黃醒球

摘 要：隨著時(shí)代發(fā)展人工智能普及教育已成為當(dāng)前重要戰(zhàn)略。文章針對鄉(xiāng)村小學(xué)開展人工智能教育教學(xué)面臨師資、資源、教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和學(xué)生基礎(chǔ)四大困境，并結(jié)合廣州市人工智能教育平臺(tái)提出五大解決對策，以某一小學(xué)為例闡述具體做法，促進(jìn)鄉(xiāng)村小學(xué)人工智能普及教育的順利開展。

關(guān)鍵詞：鄉(xiāng)村小學(xué)；人工智能教育；對策

人工智能正在引領(lǐng)第四次工業(yè)革命，世界各國都將人工智能教育列入國家人才培養(yǎng)戰(zhàn)略中。2017年7月，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提出要在中小學(xué)開設(shè)人工智能相關(guān)課程。由于人工智能是近年新興技術(shù)，學(xué)校開設(shè)人工智能課程存在不少困難，尤其是鄉(xiāng)村學(xué)校，缺少專業(yè)師資，沒有配套上課設(shè)備和教學(xué)資源，學(xué)生缺乏相關(guān)生活經(jīng)驗(yàn)。針對鄉(xiāng)村小學(xué)在開展人工智能教育所遇到的困境，本文以某校實(shí)踐為例，從課程設(shè)置、師資提升、資源整合、平臺(tái)選擇和活動(dòng)設(shè)計(jì)等方面開展了積極探索。

一、分層梯度推進(jìn)人工智能課程

針對鄉(xiāng)村學(xué)生對人工智能認(rèn)知基礎(chǔ)差異大的情況，結(jié)合廣州市人工智能教育目標(biāo)，學(xué)校設(shè)置人工智能課程三級培養(yǎng)模式。首先是普及教育，每兩周一課時(shí)，全員開展，以通識(shí)教育為主，這層級的課程零起點(diǎn)，讓全體學(xué)生都能對人工智能進(jìn)行初步認(rèn)識(shí)，初步了解人工智能基本原理，培養(yǎng)人工智能學(xué)習(xí)興趣；二是開展人工智能課后興趣課程，教學(xué)對象為對人工智能有興趣且學(xué)有余力的學(xué)生，他們不滿足普及課堂上“點(diǎn)到為主”的體驗(yàn)活動(dòng)，期待有更進(jìn)一步的學(xué)習(xí)，本層級的課程以廣州市人工智能教學(xué)平臺(tái)為基礎(chǔ)，以任務(wù)式驅(qū)動(dòng)的自主探究學(xué)習(xí)，人工智能教師隨堂指導(dǎo)的形式開展；三是組建人工智能科創(chuàng)社團(tuán)，在二級課程中挑選對人工智能有興趣、有特長的學(xué)生組建人工智能科創(chuàng)社團(tuán)，開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，使用人工智能解決生活中的問題，形成作品，參加各項(xiàng)課程評比活動(dòng)，提升學(xué)生人工智能素養(yǎng)。

二、學(xué)研做結(jié)合提升師資水平

教育大計(jì)關(guān)鍵在教師。師資水平直接影響教育教學(xué)的發(fā)展。為了解決人工智能師資問題，學(xué)校首先挑選年輕、肯學(xué)、肯干的教師參與人工智能教育活動(dòng)，由科組長領(lǐng)頭，積極組織教師參加上級組織的培訓(xùn)活動(dòng)，加深對人工智能的認(rèn)知；在此基礎(chǔ)上，學(xué)校購買人工智能教育書籍，系統(tǒng)閱讀，更深入了解人工智能的知識(shí)，如深度學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、open cv圖像處理、mind＋開發(fā)等；再以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的形式帶領(lǐng)學(xué)生開展研學(xué)活動(dòng)，以具體的任務(wù)，邊做邊學(xué)邊教，教學(xué)相長。

