李佳琦

摘要：作者作為一線教師，在初中信息技術(shù)教學(xué)中開展了人工智能大班化教學(xué)的嘗試，將探索過(guò)程所遇到的困境和痛點(diǎn)予以整理，并從教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)、活動(dòng)策略以及科技倫理等方面提出行之有效的策略，為初中階段開展人工智能普及性教育提供參考。

關(guān)鍵詞：人工智能教育;初中;普及性教育;教學(xué)策略

中圖分類號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2022）11-0085-03

● 引言

2017年，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，指出應(yīng)在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，鼓勵(lì)廣大科技工作者投身人工智能的科普和推廣。2018年，教育部先后印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》和《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，進(jìn)一步明確要“構(gòu)建人工智能多層次教育體系，在中小學(xué)階段引入人工智能普及教育”。[1]可見(jiàn)，發(fā)展人工智能已經(jīng)成為國(guó)家戰(zhàn)略的需要。那么，人工智能教育在初中階段應(yīng)如何開展？筆者作為一線教師，在基層教學(xué)中開展了人工智能大班化教學(xué)的嘗試。

● 在初中階段開展人工智能普及性教育的必要性

筆者在教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，初中階段的學(xué)生普遍存在信息能力差異較大。對(duì)人工智能方面的知識(shí)一知半解、知識(shí)呈現(xiàn)碎片化等現(xiàn)狀。另外，由于人工智能技術(shù)本身的復(fù)雜性和綜合性，學(xué)生對(duì)人工智能知識(shí)持有好奇、畏懼、對(duì)抗等復(fù)雜的心理。[2]

筆者通過(guò)比對(duì)收集到的5套地方性人工智能教材，從中發(fā)現(xiàn)大部分課程對(duì)各階段學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)都有區(qū)分：小學(xué)階段側(cè)重感知智能、體會(huì)應(yīng)用和了解人工智能發(fā)展;初中階段強(qiáng)調(diào)動(dòng)手體驗(yàn)應(yīng)用、分析評(píng)估、制作簡(jiǎn)易人工智能作品;高中階段則強(qiáng)調(diào)搭建應(yīng)用模塊、調(diào)配參數(shù)、制作具體案例、創(chuàng)造性地解決問(wèn)題。

人工智能領(lǐng)域作為科技發(fā)展的重要組成部分，其重要性不言而喻。因此，基礎(chǔ)教育階段普及人工智能教育是國(guó)之所需，其探索應(yīng)以大班化課程形態(tài)呈現(xiàn)，輔以科創(chuàng)訓(xùn)練隊(duì)的“精英式教育”。在全面提升學(xué)生素養(yǎng)的同時(shí)，選取有天賦有興趣的學(xué)生做小眾教育，兩者相輔相成，才能達(dá)到提升與儲(chǔ)備人才的目的。

● 在初中階段開展人工智能普及性教育的現(xiàn)實(shí)困境

1.教學(xué)內(nèi)容艱深

人工智能作為一門技術(shù)性綜合課程，主要涉及智能科學(xué)與技術(shù)、數(shù)據(jù)科學(xué)與大數(shù)據(jù)技術(shù)、機(jī)器人工程、智能制造工程等以技術(shù)為核心的專業(yè)學(xué)科。[3]近年來(lái)，人工智能教育主要放在大學(xué)本科或以上教育階段，而在中小學(xué)階段開展知識(shí)傳授，不論是學(xué)生還是授課教師都倍感壓力。

2.課程方面缺少頂層設(shè)計(jì)

人工智能課程目前并未有國(guó)家統(tǒng)一的課程和課程綱要，大部分以地方性校本性課程為主。同時(shí)，其授課時(shí)間一般發(fā)生在信息技術(shù)課堂、綜合實(shí)踐課堂或科學(xué)課堂上，能用于傳授人工智能知識(shí)的時(shí)間難以得到保證。另外，授課教師本身知識(shí)欠缺，校本課程設(shè)計(jì)的科學(xué)性和實(shí)用性有待驗(yàn)證，導(dǎo)致學(xué)生掌握的知識(shí)不夠系統(tǒng)。

3.授課缺乏成熟的課例示范和參考

由于人工智能課程是新型課程，其教學(xué)范例還在逐步摸索中，因此，對(duì)于處在開荒時(shí)期的教師而言缺乏成熟的課例示范。

4.混淆編程教育、機(jī)器人教育、創(chuàng)客教育與人工智能教育

由于編程教育、機(jī)器人教育、創(chuàng)客教育、人工智能教育這幾門課程的教學(xué)內(nèi)容和涉及的技術(shù)互相交疊、互相依托，所以許多線上課程或機(jī)構(gòu)為了貼合時(shí)代熱點(diǎn)，給教材冠以“人工智能”的頭銜，它們表面上看是人工智能課程，內(nèi)容實(shí)則為編程課程或機(jī)器人課程，對(duì)人工智能的教學(xué)內(nèi)容一筆帶過(guò)或僅停留在理論層面。

