劉曉燁

從信息時代出發(fā)，在小學(xué)開設(shè)人工智能相關(guān)課程勢在必行，而北京市東城區(qū)在2019年已經(jīng)出版了一本小學(xué)人工智能輔助教材，我校是第一批人工智能實(shí)驗(yàn)校。我作為一名東城區(qū)小學(xué)信息技術(shù)教師，在小學(xué)開展了人工智能教學(xué)方面的研究。

皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論指出，小學(xué)階段的學(xué)生可以將感知動作內(nèi)化，并能在具體內(nèi)容的支持下進(jìn)行簡單的抽象邏輯思維。2018年7月，中國青少年科技輔導(dǎo)員協(xié)會通過對18個省市地區(qū)的25所中小學(xué)的1158位中小學(xué)生進(jìn)行問卷調(diào)查，以及對相關(guān)教師和專家進(jìn)行深度訪談后，他們給出的建議是：中小學(xué)的人工智能教學(xué)要以活動——體驗(yàn)——提煉——思考——實(shí)踐為教學(xué)模式?？梢娀顒?、體驗(yàn)是多么重要。只有通過活動進(jìn)行體驗(yàn)，學(xué)生才能理解，才能對所學(xué)的知識進(jìn)行提煉和思考，最終進(jìn)行實(shí)踐和創(chuàng)新。

蘇聯(lián)教育家蘇霍姆林斯基說過：“使學(xué)生親身感受到知識獲取的過程，其樂趣是知識本身無法給予的”。因此，我設(shè)計(jì)的“圖像識別”一課中，最大的特點(diǎn)就是讓學(xué)生在活動中充分地體驗(yàn)，將體驗(yàn)貫穿課堂始終。

體驗(yàn)式情境引入，幫助學(xué)生提煉重點(diǎn)

在情境引入環(huán)節(jié)，我以“我是小保安”的活動引入，旨在讓學(xué)生通過模擬人工智能領(lǐng)域的“人臉識別系統(tǒng)”，親身感受自己當(dāng)保安，判斷門外的人能不能進(jìn)門的過程，從而提煉出人識別人臉的過程。首先給出6個不認(rèn)識的人的人臉正面照片，給學(xué)生一分鐘時間進(jìn)行記憶。之后我出示兩張人臉的照片（逐一出示），告訴學(xué)生，他們已經(jīng)來到學(xué)校門口，請你拿出手中的答題器判斷是否能進(jìn)。后出示的兩張人臉照片都是在6個人臉照片中的，只不過做了一些修飾。第一張是在原有人臉基礎(chǔ)上戴了近視眼鏡，第二張是在原有基礎(chǔ)上戴了墨鏡和口罩。每次用互動反饋系統(tǒng)的答題器做完判斷，及時出示判斷結(jié)果，并讓學(xué)生說一說判斷能進(jìn)與否的理由。這里使用互動反饋系統(tǒng)的目的是讓每位學(xué)生充分參與到體驗(yàn)活動中，在激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，更重要的是感受“人識別”的過程，為“提煉人識別過程”這一重要任務(wù)做準(zhǔn)備。通過親身體驗(yàn)，并對自己所做的判斷進(jìn)行分析，學(xué)生最終能夠總結(jié)出“人識別”的過程，那就是“看（特征）——去除干擾——特征比對——做出判斷”，從而達(dá)到教學(xué)目的。假設(shè)是教師直接告訴學(xué)生這個過程，那么學(xué)生可能不理解且忘得也快，對后續(xù)的學(xué)習(xí)會造成很多困難。

同時，這個環(huán)節(jié)也是滲透信息安全的好機(jī)會。教師只需要問一句：為什么不能讓戴墨鏡和口罩的人進(jìn)去？學(xué)生就會想到萬一不是6個人中的一個，那我們的校園就不安全了。要想安全，又不會判斷錯誤，那就應(yīng)該怎么樣？學(xué)生們會說摘掉口罩和墨鏡再做判斷，這個過程就是去除干擾的過程。

