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(diǎn)。本文通過對(duì)北京市懷柔區(qū)北房鎮(zhèn)中心小學(xué)學(xué)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(xué)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(shè)計(jì)大單元主題學(xué)習(xí)活動(dòng)和跨學(xué)科項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)的實(shí)踐過程，提出了進(jìn)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(hào)】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2021）010-036-03

人工智能的發(fā)展進(jìn)入了快車道，相關(guān)領(lǐng)域人才的培養(yǎng)得到了前所未有的重視。自2017年7月國(guó)務(wù)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(jìn)在中小學(xué)階段開展人工智能和編程教育。在這種新的時(shí)代背景下，學(xué)校教育需要做出相應(yīng)的改變，才能滿足社會(huì)需求和學(xué)生發(fā)展需要。[1]而對(duì)于農(nóng)村小學(xué)來說，最好的切入點(diǎn)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(xué)校的學(xué)情和校情，有針對(duì)性地完善課程體系，開展“人工智能+編程”項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)，為科技教育注入新的發(fā)展活力。[2]

在農(nóng)村小學(xué)開展人工智能和編程教育的現(xiàn)狀

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

1.學(xué)生在人工智能學(xué)習(xí)方面存在的問題

為更深入地把握學(xué)校在開展人工智能教育方面的實(shí)際情況，筆者以網(wǎng)絡(luò)問卷的形式對(duì)學(xué)校六年級(jí)學(xué)生進(jìn)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(duì)調(diào)查結(jié)果所做的分析，目前學(xué)生在人工智能學(xué)習(xí)方面主要存在如下的問題。

（1）學(xué)生對(duì)人工智能的概念認(rèn)識(shí)模糊甚至存在錯(cuò)誤現(xiàn)象。僅45.6%的學(xué)生聽說過“人工智能”這個(gè)名詞，只有12.4%的學(xué)生能夠至少說出兩個(gè)基于人工智能技術(shù)的應(yīng)用。這在客觀上就需要學(xué)校教育補(bǔ)充人工智能教學(xué)部分，以適應(yīng)社會(huì)的需求。

（2）學(xué)生對(duì)于學(xué)習(xí)人工智能的目的理解尚不到位。調(diào)查顯示，65.3%的學(xué)生把學(xué)習(xí)人工智能的目的僅僅停留在開拓視野的層面上，大部分學(xué)生都沒有認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)人工智能知識(shí)能夠讓他們未來更好地適應(yīng)智能時(shí)代的快速發(fā)展。

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

2.學(xué)校在實(shí)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(xué)校能夠承擔(dān)人工智能教學(xué)任務(wù)的教師主要是信息學(xué)科教師。學(xué)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(xué)培訓(xùn)。目前，學(xué)校僅有一個(gè)學(xué)生機(jī)房，機(jī)房電腦相對(duì)較新，能夠滿足學(xué)生人手一臺(tái)電腦的需求，電腦上配備了耳機(jī)和攝像頭，能夠支持開展簡(jiǎn)單的人工智能技術(shù)體驗(yàn)活動(dòng)，但學(xué)校缺乏人工智能的相關(guān)課程資源，這給教師教學(xué)造成了極大的困難。

（2）缺乏對(duì)人工智能和編程教育的頂層設(shè)計(jì)。學(xué)校在“智愛教育”的辦學(xué)理念下，依托國(guó)家、地方和校本課程創(chuàng)設(shè)了“智愛”課程體系。但在舊版課程方案中，沒有設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)，這就導(dǎo)致教師只能在現(xiàn)有的信息技術(shù)課中，以拓展知識(shí)的形式呈現(xiàn)人工智能知識(shí)，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(shí)和技能，忽視了學(xué)生信息學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（3）信息技術(shù)課時(shí)難以滿足人工智能和編程教育需要。目前，很多學(xué)校的人工智能和編程教育的任務(wù)都放在信息技術(shù)課上完成。但僅靠信息技術(shù)的課時(shí)，是難以承擔(dān)這項(xiàng)新的教育任務(wù)的。大部分學(xué)校每周信息技術(shù)課只有1課時(shí)，還需要完成規(guī)定的教學(xué)任務(wù)，每學(xué)期僅能拿出3～4課時(shí)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(shè)“人工智能和編程教育”品牌，打造科技教育新特色

