引入體驗活動 創新小學人工智能教學模式

徐欣彥

研究背景

習近平總書記在給2019年國際人工智能與教育大會賀信中指出：人工智能是引領新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力，正深刻改變著人們的生產、生活、學習方式，推動人類社會迎來人機協同、跨界融合、共創分享的智能時代。把握全球人工智能發展態勢，找準突破口和主攻方向，培養大批具有創新能力和合作精神的人工智能高端人才，是教育的重要使命。國務院《新一代人工智能發展規劃》中也提到，實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程。

我們的學生正生活在一個身邊處處有人工智能的新時代，他們熟練應用基于人工智能技術開發的產品，體會到人工智能的發展和普及正在慢慢改變他們的生活方式。他們對此充滿好奇，迫切需要在課堂上和教師一起解開人工智能的秘密，但他們本身年齡小，知識基礎薄弱，如果教師采用傳統教學模式，以問答、講解為主，將會極大增加教學難度和削減學生學習興趣。

人工智能所涉及的知識理論，比之前我們在小學信息技術課上所教學的任何內容都要難而復雜，落實到日常教學活動中，需要我們針對學生特點以及人工智能教學的新要求，對現有教學模式進行創新，讓學生通過活動自然理解相關知識，把重點從對概念、技術的學習轉換到了解相關概念，體驗人工智能技術應用上。在教學過程中以拓展思維為核心，以活動—體驗—提煉—思考—實踐為新教學模式，讓學生在課堂上共享應用人工智能、協作開展學習交流的樂趣，在活動結束時做到“有所知、有所得、有所感、有所悟、有所樂”。讓學生在輕松愉快的學習氛圍中學習大數據、知識表示、機器感知等概念，體會它們在人工智能應用中的作用。

近期教學實踐表明，通過豐富有趣的體驗活動，能更好地幫助學生從多個角度和方式來理解計算機科學中的很多概念，這個經驗也可以遷移到小學人工智能的教學中。體驗活動只是一種引導學生主動參與學習的手段與方法，本質是承載著建立人工智能相關概念結構，培養學科思維的任務，最終還是要通過體驗活動實現教學目標。在開展體驗活動之前，必須要明確“誰來體驗”“為何體驗”“體驗什么”“怎樣體驗”等一系列問題。

結合課例，探討加入體驗活動后的教學實效

1.逆向體驗活動，了解大數據對于人工智能的作用

在人工智能起始課“走近人工智能”一課中，需要讓學生了解，現在的人工智能技術有兩個關鍵點：大數據和深度學習。如何讓學生體會到這兩個概念的重要性，以及它們的作用呢？以往都是運用已有的程序，學生通過操作進行體驗，本次課則設計了逆向體驗活動的環節——植物識別大挑戰。由學生模擬植物識別軟件，通過教師提供的各種植物照片、文字資料，與實體植物的多角度對比、推理等，得出實體植物的名稱。

教師提供給各組的資料有以下幾種情況：只有植物照片沒有文字說明、全部都是其他植物的照片、文字說明與照片不相符、照片模糊不清、多種近似外形植物照片混合、全部都是正確植物照片和說明。最終進行識別匯報時，有些組馬上說出正確植物名稱，有些組不能得出結論，有些組得出錯誤結論。公布答案后，學生自己找出問題所在，即自己手中的資料是這次識別活動的關鍵，如果全班能共享所有資料，那所有人一定能很快得出正確結論。

從這個體驗活動中很容易就引出網絡環境下的大數據對于人工智能的作用。最后學生使用百度和花伴侶軟件對教師拿出來的植物進行了識別操作，在操作過程中總結比對植物特征時要關注的點，比如葉子的形狀、顏色、花的形態、味道、手感等，以便于下次能更好地對植物進行識別。同時也提出問題：它們的大數據從哪里來的？怎么告訴程序這些數據？這時可以簡單提及有監督學習和無監督學習，為深度學習概念的引入埋下伏筆。