體驗(yàn)完之后，教師問學(xué)生如果是成千上萬的人，我們還能記得住嗎？記不住該怎么辦？視野開闊的學(xué)生就會想到機(jī)器中的“人臉識別”，其實(shí)人臉識別就是圖像識別的一種。

體驗(yàn)手寫數(shù)字識別，感受機(jī)器識別過程

在上一環(huán)節(jié)，學(xué)生通過活動體驗(yàn)，感受到“人識別”的過程，而在這一環(huán)節(jié)，重點(diǎn)就是要感受機(jī)器識別的過程。機(jī)器識別的過程以“手寫數(shù)字識別”最為簡單，可以讓學(xué)生進(jìn)行體驗(yàn)。教師提問：對于人進(jìn)進(jìn)出出的安全性來說，人臉識別可以更安全、更便捷，那么對于車來說呢？學(xué)生會說車牌識別。而車牌號的組成便可引出數(shù)字識別。

這個體驗(yàn)活動以組為單位進(jìn)行，在iPad上從組長開始輪流體驗(yàn)。每位學(xué)生手寫0～9這10個數(shù)字中的任意一個，看機(jī)器能否識別正確。這個體驗(yàn)環(huán)節(jié)要帶著問題去體驗(yàn)：機(jī)器識別的過程是什么？

學(xué)生充分體驗(yàn)完后，請學(xué)生將體驗(yàn)的過程投放到大屏幕中，當(dāng)學(xué)生手寫完數(shù)字點(diǎn)擊識別時，請學(xué)生觀察剛寫的數(shù)字有什么變化？學(xué)生會發(fā)現(xiàn)變成了像素的樣子。教師引導(dǎo)學(xué)生得出機(jī)器能認(rèn)識的是二進(jìn)制“0”和“1”，分別代表黑與白，所以就是像素格的樣子。這個環(huán)節(jié)就是要讓學(xué)生明白，其實(shí)機(jī)器識別的過程和人的識別過程很相似，但是說法不同，在“人識別”中叫“看”，而機(jī)器識別就是“提取像素”。

體驗(yàn)機(jī)器識別過程，理解機(jī)器識別背后的原理

在這個活動中，教師旨在讓學(xué)生理解機(jī)器識別手寫數(shù)字背后的原理。這也是本課的難點(diǎn)。學(xué)生要在像素格上邊的方框中手寫一個數(shù)字，之后再將數(shù)字提取像素到像素格中。然后利用教師所給的數(shù)字模板和提取的像素的數(shù)字，根據(jù)板書中機(jī)器識別的過程，在小組內(nèi)自己對機(jī)器識別的過程進(jìn)行模擬。小組內(nèi)模擬演示完，找學(xué)生到前邊進(jìn)行教具演示。這里重點(diǎn)是按照機(jī)器識別的過程一一進(jìn)行模擬。最重要的是特征比對這個環(huán)節(jié)，要引導(dǎo)學(xué)生做出逐一與數(shù)字模板進(jìn)行比對的過程。最終得出匹配度最高的那個數(shù)字，得出結(jié)果。

體驗(yàn)多種圖像識別App，感受人工智能在生活中的應(yīng)用

這個環(huán)節(jié)旨在讓學(xué)生更多地體驗(yàn)圖像識別App。學(xué)生分為6組，其中兩個組體驗(yàn)人臉識別，兩個組體驗(yàn)植物識別，另外兩個組體驗(yàn)果蔬識別。教師提前準(zhǔn)備好一些樣子相似的植物和果蔬，讓學(xué)生以組為單位進(jìn)行拍照識別，每組輪流進(jìn)行。帶著問題去體驗(yàn)：識別準(zhǔn)確性如何？如何改進(jìn)？可以應(yīng)用到生活的哪些方面？學(xué)生們在組內(nèi)充分體驗(yàn)完之后，以組為單位到前邊進(jìn)行展示，3個組上臺展示，平行組可以做適當(dāng)補(bǔ)充。

