5EX模型在小學人工智能啟蒙教學中的實證研究

阮德懷

隨著計算科學的快速發展，人工智能逐漸走入人們的日常生活。2017年國務院正式印發《新一代人工智能發展規劃》，明確了人工智能的國家戰略地位，提出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，逐步推廣編程教育。然而，當前市面上的人工智能設備價格昂貴、技術系數難度大，以及缺乏相應的教學資源和師資力量不足等因素，導致國內小學階段人工智能的研究更多停留在理論層面，課堂實踐教學研究相對缺乏。本文從借鑒高中信息技術課程方案入手，以5EX教學模型結合Kittenblock圖形化軟件開展小學人工智能啟蒙教學實踐活動，以期為后續開展小學人工智能教育提供實踐參考。

5EX教學模型與AI教學設計

5EX教學模型是由華南師范大學李克東教授提出的，5EX表示進入情境與提出問題—探究與體驗—工程設計與技術應用—拓展與創意—評價與反思。該模型以項目為驅動，通過引入生活場景，讓學生在熟悉的場景中思考問題，在彼此的交流中發展思維，在動手操作和體驗中學習關鍵技術，在分享中放飛創意和感受人工智能的魅力。

AI走進課堂主要有兩方面的內容，一方面是AI理論，另一方面是AI技術應用。借助Kittenblock圖形化編程軟件將人工智能技術應用引入到信息技術課堂，學生不僅可以學習編程技術和培養計算思維，還可以體驗人工智能的簡單應用。結合5EX教學模型，以“微笑拍照”一課為例，闡述該模式下的人工智能教學設計，具體如圖1所示。

基于5EX模型的AI教學實踐

在人工智能啟蒙教學中，將其所涉及的知識通過真實應用場景引入課堂教學，通過小項目的方式引發學生體驗與探究，或許是開展小學階段人工智能啟蒙教學的有效途徑。因此，在對5EX模型與教學內容進行設計后，需要進一步對其進行完善和課堂教學探索。

1.EQ：情境與問題

小學人工智能教學應該貼近學生實際生活，即當下學習探索的經驗要為將來深入學習人工智能做準備。貼近學生生活的內容，既是當前信息技術教學主題選擇的主要方向，又可作為人工智能進入小學信息技術課堂的結合點。因此，在該環節通過節假日外出旅行拍照來創設情境，讓學生在熟悉的情境中思考提出的問題：利用Kittenblock軟件如何實現微笑拍照？意圖在于引發學生的思考，激發學習動機。

2.EE：探索與體驗

探索未知是人類的天性，結合小學生好奇心強、喜歡體驗、模仿性強的特點，在EE環節中，教師也可將真實的體驗引入到人工智能課堂教學中，讓學生自由探索與體驗新技術，在學生體驗后引導其對體驗的過程進行思考和質疑。例如，在微笑拍照項目中，單靠教師的講解并不能讓學生明白微笑拍照的原理與腳本，針對這一情況，設計學生體驗使用手機或電腦微笑拍照，并且在體驗中思考教師提出的問題（拍照的一般流程是什么？為什么可以通過微笑實現拍照？如何判斷畫面中的微笑率？）。學生可以在體驗中感受微笑拍照的流程：①開啟攝像頭。②設置存放圖片路徑。③判斷畫面中人物微笑率，如果大于預設值，則拍照保存;如果小于預設值，則繼續檢測畫面人物微笑率。

3.ET：工程與技術

技術知識除了詳細的講解與體驗之外，還需要學生親自動手操作和感悟。前面已經為動手制作做好了情境與體驗鋪墊，可是學生在操作時還是會出現各種問題，如有的學生忘了設置圖片存放的路徑，結果找不到拍攝的圖片等，因此，在學生遇到問題時，教師應及時進行整體反饋和講解，幫助學生理解與感悟該知識點。

4.EC：拓展與創意

為了培養學生的編程思維，在學生學習并操作技術后，需要教師及時引導學生將技術應用拓展到生活中，做到學以致用。例如，在學習微笑拍照技術后，引導學生將人臉檢測技術拓展到微笑開燈、校園刷臉進出系統等現象的模擬制作，鼓勵學生分享彼此的創意，形成思維碰撞，最終產生新的創意。

