劉煜

【摘 要】近年來，人工智能教育和編程教育成為了教育研究的熱點。本文通過對北京市懷柔區(qū)北房鎮(zhèn)中心小學學情和校情的深度調(diào)研，提出了將人工智能和編程教育納入到農(nóng)村小學科技教育體系的研究思路，具體闡述了打造人工智能校本課程群、設計大單元主題學習活動和跨學科項目學習活動的實踐過程，提出了進一步開展人工智能和編程教育的思考。

【關(guān)鍵詞】人工智能教育;編程教育;科技教育

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2021）010-036-03

人工智能的發(fā)展進入了快車道，相關(guān)領域人才的培養(yǎng)得到了前所未有的重視。自2017年7月國務院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》開始，每年都有重磅文件不斷推進在中小學階段開展人工智能和編程教育。在這種新的時代背景下，學校教育需要做出相應的改變，才能滿足社會需求和學生發(fā)展需要。[1]而對于農(nóng)村小學來說，最好的切入點則是將其納入到現(xiàn)有的科技教育體系中，結(jié)合農(nóng)村學校的學情和校情，有針對性地完善課程體系，開展“人工智能+編程”項目學習活動，為科技教育注入新的發(fā)展活力。[2]

在農(nóng)村小學開展人工智能和編程教育的現(xiàn)狀

在小學階段開展人工智能和編程教育是大勢所趨，教育的實施對象、本地區(qū)的教育實際情況和教育內(nèi)容等就成為了我們首先應該關(guān)注的問題。

1.學生在人工智能學習方面存在的問題

為更深入地把握學校在開展人工智能教育方面的實際情況，筆者以網(wǎng)絡問卷的形式對學校六年級學生進行了一次問卷調(diào)查。本次調(diào)研共發(fā)放問卷近300份，回收267份。根據(jù)對調(diào)查結(jié)果所做的分析，目前學生在人工智能學習方面主要存在如下的問題。

（1）學生對人工智能的概念認識模糊甚至存在錯誤現(xiàn)象。僅45.6%的學生聽說過“人工智能”這個名詞，只有12.4%的學生能夠至少說出兩個基于人工智能技術(shù)的應用。這在客觀上就需要學校教育補充人工智能教學部分，以適應社會的需求。

（2）學生對于學習人工智能的目的理解尚不到位。調(diào)查顯示，65.3%的學生把學習人工智能的目的僅僅停留在開拓視野的層面上，大部分學生都沒有認識到學習人工智能知識能夠讓他們未來更好地適應智能時代的快速發(fā)展。

（3）學生獲取人工智能知識的渠道不足。調(diào)查顯示，86.8%的學生都表露出對學習人工智能的興趣，但選擇“不知道從哪里學”的學生比例高達64%。理論上來說，學生可以上網(wǎng)查閱到關(guān)于人工智能的很多知識，但如果你以“人工智能”為關(guān)鍵詞在網(wǎng)絡上搜索，出現(xiàn)在前幾頁的大部分內(nèi)容都是廣告，還有很多小學生很難理解的內(nèi)容?？陀^上來說，一個小學生，從網(wǎng)絡上很難獲取與他年齡相匹配的人工智能知識。

2.學校在實施人工智能教育方面存在的問題

（1）師資力量薄弱，軟硬件環(huán)境待提升。目前學校能夠承擔人工智能教學任務的教師主要是信息學科教師。學校共有專職信息技術(shù)教師3人，但3人均未接受過系統(tǒng)的人工智能?？平逃?人接受過人工智能教學培訓。目前，學校僅有一個學生機房，機房電腦相對較新，能夠滿足學生人手一臺電腦的需求，電腦上配備了耳機和攝像頭，能夠支持開展簡單的人工智能技術(shù)體驗活動，但學校缺乏人工智能的相關(guān)課程資源，這給教師教學造成了極大的困難。

（2）缺乏對人工智能和編程教育的頂層設計。學校在“智愛教育”的辦學理念下，依托國家、地方和校本課程創(chuàng)設了“智愛”課程體系。但在舊版課程方案中，沒有設計與人工智能教育相關(guān)的課程內(nèi)容。缺乏頂層的規(guī)劃設計，這就導致教師只能在現(xiàn)有的信息技術(shù)課中，以拓展知識的形式呈現(xiàn)人工智能知識，缺乏系統(tǒng)性和規(guī)劃性。另外，關(guān)于編程教育的內(nèi)容雖然有所涉及，但過于偏重知識和技能，忽視了學生信息學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（3）信息技術(shù)課時難以滿足人工智能和編程教育需要。目前，很多學校的人工智能和編程教育的任務都放在信息技術(shù)課上完成。但僅靠信息技術(shù)的課時，是難以承擔這項新的教育任務的。大部分學校每周信息技術(shù)課只有1課時，還需要完成規(guī)定的教學任務，每學期僅能拿出3～4課時講授新內(nèi)容，很明顯難以滿足人工智能和編程教育需要。

創(chuàng)設“人工智能和編程教育”品牌，打造科技教育新特色

學生們獲取人工智能知識的主要渠道在學校教育中。學校具備開展人工智能和編程教育的硬件條件，但缺乏頂層設計，缺少優(yōu)質(zhì)課程資源。在這種情況下，學校嘗試以打造“人工智能和編程教育”的科技教育品牌為重點，通過設計人工智能校本課程群、實施基于多學科整合的項目學習活動等形式，全面提高學生問題解決能力。

