容易，深入探究難;嘗試體驗(yàn)容易，評(píng)價(jià)技術(shù)影響難。

（3）研究思路。一是立足現(xiàn)有課程。在地方性（或者校本性）信息技術(shù)教材的基礎(chǔ)上，從“知識(shí)、技能、思維、視野”四個(gè)方面構(gòu)建現(xiàn)有課程與人工智能教育的聯(lián)系，擴(kuò)展延伸人工智能前沿知識(shí)與內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有信息技術(shù)課程滲透人工智能教育的目的。這里的“知識(shí)”是指計(jì)算機(jī)和人工智能的基礎(chǔ)知識(shí);“技能”是指計(jì)算機(jī)和人工智能應(yīng)用的基本技能;“思維”是指利用計(jì)算機(jī)和人工智能解決實(shí)際問(wèn)題的思維;“視野”是指計(jì)算機(jī)和人工智能的前沿視野與未來(lái)視野。

二是整合課程內(nèi)容。對(duì)擴(kuò)展以后的信息技術(shù)課程和人工智能教育進(jìn)行整合處理，整合方法是把具有“內(nèi)容相近、工具性明顯、實(shí)踐性強(qiáng)”三大特點(diǎn)的教學(xué)內(nèi)容，以項(xiàng)目制學(xué)習(xí)的形式整合到一起。如可以把有關(guān)Word的信息技術(shù)課程內(nèi)容完全融合到項(xiàng)目制學(xué)習(xí)中，變成編寫項(xiàng)目計(jì)劃、設(shè)計(jì)項(xiàng)目工具、撰寫項(xiàng)目報(bào)告等實(shí)際工作，使Word成為項(xiàng)目制學(xué)習(xí)中的一種工具，進(jìn)而成為學(xué)生的信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)和創(chuàng)新能力。

三是以高中課標(biāo)為引領(lǐng)，設(shè)計(jì)項(xiàng)目制學(xué)習(xí)。項(xiàng)目制學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)學(xué)習(xí)知識(shí)、體驗(yàn)技能、訓(xùn)練思維、開(kāi)闊視野和實(shí)踐活動(dòng)等五個(gè)環(huán)節(jié)，使小學(xué)生保持對(duì)人工智能的興趣，建立信息技術(shù)學(xué)科核心概念，培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)。設(shè)計(jì)項(xiàng)目時(shí)還要結(jié)合本地區(qū)或者學(xué)校的學(xué)情和條件，將普通高中課標(biāo)作為引領(lǐng)，確定正確的培養(yǎng)方向和設(shè)計(jì)恰當(dāng)?shù)闹R(shí)難度。

“輸入與人工智能”教學(xué)設(shè)計(jì)

1.教學(xué)內(nèi)容

依托北京版信息技術(shù)教材第一冊(cè)第二單元“輸入小能手”單元，以“鍵盤輸入”技能為起點(diǎn)，拓展“手寫輸入、語(yǔ)音輸入、文字識(shí)別、圖形識(shí)別、指紋識(shí)別、人臉識(shí)別”等人工智能輸入體驗(yàn)，補(bǔ)充“馬斯克腦機(jī)接口”等前沿知識(shí)，開(kāi)闊學(xué)生視野，最后引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展“未來(lái)物品設(shè)計(jì)”的實(shí)踐活動(dòng)。教學(xué)內(nèi)容參考了普通高中“選擇性必修模塊4：人工智能初步”的知識(shí)，實(shí)踐活動(dòng)方面可以整合繪圖軟件或者圖形處理軟件的學(xué)習(xí)，如北京版信息技術(shù)教材第三冊(cè)第一單元“圖形圖像處理”或者第一冊(cè)第三單元“計(jì)算機(jī)小畫(huà)家”。

2.課例整體設(shè)計(jì)

采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，共分三個(gè)階段。

（1）第一階段，通過(guò)“鍵盤輸入”和“人工智能輸入”之間強(qiáng)烈的“認(rèn)知沖突”讓學(xué)生反思鍵盤輸入與人工智能輸入之間的關(guān)系，需要1個(gè)課時(shí)。