2.對比體驗活動，了解深度學習對于人工智能的重要性

深度學習概念涉及高深的數學、物理、腦科學等眾多領域，設計什么樣有趣的活動給小學生進行概念的滲透，讓他們了解到深度學習的重要性？教師從圖靈測試中，找到了教學的靈感。

在教學中將圖靈測試進行簡單的變化，設計出對比體驗活動——誰是不存在的人。教師向學生出示不同的人臉照片，由學生區分哪張是真人照片，哪張是合成出來的不存在的人臉。在引發學生興趣之后，提出生成人臉的人工智能程序使用了深度學習，通過掃描幾百萬張照片，機器自己找出了人臉各個部分的特征，然后自己進行人臉生成，同時程序還使用了GAN（生成網絡對抗技術），讓另一個程序進行人臉識別，并指出與人臉的相似度，同時對兩個程序進行訓練，達到以假亂真的程度。

只有一個體驗活動，還不足以說明問題，在對比圖像之后，還可以對文字進行對比體驗。讓學生閱讀兩首絕句，如下圖所示，找出哪首詩是人工智能程序寫的，哪首詩是人寫的，并說說判斷依據。學生結合自己的語文知識進行識別，課上引發了廣泛的討論，最后由教師總結，生成詩歌的人工智能系統，在“閱讀”了從唐代到清代幾千位詩人的近30萬首古詩的基礎上，通過深度學習自己掌握了什么是押韻，并能根據這一成果創作出絕句、詞、藏頭詩等作品，同時也再次證明了大數據和深度學習對于人工智能的重要作用。當學生使用這一系統給自己寫名字藏頭詩的時候，一定比什么都不了解的情況下，單純玩一玩要深入且感觸更多。

總結與反思

1.關注學生思維的成長

將人工智能中復雜的原理和概念，用學生能夠接受并愿意參與的體驗活動完成感知，指導其完成抽象化過程，將成果正向遷移到后續的學習中，最后用多種形式的作品進行呈現。這一過程，實際就是學生思維成長的過程。

人工智能現在已經成為信息技術、計算機科學的新熱點，而當前的教育理念更專注學生的終身學習，更重視課堂與社會、生活之間的聯系，強調在真實環境中開展學習。新時代的人工智能教育更應注重對思維的培養，以及主動靈活地運用所學發現、分析、解決實際問題。體驗實踐活動可以幫助學生們拓展更寬廣的視野，掌握更好的解決問題的方法和主動獲取新知識的能力，強調思維的培養，而不是操作APP或電腦軟件。

2.提升學生學習以及交流的興趣

學習的本質是交互，親身體驗和交互活動會使學生產生更多的興趣，但如果沒有更高層次的行為產生，興趣對學生學習的作用就會有限，甚至可能是無效的。需要注意的是，體驗活動本身不是目的，引發學生的深層興趣，以及在活動中推向根本性問題才是重要的。學生的學習不僅在有意思的氛圍中進行，更應該是有意義的，學生的學習成果和學習體驗可以在活動中主動地分享給更多的人，學生的學習興趣可以通過更多的方式得以保持和提升。

3.為學生創設有溫度的學習環境

隨著生活方式的變遷、技術的發展，“人工智能化的童年”是否會出現？人工智能教育應提倡有溫度的教育，幫助學生成長為一棵充滿活力的樹，而不是整齊劃一、毫無生命力的水泥電線桿，同時也要在教學過程中，強調秩序、倫理、道德、法律等方面的滲透。

體驗實踐活動與人工智能教學的有機融合，聚焦趣味性、多樣性教學方式的創設，學生通過親身體驗不同類型的課內外學習活動，達到培養思維、理解概念、體會過程、收獲成功的效果。我們還有很多想法和創意想要在教學實踐中嘗試和改進，希望和人工智能教育實踐者一起，迎難而上，在更廣闊的小學人工智能教學天地中有所作為。

作者單位：北京市第一七一中學附屬青年湖小學