農村小學人工智能課外活動校本課程開發的實踐研究

劉煜

【摘要】近年來，針對中小學生的人工智能普及教育成為研究熱點。在農村地區，客觀條件所限，學生在人工智能學習方面存在一定劣勢。此研究展示了北京市懷柔區長哨營滿族鄉中心小學的教研團隊以建構主義為理論指導，圍繞學生信息技術學科核心素養培養這一目標，開發的“人工智能”校本課程的主要框架內容，和在農村小學開展人工智能教學的建議。

【關鍵詞】人工智能 課外活動 核心素養 校本課程

一、在農村小學開展人工智能教學的背景

近年來，國務院和教育部相繼發布《新一代人工智能發展規劃》和《教育信息化2.0行動計劃》等重磅文件，大力發展人工智能成為了國家戰略。在中小學開展人工智能教學也成為了當前教育界的研究熱點。受限于地理位置和寄宿制生活方式，農村地區學生對人工智能技術的了解相對較少。在一份針對某農村學校4～6年級學生關于信息素養的調研中發現，僅45.6%的學生聽說過“人工智能”這個名詞，只有12.4%的學生能夠至少說出兩個基于人工智能技術的應用。所以，在農村小學開設人工智能課程，使學生能夠從小學到高中都能夠接受分學段、成系統的人工智能教育，是幫助農村地區學生更好融入到現代信息社會，培養學生核心素養的重要方式。

二、課程目標和內容框架設計

（一）小學人工智能課程的目標框架設計

1.課程總目標

核心素養培養是新一輪課改的關鍵詞，信息技術學科的四大核心素養培養如何在教學中落地，擺在了一線教師面前。由于缺乏權威的小學階段課程標準，本課程借鑒高中信息技術課程標準中的目標要求，以培養學生信息技術學科核心素養為核心，設置了如下的課程總目標：

《走進智能時代》課外活動校本課程以信息素養培養為核心，通過項目學習活動，讓學生親身經歷人工智能技術解決實際問題的全過程，并在此過程中初步形成對學科大概念的認識，初步體會人工智能技術在學生日常生活中的應用價值。同時，課程還將為學生提供成系列的配套資源，整合在數字化的學習環境中，讓學生能夠在學習過程中方便地獲取大量的數字資源，以實現他們個性化的創意物化，提高創新意識和能力，為成為數字化時代的合格中國公民奠定基礎。

2.內容框架和教學目標

本課程包括“人工智能基礎”“簡單人工智能程序設計”“開源硬件項目設計”三部分內容。具體教學目標如下：

（1）通過體驗基于人工智能技術的APP和AI開放平臺，感受人工智能技術在實際生活中的應用，并能通過自主探究，初步體會技術背后的基本過程和實現原理。

（2）知道當前人工智能技術的應用領域，并通過具體案例初步了解語音識別、圖像識別、機器學習等技術的特點、應用模式及局限性。

（3）通過智能系統的應用體驗，能夠提出自己對人工智能技術的理解，辯證看待技術的巨大價值和潛在風險，增強安全防護意識和責任感。

（4）通過項目學習，親身經歷使用開源硬件在實現人工智能作品創作中的全過程，了解其中的基本知識和原理，并能根據實際需求選擇適當的硬件以實現設計效果。

（5）能夠實際問題的解決過程中，提高學生使用人工智能技術分析問題、提出方案、完成問題解決的能力，從而提升學生的綜合素養。

（二）農村小學人工智能校本課程的內容框架

根據上述的教學目標，《走進智能時代》校本課程設計了“人工智能基礎”“人工智能編程”“智慧點亮長小”三部分內容，具體課時安排如下：

1.第一單元——人工智能基礎

本單元共由三課時組成。第一課時“‘人工智能來了——校園植物大調查”，通過使用“識圖”類APP，讓學生調查校園的植物，對植物進行分類，在實踐中體驗人工智能技術的優勢和不足。第二課時“‘0和‘1的神奇世界”，讓學生在有趣的游戲中，認識二進制數，知道計算機中主要用的數制是二進制，并能進行二進制和十進制的轉化，從而對信息的編碼有初步的認識。第三課時“計算機感知探秘”，通過像素畫的小游戲引入課堂，讓學生體會計算機使用“0”和“1”對簡單圖像進行編碼的基本思路和方法。