設(shè)計(jì)意圖：提高學(xué)生對(duì)人工智能的興趣，初步理解人工智能對(duì)信息技術(shù)發(fā)展的意義，促進(jìn)學(xué)生積極關(guān)注人工智能的發(fā)展，主動(dòng)探索人工智能的新產(chǎn)品、發(fā)展人工智能的新想法，此目的屬于信息意識(shí)的范疇;通過(guò)人工智能輸入體驗(yàn)、馬斯克腦機(jī)接口技術(shù)的討論讓學(xué)生體會(huì)信息社會(huì)責(zé)任，幫助學(xué)生初步感受人工智能技術(shù)，樹(shù)立人工智能觀念。

（2）第二階段，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)、問(wèn)題導(dǎo)向?yàn)椴呗?，開(kāi)展“未來(lái)物品設(shè)計(jì)”實(shí)踐活動(dòng)，共需要3個(gè)課時(shí)。

暢想科幻物品（1課時(shí)）。圍繞“人機(jī)接口和產(chǎn)生的神奇效果”，組織學(xué)生大膽想象一個(gè)科幻物品，用語(yǔ)言將自己的想法告訴所有同學(xué)，隱含任務(wù)“選擇恰當(dāng)?shù)妮斎敕绞接涗涀约旱南敕ê陀懻撨^(guò)程，為進(jìn)一步設(shè)計(jì)物品做準(zhǔn)備”。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)際學(xué)習(xí)過(guò)程體驗(yàn)現(xiàn)有人工智能輸入方法，鍛煉數(shù)字化學(xué)習(xí)能力，暢想未來(lái)物品的“人機(jī)接口”形式，提升學(xué)生對(duì)于人工智能的興趣;培養(yǎng)學(xué)生有意識(shí)地根據(jù)解決問(wèn)題的需要，自覺(jué)、主動(dòng)地尋求恰當(dāng)?shù)姆绞将@取與處理信息的信息意識(shí);通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，讓學(xué)生了解人工智能的新發(fā)展、新應(yīng)用，并運(yùn)用在學(xué)習(xí)和生活中，培養(yǎng)學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)。

設(shè)計(jì)科幻物品（2課時(shí)）。依據(jù)上一課時(shí)的學(xué)習(xí)成果，按照一定的規(guī)范，繪制科幻物品的設(shè)計(jì)圖紙。

設(shè)計(jì)意圖：將自己的想法轉(zhuǎn)化成實(shí)際成果，體驗(yàn)應(yīng)用信息技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)作的過(guò)程，同時(shí)整理設(shè)計(jì)思路，體會(huì)掃描儀、鼠標(biāo)作圖、手繪板、打印機(jī)等輸入輸出方式。

（3）第三階段，“我眼中的未來(lái)——科幻物品設(shè)計(jì)展”，需要2課時(shí)。

“輸入與人工智能”第一課時(shí)教學(xué)實(shí)踐

（1）理論依據(jù)：根據(jù)奧蘇貝爾“有意義學(xué)習(xí)”理論，遵循“輸入”與“人機(jī)交互”之間實(shí)質(zhì)性的聯(lián)系，完成學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中“輸入”概念的同化過(guò)程，使之形成“人機(jī)交互”的概念，實(shí)現(xiàn)提升學(xué)生人工智能興趣，持續(xù)培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新兩項(xiàng)素養(yǎng)，初步塑造學(xué)生信息系統(tǒng)、信息社會(huì)兩個(gè)大概念的教學(xué)目標(biāo)。

（2）學(xué)情分析：授課年級(jí)為小學(xué)六年級(jí)。這一階段的學(xué)生經(jīng)過(guò)多年的信息技術(shù)學(xué)科學(xué)習(xí)，已經(jīng)具備了一定的計(jì)算機(jī)操作基礎(chǔ)，對(duì)于“輸入、輸入設(shè)備”等基本概念已經(jīng)掌握，并在生活中對(duì)于“語(yǔ)音輸入、圖形圖像識(shí)別、自動(dòng)翻譯、人臉識(shí)別”等人工智能應(yīng)用有了一定的體驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，且具有一定的判斷能力和信息技術(shù)創(chuàng)造能力。但并未形成真正的能力和素養(yǎng)，都需要引導(dǎo)和訓(xùn)練。