學(xué)生們獲取人工智能知識(shí)的主要渠道在學(xué)校教育中。學(xué)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(shè)計(jì)，缺少優(yōu)質(zhì)課程資源。在這種情況下，學(xué)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(diǎn)，通過設(shè)計(jì)人工智能校本課程群、實(shí)施基于多學(xué)科整合的項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)等形式，全面提高學(xué)生問題解決能力。

1.打造人工智能校本課程群，完善頂層設(shè)計(jì)

學(xué)生不僅要學(xué)習(xí)人工智能的相關(guān)知識(shí)，更重要的是認(rèn)識(shí)人工智能技術(shù)和社會(huì)發(fā)展的關(guān)系，能夠辯證地看待技術(shù)的應(yīng)用[3]。在這一思想的指導(dǎo)下，學(xué)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(chǔ)，構(gòu)建包括“人工智能與創(chuàng)客設(shè)計(jì)”“人工智能與藝術(shù)創(chuàng)作”“人工智能與智能社會(huì)”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(xué)生在這一課程中通過設(shè)計(jì)程序，體驗(yàn)人工智能技術(shù)解決實(shí)際問題的基本思路和過程，從而學(xué)習(xí)關(guān)于人工智能的基礎(chǔ)知識(shí)，體驗(yàn)人工智能編程的魅力。核心課程之外，有三個(gè)延伸課程。在“人工智能與智能社會(huì)”課程中可以討論人工智能產(chǎn)生的社會(huì)現(xiàn)象和問題;在“人工智能與創(chuàng)客設(shè)計(jì)”課程中，親身經(jīng)歷使用技術(shù)解決問題的過程，體會(huì)人工智能技術(shù)本身的優(yōu)缺點(diǎn);在“人工智能與藝術(shù)創(chuàng)作”課程中，體驗(yàn)AI寫詩(shī)、AI繪畫、3D打印等。

2.開展大單元主題教學(xué)，整合課程知識(shí)

有了課程的設(shè)計(jì)還不夠，關(guān)鍵在落實(shí)。新增一門人工智能課是不現(xiàn)實(shí)的。在這種情況下，學(xué)校教師大膽嘗試進(jìn)行大單元主題教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，將核心課程——“人工智能與編程”和北京版小學(xué)信息技術(shù)第三冊(cè)中關(guān)于程序設(shè)計(jì)單元的內(nèi)容進(jìn)行深度的整合，通過“智能程序我設(shè)計(jì)”系列主題的實(shí)施，在保證北京市規(guī)定教學(xué)任務(wù)的同時(shí)，開展人工智能教育。

“智能程序我設(shè)計(jì)”大單元包括6個(gè)子主題，每個(gè)主題分2～3課時(shí)，在六年級(jí)上學(xué)期實(shí)施。整個(gè)單元的內(nèi)容取材于學(xué)校、教師、學(xué)生在學(xué)習(xí)和生活中遇到的小問題。通過一個(gè)個(gè)智能小工具的設(shè)計(jì)，帶領(lǐng)學(xué)生走進(jìn)程序設(shè)計(jì)的大門，了解程序設(shè)計(jì)的基本思路和方法，體會(huì)設(shè)計(jì)基于人工智能技術(shù)的程序能夠改善校園生活。

