鄭續(xù)玲

在小學(xué)階段，人工智能教育的首要目標(biāo)是讓學(xué)生充分體驗(yàn)人工智能，了解人工智能在生活中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)、探索人工智能的興趣。因此，不必給人工智能基礎(chǔ)教育設(shè)置過高的技術(shù)門檻。在新冠疫情期間，筆者一直在研究和實(shí)踐如何利用云平臺(tái)普及人工智能編程專項(xiàng)教育，但進(jìn)入后疫情時(shí)代，筆者有了以下困惑：隨著新生的加入，如何設(shè)置分層系列課程，讓不同基礎(chǔ)的學(xué)生都有收獲？如何跨學(xué)科整合、開發(fā)STEM基礎(chǔ)課程，提升學(xué)生的多學(xué)科綜合學(xué)習(xí)能力和計(jì)算思維能力？如何針對(duì)居家條件設(shè)計(jì)人工智能專項(xiàng)課程，提升學(xué)生人工智能編程素養(yǎng)？針對(duì)以上三個(gè)問題，筆者又進(jìn)行了研究和實(shí)踐。

● 分層設(shè)計(jì)，梯度學(xué)習(xí)

為了讓學(xué)生適應(yīng)未來的人工智能時(shí)代，具備一定的人工智能編程和設(shè)計(jì)能力，筆者根據(jù)學(xué)生的學(xué)科知識(shí)基礎(chǔ)和年齡認(rèn)知規(guī)律，將課程分為基礎(chǔ)知識(shí)、跨學(xué)科STEM學(xué)習(xí)、人工智能專項(xiàng)三個(gè)層次，分層開展課程的開發(fā)、學(xué)習(xí)和評(píng)價(jià)。其中，基礎(chǔ)知識(shí)是編程入門知識(shí)，涉及編程各類積木的用法、編程三種結(jié)構(gòu)等?？鐚W(xué)科整合則是將編程與語文、數(shù)學(xué)、英語、科學(xué)等學(xué)科整合，讓學(xué)生用編程解決學(xué)科問題，形成跨學(xué)科學(xué)習(xí)能力。人工智能專項(xiàng)學(xué)習(xí)是以各種體驗(yàn)為切入點(diǎn)去梳理一條知識(shí)演繹的線索，讓學(xué)生理解人工智能的概念，通過編寫人工智能程序，體驗(yàn)人工智能工作過程，提升人工智能編程能力。這樣的設(shè)計(jì)，可有效地讓學(xué)生掌握人工智能編程基礎(chǔ)知識(shí)，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力和創(chuàng)新能力。

● 學(xué)科整合，創(chuàng)新體驗(yàn)

在學(xué)生學(xué)完基礎(chǔ)課程后，筆者適時(shí)地選取各學(xué)科特有的思維訓(xùn)練點(diǎn)為切入點(diǎn)，設(shè)計(jì)有探究意義的課程，讓學(xué)生主動(dòng)探究體驗(yàn)，產(chǎn)生成功的樂趣。

（1）編程游戲與學(xué)科訓(xùn)練有機(jī)融合。例如，從數(shù)學(xué)計(jì)算的角度出發(fā)，結(jié)合學(xué)生喜歡玩的游戲“植物大戰(zhàn)僵尸”，筆者設(shè)計(jì)了植物大戰(zhàn)僵尸口算練習(xí)程序。面對(duì)紛至沓來的數(shù)字僵尸，學(xué)生通過數(shù)字運(yùn)算規(guī)律不斷消滅僵尸，優(yōu)勝劣汰，情緒高漲，調(diào)動(dòng)了口算熱情，達(dá)到了很好的學(xué)習(xí)效果。

（2）動(dòng)漫設(shè)計(jì)與故事情節(jié)巧妙搭配。例如，筆者從語文作文訓(xùn)練基礎(chǔ)出發(fā)設(shè)計(jì)了新編寓言故事《狐貍與烏鴉》，學(xué)生依據(jù)文本內(nèi)容，設(shè)計(jì)生動(dòng)形象的動(dòng)漫角色，并流暢地展示故事內(nèi)容，這期間，既要考慮動(dòng)物的出場順序、方式，又要考慮各個(gè)角色的停留時(shí)間、語言形式，以及畫面色彩、構(gòu)圖技巧等，事無巨細(xì)，需要學(xué)生很好地構(gòu)思、排序、組合，提升了他們的邏輯思維能力。