5.混淆人工智能應(yīng)用和人工智能教育

“人工智能+”主要用于教學(xué)輔助、學(xué)習(xí)增強(qiáng)、課堂評(píng)價(jià)、考試測(cè)試等方面。簡(jiǎn)要地的說(shuō)，人工智能應(yīng)用就是人工智能技術(shù)運(yùn)用于教育管理和學(xué)科教學(xué)，讓技術(shù)賦能教育。而人工智能教育討論的是技術(shù)本身，技術(shù)本就是知識(shí)，而非工具。但很多論文成果將人工智能應(yīng)用和人工智能教育混為一談，引起了大眾的誤解。

● 在初中階段開展人工智能普及性教育的探索

1.使用微課講解重要概念，將知識(shí)淺顯化、具象化

Zaid Ali Alsagoff教授曾提出教學(xué)視頻的作用是“激發(fā)、影響和告知”。因此，通過(guò)微視頻能快速引起學(xué)生的興趣，帶有標(biāo)號(hào)的步驟描述、關(guān)鍵操作的特寫都會(huì)讓學(xué)生更好地掌握課堂知識(shí)，從而快速突出教學(xué)重點(diǎn)，高效完成知識(shí)的傳授。

例如，在教學(xué)《機(jī)器學(xué)習(xí)》一課時(shí)，授課對(duì)象是初中一年級(jí)學(xué)生。面對(duì)一群缺少基本知識(shí)鋪墊的學(xué)生，筆者很有壓力，他們應(yīng)該了解哪些知識(shí)點(diǎn)？掌握到怎樣的程度？使用何種學(xué)習(xí)形式？這些對(duì)筆者而言都是難題。經(jīng)過(guò)思考，筆者將這節(jié)課的教學(xué)難度定位在“重了解、重體驗(yàn)”上，拋棄艱深晦澀的專業(yè)名詞。因此，在突破“什么是機(jī)器學(xué)習(xí)”這一重要概念時(shí)，筆者制作了一個(gè)4分鐘的科普微視頻，以動(dòng)畫形式呈現(xiàn)，從類比人類嬰幼兒學(xué)習(xí)過(guò)程入手，簡(jiǎn)述計(jì)算機(jī)機(jī)器學(xué)習(xí)的涵義。緊接著，以“Alphago與李世石的圍棋大戰(zhàn)”為例，強(qiáng)調(diào)機(jī)器學(xué)習(xí)與大數(shù)據(jù)之間的密切關(guān)系。最后，展示五種機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用的生活實(shí)例，讓學(xué)生體驗(yàn)科技應(yīng)用就在身邊。

2.設(shè)計(jì)充分的體驗(yàn)活動(dòng)，降低對(duì)高深知識(shí)的恐懼

去年由于新冠肺炎疫情肆虐，深圳市民紛紛響應(yīng)政府號(hào)召居家隔離，原本面對(duì)面的教學(xué)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榫€上教學(xué)。此時(shí)的信息技術(shù)教學(xué)面臨著參與課堂人數(shù)增多（學(xué)校要求同年級(jí)學(xué)生在同一時(shí)間段進(jìn)行上課，學(xué)生人數(shù)從40～50人激增到200人左右）、失去統(tǒng)一的機(jī)房環(huán)境、難以配備教學(xué)軟件等問(wèn)題。那么，超大班額的線上課如何講授人工智能課程呢？筆者對(duì)計(jì)算機(jī)通識(shí)課——《什么是人工智能》進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，嘗試在自由體驗(yàn)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生使用手機(jī)打開“訊飛AI體驗(yàn)?！毙〕绦?，讓學(xué)生感受AI各式各樣的應(yīng)用，并分享自己的體驗(yàn)，同時(shí)整理引出人工智能的概念和特點(diǎn)。

3.借助人工智能實(shí)驗(yàn)平臺(tái)驗(yàn)證技術(shù)原理

在人工智能課程中，學(xué)習(xí)的知識(shí)往往比較抽象，因而，將抽象的知識(shí)形象化就顯得尤為重要。驗(yàn)證技術(shù)原理就是一種行之有效的教學(xué)方式，它是將計(jì)算機(jī)思維的過(guò)程以形象化的形式展現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生經(jīng)歷與計(jì)算運(yùn)行思維相似的過(guò)程，幫助他們深入理解人工智能的工作原理，學(xué)習(xí)科學(xué)家的設(shè)計(jì)方法，領(lǐng)悟科學(xué)的思想和精神。