整個(gè)單元的主題設(shè)計(jì)遵循“循序漸進(jìn)”的原則?！霸O(shè)計(jì)聽寫機(jī)器人程序”和“設(shè)計(jì)智能翻譯機(jī)程序”是基本結(jié)構(gòu)的入門課，程序結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，重點(diǎn)讓學(xué)生體會(huì)到命令上下連接后，程序就可以自動(dòng)執(zhí)行，并進(jìn)行簡(jiǎn)單判斷。在初識(shí)了三大基本結(jié)構(gòu)后，通過“設(shè)計(jì)智能垃圾分類程序”“設(shè)計(jì)人臉識(shí)別門禁程序”的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)綜合運(yùn)用三大基本結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)稍復(fù)雜的程序。在人工智能學(xué)習(xí)方面，聚焦在語(yǔ)音識(shí)別和語(yǔ)音合成兩個(gè)技術(shù)，聚焦在機(jī)器學(xué)習(xí)和圖像識(shí)別技術(shù)的體驗(yàn)上。

3.實(shí)施跨學(xué)科項(xiàng)目學(xué)習(xí)，夯實(shí)核心素養(yǎng)

人工智能是一個(gè)綜合學(xué)習(xí)，落實(shí)人工智能教育需要各學(xué)科教師通力合作。為此，學(xué)校在六年級(jí)下學(xué)期設(shè)計(jì)了“智慧點(diǎn)亮校園”跨學(xué)科項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)。這個(gè)項(xiàng)目以“六年級(jí)學(xué)生為母校進(jìn)行畢業(yè)獻(xiàn)禮”為任務(wù)主線，從實(shí)地調(diào)查發(fā)現(xiàn)學(xué)校燈光使用中的具體問題入手，逐步從設(shè)計(jì)智能校園燈光系統(tǒng)到設(shè)計(jì)未來智能校園。

通過深度的跨學(xué)科合作，以信息技術(shù)學(xué)科為主，共同使用了數(shù)學(xué)、綜合實(shí)踐、勞動(dòng)技術(shù)、美術(shù)等多學(xué)科的部分課時(shí)。前期圍繞“智能燈光系統(tǒng)設(shè)計(jì)”開展教學(xué)，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(shè)計(jì)程序，在電腦上進(jìn)行模擬效果。同時(shí)使用開源硬件，進(jìn)行智能化的場(chǎng)景搭建。后期圍繞“未來智能校園設(shè)計(jì)”開展教學(xué)。學(xué)生通過之前的學(xué)習(xí)，對(duì)人工智能技術(shù)已經(jīng)有了初步的感知，此時(shí)，教師引導(dǎo)學(xué)生使用所學(xué)的知識(shí)設(shè)計(jì)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(jìn)行創(chuàng)意物化，讓他們?nèi)嬗^察校園，通過“分組自選學(xué)習(xí)項(xiàng)目，再集中展示匯報(bào)”的流程，完成學(xué)生眼中“智慧校園”模擬程序和模型的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的愛校之情和對(duì)程序設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)的興趣。

研究結(jié)論和展望

近一年來，學(xué)校在人工智能和編程的各項(xiàng)賽事中取得了國(guó)家級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)21個(gè)、市區(qū)級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)38個(gè)的好成績(jī)，學(xué)校更是被中國(guó)科協(xié)評(píng)為“全國(guó)青少年人工智能活動(dòng)特色單位”。通過大單元主題教學(xué)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和跨學(xué)科項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)，學(xué)生們不再是淺嘗輒止地體驗(yàn)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(shè)計(jì)基于人工智能的程序來解決問題，并且能夠根據(jù)真實(shí)生活的需要，靈活調(diào)整程序效果，直至實(shí)現(xiàn)問題解決。學(xué)生的信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、計(jì)算思維、信息社會(huì)責(zé)任等方面素養(yǎng)都得到了夯實(shí)和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

孫丹，李艷.國(guó)內(nèi)外青少年編程教育的發(fā)展現(xiàn)狀、研究熱點(diǎn)及啟示——兼論智能時(shí)代我國(guó)編程教育的實(shí)施策略[J]. 遠(yuǎn)程教育雜志，2019，37（3）： 47-60.

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