三、因地取材多渠道整合教學(xué)資源

開展人工智能教育離不開相關(guān)的教學(xué)設(shè)備與資源。購買專業(yè)配套教學(xué)設(shè)備費(fèi)用比較高，鄉(xiāng)村小學(xué)可以根據(jù)教學(xué)所需，因地取材，多渠道挖掘教學(xué)資源。首先，可以讓有條件的學(xué)生將家里的設(shè)備帶回來跟同學(xué)分享，如小度音箱、小米音箱、平板電腦和手機(jī)等，讓大家共同體驗(yàn)人工智能在生活中的應(yīng)用。其次，可以到網(wǎng)上購買開源硬件，搭建簡易的教學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，如筆者學(xué)校通過黨員微心愿的形式征集了一批攝像頭、掌控板和行空板等開源設(shè)備，開展教學(xué)活動(dòng)。再次，使用虛擬平臺(tái)代替實(shí)體硬件開展教學(xué)，如廣州市電教館特意為人工智能推廣教育開發(fā)了教學(xué)平臺(tái)，平臺(tái)上配置有創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)室、虛擬實(shí)驗(yàn)室和豐富的體驗(yàn)資源，可以滿足開展人工智能課程的需要。

四、選擇合適的人工智能教學(xué)平臺(tái)

開展人工智能教育教學(xué)需要使用到各種軟硬件資源，為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)體驗(yàn)環(huán)境，不同的軟硬件要依賴不同的應(yīng)用平臺(tái)，如編程貓、mind＋、mixly等。其中廣州市電化教育館也專門為人工智能教學(xué)研發(fā)了“人工智能教學(xué)平臺(tái)”，該平臺(tái)具有“資源管理”“作業(yè)管理”“賬號管理”“學(xué)情分析”“Ai體驗(yàn)館”等功能模塊，能從學(xué)習(xí)資源、學(xué)習(xí)任務(wù)、學(xué)生、數(shù)據(jù)等多方面對教學(xué)活動(dòng)進(jìn)行管理，促進(jìn)體驗(yàn)學(xué)習(xí)的組織與開展。

五、以體驗(yàn)活動(dòng)為主線，提升教學(xué)實(shí)效

如何上好人工智能課，讓學(xué)生都喜歡人工智能課程，提高人工智能素養(yǎng)呢？根據(jù)廣州市人工智能實(shí)驗(yàn)教材培養(yǎng)目標(biāo)和內(nèi)容特點(diǎn)，以廣州市教研員劉載興老師提出體驗(yàn)式教學(xué)范式為基礎(chǔ)，根據(jù)庫伯“學(xué)習(xí)圈”理論，將體驗(yàn)學(xué)習(xí)過程分為“具體體驗(yàn)—反思觀察—抽象概括—實(shí)踐應(yīng)用”四個(gè)環(huán)節(jié)，并遵循“情境性”“親歷性”“主體性”“反思性”等原則，結(jié)合廣州市人工智能教學(xué)平臺(tái)的功能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)互動(dòng)式體驗(yàn)式活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生人工智能學(xué)習(xí)。

人工智能體驗(yàn)活動(dòng)分為“創(chuàng)設(shè)情景，提出問題”“開展交互式體驗(yàn)活動(dòng)”“在交流與分享中引導(dǎo)反思”“微課引導(dǎo)，歸納升華”“實(shí)踐應(yīng)用，加深認(rèn)識(shí)”五個(gè)環(huán)節(jié)，讓學(xué)生經(jīng)歷具體到抽象認(rèn)知，再到具體應(yīng)用的過程。

下面，以“電腦能聽懂你的話”一課為例講述體驗(yàn)活動(dòng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施。

（一）創(chuàng)設(shè)情景，提出問題

人工智能體驗(yàn)教學(xué)需要根據(jù)學(xué)習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容和學(xué)生的特點(diǎn)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的或模擬的情景?？赏ㄟ^人工智能教學(xué)平臺(tái)播放《我們的家》的家庭語音控制系統(tǒng)視頻引入話題，展示人工智能在生活中的應(yīng)用，向?qū)W生營造學(xué)習(xí)主題情景，引入學(xué)習(xí)主題，提出學(xué)習(xí)目標(biāo)。同時(shí)，在課堂上向?qū)W生展示跟小度音箱對話，將視頻中的情景帶到課室，由遠(yuǎn)及近、由虛到實(shí)，讓學(xué)生身臨其境，讓學(xué)生初步體驗(yàn)，并提出學(xué)習(xí)問題。