1.打造人工智能校本課程群，完善頂層設計

學生不僅要學習人工智能的相關(guān)知識，更重要的是認識人工智能技術(shù)和社會發(fā)展的關(guān)系，能夠辯證地看待技術(shù)的應用[3]。在這一思想的指導下，學校嘗試在“智愛”課程中增加“人工智能”校本課程群。課程群以“人工智能與編程”課程為基礎，構(gòu)建包括“人工智能與創(chuàng)客設計”“人工智能與藝術(shù)創(chuàng)作”“人工智能與智能社會”等課程的人工智能校本課程群。

在這樣“一體三翼”課程群中，“人工智能與編程”是核心。學生在這一課程中通過設計程序，體驗人工智能技術(shù)解決實際問題的基本思路和過程，從而學習關(guān)于人工智能的基礎知識，體驗人工智能編程的魅力。核心課程之外，有三個延伸課程。在“人工智能與智能社會”課程中可以討論人工智能產(chǎn)生的社會現(xiàn)象和問題;在“人工智能與創(chuàng)客設計”課程中，親身經(jīng)歷使用技術(shù)解決問題的過程，體會人工智能技術(shù)本身的優(yōu)缺點;在“人工智能與藝術(shù)創(chuàng)作”課程中，體驗AI寫詩、AI繪畫、3D打印等。

2.開展大單元主題教學，整合課程知識

有了課程的設計還不夠，關(guān)鍵在落實。新增一門人工智能課是不現(xiàn)實的。在這種情況下，學校教師大膽嘗試進行大單元主題教學活動的設計和實施，將核心課程——“人工智能與編程”和北京版小學信息技術(shù)第三冊中關(guān)于程序設計單元的內(nèi)容進行深度的整合，通過“智能程序我設計”系列主題的實施，在保證北京市規(guī)定教學任務的同時，開展人工智能教育。

“智能程序我設計”大單元包括6個子主題，每個主題分2～3課時，在六年級上學期實施。整個單元的內(nèi)容取材于學校、教師、學生在學習和生活中遇到的小問題。通過一個個智能小工具的設計，帶領學生走進程序設計的大門，了解程序設計的基本思路和方法，體會設計基于人工智能技術(shù)的程序能夠改善校園生活。

整個單元的主題設計遵循“循序漸進”的原則?！霸O計聽寫機器人程序”和“設計智能翻譯機程序”是基本結(jié)構(gòu)的入門課，程序結(jié)構(gòu)簡單，重點讓學生體會到命令上下連接后，程序就可以自動執(zhí)行，并進行簡單判斷。在初識了三大基本結(jié)構(gòu)后，通過“設計智能垃圾分類程序”“設計人臉識別門禁程序”的學習，讓學生進一步學習綜合運用三大基本結(jié)構(gòu)，設計稍復雜的程序。在人工智能學習方面，聚焦在語音識別和語音合成兩個技術(shù)，聚焦在機器學習和圖像識別技術(shù)的體驗上。

3.實施跨學科項目學習，夯實核心素養(yǎng)

人工智能是一個綜合學習，落實人工智能教育需要各學科教師通力合作。為此，學校在六年級下學期設計了“智慧點亮校園”跨學科項目學習活動。這個項目以“六年級學生為母校進行畢業(yè)獻禮”為任務主線，從實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)學校燈光使用中的具體問題入手，逐步從設計智能校園燈光系統(tǒng)到設計未來智能校園。

通過深度的跨學科合作，以信息技術(shù)學科為主，共同使用了數(shù)學、綜合實踐、勞動技術(shù)、美術(shù)等多學科的部分課時。前期圍繞“智能燈光系統(tǒng)設計”開展教學，從最開始的校園燈光調(diào)查，到提出優(yōu)化方案，接著通過設計程序，在電腦上進行模擬效果。同時使用開源硬件，進行智能化的場景搭建。后期圍繞“未來智能校園設計”開展教學。學生通過之前的學習，對人工智能技術(shù)已經(jīng)有了初步的感知，此時，教師引導學生使用所學的知識設計自己心中的未來校園，并通過科幻畫、程序模擬和模型搭建，進行創(chuàng)意物化，讓他們?nèi)嬗^察校園，通過“分組自選學習項目，再集中展示匯報”的流程，完成學生眼中“智慧校園”模擬程序和模型的設計，進一步激發(fā)學生的愛校之情和對程序設計學習的興趣。

研究結(jié)論和展望

近一年來，學校在人工智能和編程的各項賽事中取得了國家級獎項21個、市區(qū)級獎項38個的好成績，學校更是被中國科協(xié)評為“全國青少年人工智能活動特色單位”。通過大單元主題教學活動的設計和跨學科項目學習活動的設計，學生們不再是淺嘗輒止地體驗人工智能技術(shù)，而是嘗試基于人工智能的技術(shù)審視生活中的現(xiàn)象和問題，用編程的方式通過設計基于人工智能的程序來解決問題，并且能夠根據(jù)真實生活的需要，靈活調(diào)整程序效果，直至實現(xiàn)問題解決。學生的信息意識、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、計算思維、信息社會責任等方面素養(yǎng)都得到了夯實和發(fā)展。

參考文獻

孫丹，李艷.國內(nèi)外青少年編程教育的發(fā)展現(xiàn)狀、研究熱點及啟示——兼論智能時代我國編程教育的實施策略[J]. 遠程教育雜志，2019，37（3）： 47-60.

謝忠新，曹楊璐，李盈. 中小學人工智能課程內(nèi)容設計探究[J]. 中國電化教育，2019（4）： 17-22.

吳永和，劉博文，馬曉玲. 構(gòu)筑“人工智能+教育”的生態(tài)系統(tǒng)[J]. 遠程教育雜志，2017，35（5）： 27-39.