（3）情境創(chuàng)設(shè)與知識(shí)鞏固相得益彰。例如，從打字能力的訓(xùn)練角度出發(fā)，筆者讓學(xué)生練習(xí)字母訓(xùn)練小程序。程序情境是讓26個(gè)字母隨機(jī)從屏幕上方下落，此時(shí)及時(shí)準(zhǔn)確地按下鍵盤對(duì)應(yīng)的字母，屏幕上的對(duì)應(yīng)字母才會(huì)消失。這樣的情境讓學(xué)生注意力高度集中，并加以協(xié)調(diào)準(zhǔn)確的動(dòng)作，才能順利闖關(guān)。

● 智能訓(xùn)練，深度探究

為了引領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)探究、深度思考，筆者還從學(xué)生的興趣點(diǎn)、關(guān)注點(diǎn)、思維點(diǎn)出發(fā)，設(shè)計(jì)開發(fā)了人工智能深度課程。下頁圖1是15個(gè)課時(shí)、5個(gè)小任務(wù)的“人工智能體驗(yàn)+創(chuàng)新”的深度學(xué)習(xí)課程分解圖。

1.興趣點(diǎn)

石頭剪刀布游戲是最簡單的居家游戲，如何人機(jī)一起玩這個(gè)游戲呢？根據(jù)學(xué)生的興趣點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)了“智能識(shí)別之石頭剪刀布”游戲，這里涉及人工智能的圖像識(shí)別，筆者用到了國外IBM網(wǎng)站的少兒機(jī)器學(xué)習(xí)功能。按下鍵盤的“P”鍵，即可以打開攝像頭，隨機(jī)拍攝一張照片，剪刀、石頭還是布？圖2是“智能識(shí)別之石頭剪刀布”任務(wù)分解圖和知識(shí)圖譜。

2.關(guān)注點(diǎn)

新冠疫情下，為何居家學(xué)習(xí)是學(xué)生關(guān)注的熱點(diǎn)，因此，筆者緊抓學(xué)生的關(guān)注點(diǎn)，開發(fā)了“模擬新冠肺炎感染程序”。圖3是“新冠肺炎模擬感染程序”任務(wù)分解圖和知識(shí)圖譜，對(duì)學(xué)生理解為何新冠疫情期間要居家隔離、出門戴好口罩、避免人群聚集起到了促進(jìn)作用。

3.思維點(diǎn)

居家遠(yuǎn)程醫(yī)療是學(xué)生學(xué)習(xí)的思維點(diǎn)，筆者設(shè)計(jì)了智能診斷糖尿病程序，賦予學(xué)生要設(shè)計(jì)智能診斷程序的思維意識(shí)，讓未來居家遠(yuǎn)程醫(yī)療成為可能。“智能診斷糖尿病”任務(wù)分解圖和知識(shí)圖譜如圖4所示。

● 創(chuàng)新點(diǎn)

1.構(gòu)建計(jì)算思維訓(xùn)練模式

如何引導(dǎo)學(xué)生的編程思路？當(dāng)學(xué)生遇到困難時(shí)，筆者利用動(dòng)畫直觀演示解決問題的過程，通過形象化的演示，引領(lǐng)學(xué)生提升計(jì)算思維能力，讓學(xué)生形成解決問題的固定計(jì)算思維模式：問題抽象化描述→形式化表達(dá)→構(gòu)造方法和公式→編程自動(dòng)化解決。

2.探索居家人工智能訓(xùn)練模式

小學(xué)生居家沒有任何可以用的開源硬件條件，所以先開發(fā)適合小學(xué)生居家體驗(yàn)的相關(guān)課程，是筆者考慮并實(shí)踐的起點(diǎn)，本方案通過從人工智能的小而精的程序中梳理一條知識(shí)演繹的線索，讓學(xué)生理解人工智能的概念，通過編寫人工智能程序，體驗(yàn)人工智能工作過程，提升人工智能編程能力。