2.第二單元——人工智能編程

本單元共由六課時組成，分為三個小主題。第一個小主題是探秘語音識別。第一課時在使用識別語音交互套件主要模塊，實現語音識別的過程中體會語音識別的基本原理;第二課時使用語音識別模塊，通過軟件編程和硬件連接，制作出實現校園小導游。第二個小主題是探秘圖像識別。第一課時通過使用騰訊AI平臺，讓學生通過對比一個人在年幼時和青年時的照片，找到失散親人。感受人臉識別的基本原理;第二課時通過圖形化編程軟件搭建命令，并使用智能硬件搭建小車，實現自動追球的效果。第三個小主題是探秘機器學習。第一課時使用“ML”機器學習教學平臺，讓學生機器學習技術解決問題的全過程，實現計算機不僅能識別準確命令，還能通過訓練識別模糊命令的效果;第二課時使用“ML”機器學習教學平臺，通過建立新的訓練模型，實現更為智能的語言理解效果。

3.第三單元——智慧點亮校園

本單元共由五課時組成，在設計時充分借鑒了STEM教育理念，以項目學習的方式開展。讓學生在不斷地發現問題——解決問題——發現新問題——解決新問題這樣循環往復的過程中，提升綜合素質。第一課時對校園的燈光進行調查，找出問題，形成初步的智能化解決方案。第二課時根據不同的校園區域，設計不同的智能燈光程序，實現根據光線或聲音自動開關燈、根據用戶語音開關燈等技術效果。第三課時利用開源硬件，進行場景搭建，模擬智能燈光的實現場景，實現創意物化。第四課時觀看大量未來學校的視頻，使用思維導圖工具，基于語音識別技術、圖像識別技術，進一步規劃未來學校的基本功能。第五課時通過圖形化編程軟件，利用軟件模擬出基于人工智能技術的未來校園效果。

三、對農村小學人工智能課程實施的思考

（一）保障資金投入和師資隊伍建設，讓人工智能課程成為支持農村學生未來發展的有力翅膀

本課程的設計充分考慮了農村學校的條件和能力，所以所需要的硬件要求并不高。但很明顯，如果能夠有更多的智能化硬件，可以更好地支持本課程的實施。同時，這門課程的實施客觀上需要教師具備較高的綜合素質。學校應當建立一支教師梯隊，在教師流動性比較大的現實條件下，保障這門課程的師資，才能確保這門課程能夠真正落地。

（二）深入推進課程的頂層設計，制定更加明確的標準，讓教師的教學能夠有標可依

目前，信息技術學科仍然沒有義務教育階段的課程標準。國家雖然出臺文件，要在中小學進行人工智能課程實踐，但是缺乏頂層設計，則讓課程的實施處在尷尬的境地。對課程的實施者來說，要加強對高中新課標的學習，進一步對頂層設計進行優化，從而保障本課程的落地實踐更加有實效。

（三）積極和第三方合作，利用外部力量，支持課程實施

目前百度、訊飛等大公司都將關注點投向了人工智能教育，很多公司還開發了成系統的配套資源。和這些成熟的公司合作，可以讓課程的實施事半功倍。學校可以和這些外部力量合作，共同深度開發基于人工智能的教育技術平臺，從而實現互聯網+人工智能+教育的深度結合。

參考文獻：

[1]韓克.高中信息技術課程中的人工智能教學[J].中國校外教育，2019，（29）：168+165.

[2]鄭書樂.高中階段實施人工智能教育的思考[J].學周刊，2019，（28）：184.

本研究屬于北京市教育學會創造教育研究會十三五滾動規劃課題：“在小學高年級學科實踐活動中培養創造力的研究”的研究成果，項目編號：BJCZ-G-2017091。