5.ER：評價與反思

評價是對學生階段性學習效果的評價，評價內容包含學生成品、制作過程、學習狀態等的評價，評價方式也包含了生生互評、師生互評和網絡展評。學生思維在聆聽他人評價和交流中得到啟發，教師再引導學生對自己的創作過程和作品進行反思，反思有哪些步驟、指令可以優化，作品還可以與生活中哪些現象相結合等。

小學人工智能啟蒙教學建議

1.擁抱人工智能，學習AI技術

一線教育工作者要主動接受新技術，先行了解當前適合在小學階段進行課堂教學的軟件和硬件，特別是了解AI圖形化編程軟件，如Mind+、Kittenblock等，AI硬件中的掌控版2.0和pyAI-K210開發板等，對比分析這些軟硬件的優劣（如表1）不難發現，Kittenblock更加適合作為小學階段開展人工智能教學的軟件，因為它與當前小學信息技術圖形化編程語言教學軟件界面一樣，有利于學生從Scratch過渡到Kittenblock人工智能教學中，同時教師應該借助網絡資源對AI的軟硬件進行深入的學習和研究，親自動手體驗及制作相應的作品，并將開發出來的案例整理設計成課堂教學內容。

2.結合生活場景，進行項目學習

小學階段人工智能教學設計應盡量結合日常生活情境，以此拉近學生與人工智能之間的距離，教師可以將生活中人工智能應用的現象融入到對應的教學內容中，以小項目式開展人工智能教學，既能讓學生學習到人工智能技術，又能使其理解人工智能在生活中應用的工作原理。

3.融入編程教育，培養計算思維

人工智能作為新興技術還未寫入當前的小學信息技術教材，因此如何將人工智能落實到小學信息技術課堂是當前一線教育者研究的熱點。筆者所在的工作室團隊嘗試將AI與圖形化編程教學相結合，依托教材中的Scratch教學模塊，將圖形化編程作為基礎教學內容，把Kittenblock中的AI模塊作為拓展教學內容，讓學生在掌握基本的圖形化編程技能后，再去體驗和學習人工智能的應用。計算思維作為信息技術學科核心素養之一，一直引領著編程教學，而算法作為人工智能的核心，與信息技術核心素養中的計算思維不謀而合，因此，將人工智能融入到編程教學不僅可以作為AI進課堂的落腳點，而且還可以培養學生的計算思維。

4.漂流AI設備，跨校聯合教研

人工智能教學離不開硬件設備的供給，然而當前AI設備價格相對昂貴，面對此種困境，可以建立設備漂流機制，立足各單位已有的硬件設備，建立多校硬件共享漂流機制，實現校際AI資源均衡化，為更多的學生創造平等學習的機會。同時，鼓勵領到漂流AI設備的學校舉行課堂教學展示活動，展示途徑可以是線下和線上相結合，以此推動跨校聯合教研的實現以及人工智能教學的實踐探索。

5.組建學習共同體，開發校本教材

人工智能技術應用更新速度快，進入教育者視野時間短，個人對AI新技術的認知及掌握程度有限，相關的教學經驗缺乏，因此，可以組建AI學習共同體，發揮共同體成員特長，團隊協同研究AI技術。可聘請AI業內知名企業、AI研究學者對共同體成員進行AI技術和教學理念的培訓，在學習共同體成員基本掌握了AI應用技術及新型教學理念后，AI學習共同體需要發揮一線教育者的特長，根據兒童的認知特點、技能基礎和學習習慣來開發適合小學生的人工智能教學內容，并進行課堂教學實踐，以實踐的效果來不斷修改和完善教學內容，最終以“認識身邊的AI”為主題將所有的教學內容歸類編輯成校本教材。

結束語

基于5EX模型的人工智能啟蒙教學是以兒童為中心的實踐活動，它注重真實情境或問題的引入和學生真實的體驗，以項目式學習為推進策略，以培養學生知識遷移能力和落實信息技術學科核心素養為目標。人工智能進入中小學課堂還有很多方面需要進一步完善，未來還需要廣大一線教育工作者孜孜不倦的探索。

基金項目：廣東省教育科學“十三五”規劃課題“‘五度六環人工智能教育啟蒙課程的構建與實施”（課題編號：2020YQJK234）。