這個體驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生們興致高漲，體驗(yàn)完之后，也是意猶未盡，滔滔不絕地說出了自己的想法。更有些思維活躍的學(xué)生，說出了讓所有師生都意想不到的想法，如體驗(yàn)人臉識別的學(xué)生說：“可以將它放在鏡子上，加上情緒指數(shù)顯示，這樣當(dāng)你在照鏡子的時候，就可以知道自己的情緒如何，然后提醒你做出適當(dāng)調(diào)整。”還有的學(xué)生體驗(yàn)完果蔬識別后說：“可以應(yīng)用于菜市場，可以測果蔬的新鮮度和真假，不僅讓我們更健康， 還可以防止欺騙?！?/p>

課后反思

在小學(xué)階段，人工智能課程以學(xué)生體驗(yàn)為主，讓學(xué)生感受人工智能在生活中的應(yīng)用，以及感受人工智能正在改變著我們的生活。這種體驗(yàn)式的教學(xué)方式，學(xué)生能較好地理解課程內(nèi)容，課堂中生成的都是從學(xué)生口中獲得的;使授課教師感受到身心愉悅，學(xué)生能帶給教師很多驚喜，同時需要教師有更多的知識儲備和應(yīng)變能力;師生互動平等、順暢、愉快，學(xué)生在情感上有良好的體驗(yàn)。因此對以體驗(yàn)為導(dǎo)向的小學(xué)人工智能教學(xué)，我有以下幾點(diǎn)體會。

（1）體驗(yàn)式學(xué)習(xí)更加注重學(xué)生的主體地位。它更加關(guān)注學(xué)生親身經(jīng)歷作用的發(fā)揮，教師與學(xué)生平等交流，使學(xué)生獲取更為良好的情感體驗(yàn)，還可以充分發(fā)揮學(xué)生的差異性與個性化特點(diǎn)。

（2）幫助學(xué)生深刻理解知識。體驗(yàn)式學(xué)習(xí)方式可以讓學(xué)生更深刻地理解知識內(nèi)容，促進(jìn)后續(xù)的學(xué)習(xí)與記憶效果優(yōu)化，會讓學(xué)生感受到人工智能并不復(fù)雜，其新鮮有趣的特點(diǎn)十分符合學(xué)生的心理期待，因此學(xué)生的自信心與成就感容易建立起來。當(dāng)教師順著學(xué)生的興趣點(diǎn)提示更具深度的人工智能知識與相關(guān)問題時，學(xué)生的畏難情緒將極大降低，取而代之的是探索與思考的熱情，體驗(yàn)式學(xué)習(xí)使得課堂教學(xué)效果達(dá)到優(yōu)化。

（3）幫助學(xué)生應(yīng)用知識。在知識理解之后，學(xué)生還可以借助體驗(yàn)式學(xué)習(xí)，讓知識與實(shí)踐應(yīng)用發(fā)生更緊密的聯(lián)系，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的提升。從這個意義上講，教師給予學(xué)生的體驗(yàn)式學(xué)習(xí)機(jī)會，還會在知識應(yīng)用方面起到幫助，學(xué)生由此觀察并感知生活中的人工智能，并將理論學(xué)習(xí)與實(shí)踐應(yīng)用相聯(lián)系，讓人工智能學(xué)習(xí)上升到一個全新的層次。

我們的目的是通過人工智能課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，包括理性思維、批判思維、勇于探究的科學(xué)思維、邏輯思維和信息素養(yǎng)。并能用這樣的思維去觀察身邊的一切，去發(fā)現(xiàn)問題，并用這樣的思維去解決問題。在人工智能已經(jīng)到來的時代，我們要讓學(xué)生具備相應(yīng)的素養(yǎng)，在倫理道德的約束下，能夠與人工智能友好相處，創(chuàng)造更多的可能。

參考文獻(xiàn)

[1]高燕. 認(rèn)知發(fā)展階段理論對教育實(shí)踐的啟示[J]. 中小學(xué)心理健康教育，2018（11）： 15-17.