筆者使用得較多的體驗(yàn)和驗(yàn)證原理平臺(tái)是CocoBlockly人工智能實(shí)驗(yàn)室（https：//www.cocorobo.cn/），該平臺(tái)提供視覺(jué)處理、語(yǔ)音識(shí)別和文本分析三個(gè)大模塊的資源，無(wú)需安裝任何插件，使用瀏覽器便可直接體驗(yàn)最前沿的人工智能研究、技術(shù)和應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)與機(jī)器的高效互動(dòng)。例如，在講解《手寫數(shù)字識(shí)別》時(shí)，涉及深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的知識(shí)，需要分層，每一層需要有神經(jīng)元，如何過(guò)濾、選用什么激活函數(shù)等需要逐步分析。艱深的知識(shí)容易把學(xué)生繞得云里霧里。該平臺(tái)提供了原理驗(yàn)證，將層級(jí)可視化，將輸入層、卷積層、池化層、連接層、輸出層進(jìn)行展示或隱藏。形象化的演示過(guò)程，讓使用者能一目了然地看到每個(gè)神經(jīng)元負(fù)責(zé)識(shí)別數(shù)字的哪一部分，最終到達(dá)識(shí)別數(shù)字的目的。

4.將人工智能技術(shù)融入虛擬編程作品

在人工智能技術(shù)學(xué)習(xí)過(guò)程中，必然涉及利用程序設(shè)計(jì)編寫個(gè)性化作品。筆者認(rèn)為，大班化授課應(yīng)“重原理，輕語(yǔ)句”，“輕語(yǔ)句”即盡量降低編程語(yǔ)言的門檻，選擇圖形化語(yǔ)言教學(xué)，讓學(xué)生動(dòng)手做貼近生活的實(shí)例。

例如，筆者曾指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)“智能家居”編程作品。“智能家居”項(xiàng)目利用圖形化編程軟件作為想象力的工具支撐，借助人工智能技術(shù)，模擬未來(lái)智能家居的功能與樣式，希望通過(guò)智能家居優(yōu)化人們的生活方式，激發(fā)人們對(duì)未來(lái)生活的向往和熱愛(ài)。在項(xiàng)目中，有大量使用人工智能技術(shù)作為現(xiàn)實(shí)生活輸入、虛擬環(huán)境作為響應(yīng)的例子。①人臉識(shí)別技術(shù)。使用人臉識(shí)別實(shí)現(xiàn)房屋的門禁，感應(yīng)能否進(jìn)入房屋;使用表情識(shí)別分辨主人的情緒，機(jī)器人可以根據(jù)主人的情緒做出不同的反饋。②語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)。使用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，讓家居設(shè)備做出相應(yīng)響應(yīng)，模擬物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境，如開關(guān)燈、換燈光顏色、開關(guān)空調(diào)、開啟電視等;使用語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)和語(yǔ)言翻譯技術(shù)，制作游戲廳中的古詩(shī)詞問(wèn)答游戲和英文練習(xí)的語(yǔ)音對(duì)答。③姿態(tài)識(shí)別技術(shù)。使用姿態(tài)識(shí)別技術(shù)，識(shí)別不同肢體動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)體感換衣體驗(yàn)。

實(shí)際上，上述的技術(shù)使用并不需要進(jìn)行底層編程，學(xué)生只需要了解人工智能技術(shù)的原理以及語(yǔ)句的調(diào)用方法即可輕松實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)控制虛擬世界效果，大大提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)成就感。有了上述的案例示范，在后期大班化常態(tài)化教學(xué)中，筆者就可側(cè)重于利用小編程互動(dòng)案例開拓學(xué)生思維，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)作人工智能作品的欲望。

5.在課程中滲透信息道德和倫理意識(shí)

教育的目的并不只是學(xué)習(xí)知識(shí)、習(xí)得技能，更重要是“育人”，培育有正確價(jià)值觀、生活觀、人生觀的人。當(dāng)人與人之間隔著屏幕和網(wǎng)絡(luò)交往時(shí)，傳統(tǒng)的道德約束顯得越發(fā)無(wú)力，這就容易引發(fā)一系列倫理風(fēng)險(xiǎn)。教師在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)注意滲透信息道德和倫理意識(shí)，強(qiáng)調(diào)對(duì)自身和他人隱私的保護(hù)，不隨意攻擊他人，傳遞國(guó)際普遍接受的網(wǎng)絡(luò)公約。

筆者曾在課堂上借助云平臺(tái)，設(shè)置“人工智能與機(jī)器智能孰高孰低”的討論，希望通過(guò)觀點(diǎn)的相互交流碰撞，引發(fā)學(xué)生思考人類與技術(shù)的關(guān)系，擺正自身的位置。

● 結(jié)語(yǔ)

在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，能夠幫助學(xué)生適應(yīng)瞬息萬(wàn)變的信息時(shí)代，從長(zhǎng)遠(yuǎn)意義上看，能夠推動(dòng)國(guó)家人工智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展，因此，普及人工智能教育已勢(shì)在必行。作為科創(chuàng)教師，應(yīng)秉承“開放創(chuàng)新、探究體驗(yàn)”的教育理念，保持學(xué)習(xí)，更新知識(shí)庫(kù)，并勇于探索人工智能優(yōu)秀課例，為開發(fā)新型教學(xué)模式做積累，為學(xué)生播撒科創(chuàng)的種子，為提升全民科學(xué)素養(yǎng)做貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

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[3]劉俊波，樂(lè)進(jìn)軍.中小學(xué)人工智能課程建設(shè)初探[J].基礎(chǔ)教育課程，2020（01）：16-20.