（二）開展交互式體驗(yàn)活動(dòng)

交互是學(xué)習(xí)過程中不可或缺的環(huán)節(jié)，交互具有溝通信息、診斷學(xué)情、情感交流、促進(jìn)反思等作用。為了提高學(xué)生在課堂中的體驗(yàn)性和主體性，要圍繞人工智能教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)相應(yīng)的交互體驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)與人工智能的交互，獲取真實(shí)的經(jīng)歷，為下階段的反思鋪墊。在教學(xué)中，組織學(xué)生在人工智能教學(xué)平臺(tái)上開展語音走迷宮體驗(yàn)活動(dòng)，通過語音控制動(dòng)畫前進(jìn)的方向，體驗(yàn)“電腦聽懂你的話”。

（三）在交流與分享中引導(dǎo)反思

在體驗(yàn)式活動(dòng)中，要注意引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)質(zhì)疑，或是教師通過設(shè)問引發(fā)學(xué)生思考，實(shí)現(xiàn)從具體體驗(yàn)的感知層面發(fā)展到反思觀察的領(lǐng)悟?qū)用?。在活?dòng)中，可以采用體驗(yàn)分享、分組討論、師生問答等形式促進(jìn)學(xué)生反思。教師可以根據(jù)活動(dòng)要求，設(shè)計(jì)多角度的觀察或操作練習(xí)，促進(jìn)學(xué)生感悟和反思。在“電腦能聽懂你的話”教學(xué)中可以先讓學(xué)生分享語音走迷宮的經(jīng)歷，對比“不順利”的和“順利”的走迷宮情況，讓大家一起分析原因，為什么有時(shí)候電腦不能聽懂我們的話？一步一步引導(dǎo)學(xué)生理解語音識(shí)別的過程。

（四）微課引導(dǎo)，歸納升華

根據(jù)庫伯“學(xué)習(xí)圈”理論，體驗(yàn)學(xué)習(xí)過程要經(jīng)歷“抽象概括”環(huán)節(jié)，將具體的學(xué)習(xí)經(jīng)歷轉(zhuǎn)化為自身的知識(shí)，達(dá)成知識(shí)內(nèi)化。抽象概括要以反思為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生將反思中的感悟總結(jié)歸納，將隱性思想變成顯性知識(shí)表達(dá)。以微課為學(xué)習(xí)支架，將抽象的人工智能原理形象、具體、生動(dòng)地解析出來。在教學(xué)中，經(jīng)過上一環(huán)節(jié)的交流和探討后，在教學(xué)平臺(tái)下發(fā)微課“語音識(shí)別工作原理”給學(xué)生觀看，促進(jìn)學(xué)生更好地理解人工智能原理，并一起歸納語音識(shí)別流程。

（五）實(shí)踐應(yīng)用，加深認(rèn)識(shí)

實(shí)踐應(yīng)用是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。學(xué)生經(jīng)過前面幾個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，基本了解相關(guān)人工智能原理，開展實(shí)踐應(yīng)用，將原理應(yīng)用于實(shí)際案例，對案例中設(shè)計(jì)的硬件搭建和代碼編寫更深入了解，印證了前面原理的學(xué)習(xí)，加深理解。在“電腦能聽懂你的話”一課中，可以讓學(xué)生在教學(xué)平臺(tái)的創(chuàng)意實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐探究做語音控制智能點(diǎn)燈，加強(qiáng)對語音識(shí)別的理解和運(yùn)用。

體驗(yàn)活動(dòng)五個(gè)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，從個(gè)別到一般再到個(gè)別，從具體到抽象再到具體，符合科學(xué)認(rèn)知規(guī)律。能有效促進(jìn)學(xué)生對人工智能通識(shí)理解，提高人工智能學(xué)習(xí)興趣。

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