（3）教學(xué)目標(biāo)：通過(guò)體驗(yàn)可以對(duì)“鍵盤輸入”與“手寫輸入、語(yǔ)音輸入、文字識(shí)別、圖形識(shí)別、傳感器輸入、馬斯克腦機(jī)接口輸入”進(jìn)行對(duì)比與評(píng)價(jià)，對(duì)“輸入”的發(fā)展建立一定的認(rèn)識(shí);能夠舉例說(shuō)出“輸入”的概念、區(qū)分常見(jiàn)的“輸入”與“輸出”;能夠用自己的語(yǔ)言說(shuō)出“人機(jī)交互”對(duì)于人工智能的作用;對(duì)人工智能充滿興趣，發(fā)揮自己的想象力進(jìn)行“科幻物品設(shè)計(jì)”，思考未來(lái)信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)、暢想未來(lái)社會(huì)的信息化特征，在創(chuàng)作的過(guò)程中能夠發(fā)揮自己的所學(xué)，自覺(jué)、自主地選取技術(shù)工具完成任務(wù)。教學(xué)重點(diǎn)是現(xiàn)有人工智能輸入方式的體驗(yàn)以及學(xué)生的評(píng)價(jià)。教學(xué)難點(diǎn)是在理解“人機(jī)交互”作用的前提下進(jìn)行“科幻物品設(shè)計(jì)”。

（4）教學(xué)環(huán)境：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)教室;帶有圖像識(shí)別、文字識(shí)別、自動(dòng)翻譯等功能的智能終端。

（5）教學(xué)過(guò)程：組織學(xué)生進(jìn)行錄入考核，錄入內(nèi)容“50字英文+50字中文”，3分鐘完成為合格，對(duì)比鍵盤、語(yǔ)音和手寫輸入速度。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)學(xué)生能力設(shè)置較難完成的任務(wù)，為后續(xù)引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突做好鋪墊。

教師盲目的評(píng)價(jià)“輸入快的學(xué)生家里一定有鍵盤，日?？傆面I盤”引發(fā)討論和認(rèn)知沖突。從而引出日常的手寫輸入、語(yǔ)音輸入、掃碼等。組織學(xué)生通過(guò)手機(jī)體驗(yàn)手寫輸入、語(yǔ)音輸入、文字識(shí)別、自動(dòng)翻譯、圖像識(shí)別、人臉識(shí)別等。

以問(wèn)題鏈的形式組織學(xué)生討論理解概念：舉例說(shuō)明什么是輸入，判斷“顯示器、打印機(jī)、手機(jī)屏幕文字顯示是否是輸入”;舉例介紹你最喜歡哪種輸入方式，為什么;舉例判斷“鍵盤輸入過(guò)時(shí)了，應(yīng)該淘汰;猜一猜最先進(jìn)的輸入是什么”。以此引出前沿的科技內(nèi)容。

教師將相關(guān)新技術(shù)資料介紹給學(xué)生，講解該技術(shù)應(yīng)用的好處，提問(wèn)學(xué)生對(duì)于該項(xiàng)技術(shù)的看法，和學(xué)生一起分析該項(xiàng)技術(shù)的隱患，最終提出“我們學(xué)習(xí)人工智能、開(kāi)發(fā)人工智能的目的是什么”。引導(dǎo)學(xué)生的價(jià)值方向?yàn)椋貉芯亢烷_(kāi)發(fā)人工智能是為了更好地解決人類遇到的問(wèn)題;我們學(xué)習(xí)人工智能是為了以后更好地開(kāi)發(fā)、掌握、控制人工智能，更好地讓它為人類服務(wù)。布置“未來(lái)物品設(shè)計(jì)”實(shí)踐活動(dòng)。

本課例是從“知識(shí)、技能、思維、視野”等方面開(kāi)展小學(xué)人工智能教育的典型實(shí)例，是普通高中信息技術(shù)課標(biāo)引領(lǐng)下信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)在小學(xué)階段實(shí)施的一種嘗試。本課例具有普遍適用性，教學(xué)內(nèi)容能在大部分小學(xué)開(kāi)展，且做到了人工智能與小學(xué)信息技術(shù)課程的結(jié)合。

基金項(xiàng)目：本文系中國(guó)教育學(xué)會(huì)教育科研課題“中小學(xué)人工智能教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)和實(shí)施課例研究”（課題編號(hào)：201900302301A）階段性研究成果

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作者單位：北京市昌平區(qū)馬池口中心小學(xué) ?北京教育學(xué)院