人工智能在信息技術課堂中的應用研究

張錦燕 林素芳 馬夢怡 李新暉

摘 ?要：針對中小學人工智能教育課程存在著內容碎片化、課時少、缺乏專業教師等問題，文章以佛山市中小學人工智能教育為研究對象，對教學內容、實施情況、師資水平及教學效果進行了實地調查，并結合國內外中小學人工智能教育現狀進行了文獻研究，從相關概念、技術體驗與應用以及智能作品創造三方面提出了小學人工智能課程教學框架，并介紹了相應的人工智能課例。

關鍵詞：人工智能;信息技術;核心素養;項目式教學

中圖分類號：TP39;G434 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2021）14-0177-05

Abstract： Aiming at the problems of fragmented content， lack of class hours and lack of professional teachers in the artificial intelligence education curriculum of primary and secondary schools， the paper takes the artificial intelligence education of primary and secondary schools in Foshan as the research object， makes a field investigation on the teaching content， implementation， teacher level and teaching effect， and makes a literature research in combination with the current situation of artificial intelligence education of primary and secondary schools at home and abroad. This paper puts forward the teaching framework of artificial intelligence course in primary school from three aspects： related concepts， technical experience and application and intelligent work creation， and introduces the corresponding artificial intelligence course examples.

Keywords： artificial intelligence; information technology; core literacy; project teaching

0 ?引 ?言

隨著科技的創新與發展，“人臉識別”“語音合成”“語音識別”等人工智能產品逐漸進入大眾視野，也逐漸應用于教育體系中。從2017年國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》，到2018年教育部印發的《高等學校人工智能創新行動計劃》都可以看出，在中小學階段加入人工智能教育是大勢所趨，目的在于打造人工智能專業教育、職業教育和大學基礎教育于一體的高校教育體系。但目前我國中小學人工智能教育還存在缺乏系統的課程標準、科學的內容體系以及專業的師資隊伍等問題。基于此，本文以佛山市中小學人工智能教育為研究對象，進行實地調研，結合國內外中小學人工智能教育文獻研究，從而提出小學人工智能課程框架以及進行人工智能課例的教學設計。

1 ?人工智能教育

人工智能教育指將人工智能（AI）與學習科學結合起來，是一門學習與人工智能相關的方法、理論、技術及應用系統的綜合性學科[1]。人工智能教育的目的在于培養學生的創新意識、信息素養和計算思維等，在設計人工智能課程時需要將學生現有的知識背景與人工智能本身的知識體系相融合，合理安排教學內容，開展包括基本概念、技術應用與體驗以及主流算法在內的系統化的人工智能課程，激發學生對人工智能的興趣。

1.1 ?人工智能課程特征

1.1.1 ?綜合性強

人工智能本身是一門交叉性學科，不僅涉及眾多學科而且研究范疇廣泛，需要據被一定的計算機基礎和數理知識。中小學人工智能課程包括機器學習、智能機器人、計算機視覺、自然語言理解和知識獲取等，而不同學段側重點也有所不同，小學階段重點在于感悟，讓學生通過體驗人工智能產品，直觀了解人工智能對日常生活的影響，初步構建人工智能意識[2]。

1.1.2 ?技術性強

作為一門新興學科，人工智能課程的教學內容隨著研究的深入不斷更新。人工智能技術包括云計算、物聯網、大數據等內容，這類技術性強的學科，對于學生以及教師都是一種挑戰。人工智能課程知識體系龐大，且不斷更新，目前國內專業人工智能教師人才較少，教學難度高。

1.2 ?人工智能教育應用難點

1.2.1 ?系統學習難

在人工智能教育過程中，學生可通過人臉識別或增強現實等人工智能產品，產生真實學習體驗，理解知識。但依托信息技術學科進行的小學人工智能教育，課程內容比較碎片化，缺乏系統的課程標準。例如佛山市小學人工智能課程包括語音合成、語音識別、圖像識別、增強現實、人工智能編程等，且各個學校側重點有所差異，導致開展人工智能系統學習較為困難[3]。

1.2.2 ?深入探究難

人工智能教育是基礎教育改革的大力發展對象，人工智能本身的神秘感和科技感使學生充滿好奇，但調查發現目前的信息技術教師對于人工智能相關知識（例如BP算法、語音識別、機器學習等）把握的還不夠準確，無法帶領學生深入探究[3]。

1.2.3 ?規范技術影響難

雖然教師在進行人工智能教學時可以為學生提供視頻資料甚至是真實體驗的機會，但人工智能技術的學習離不開網絡以及一些技術的支持，這些技術是否會分散學生的注意力，如何利用技術提高教學效果也困擾著教育者們。

1.3 ?依托小學信息技術學科教學的人工智能課程設計思路

1.3.1 ?小學人工智能課程教導內容

2019年《中國互聯網學習發展報告之人工智能教育（基礎教育）領域》對人工智能教育小學階段的目標能力、內容導向以及學習方式做出闡述，如表1所示 [4]。

1.3.2 ?小學人工智能課程框架

我國人工智能本科專業自2018年開始成立，第一批畢業生剛剛進入教學崗位，也就意味著目前中小學信息技術教師大多是信息技術專業或計算機專業出身，對于人工智能領域了解有限。考慮到小學生的認知水平、信息技術教師背景、人工智能課時較少以及人工智能本身內容體系等問題，參考廣東省中山市某小學設計的基于“1+2”課程模式的小學《人工智能課程》[5]及多地區小學信息技術教材，筆者從相關概念、技術體驗與應用以及創造人工智能作品三個方面設計小學人工智能課程框架，如圖1所示。

2 ?“語音識別”教學課例設計

2.1 ?教學內容

本課例選自佛山市信息技術教材五年級下冊第4課《語音識別》，教學內容主要是編程貓IDE的“語音識別”指令。以“訊飛語音識別體驗”導入激發學生學習興趣，教師示范編寫“識別中英文”程序，通過“翻譯小助手”“智能家具”等拓展訓練加深人工智能“語音識別”指令的記憶。

2.2 ?課例整體設計

教學方法：項目式教學。

活動準備：PPT課件、編程貓IDE、訊飛開放平臺、活動評價量表。

劃分小組：按照學生的學習能力及信息技術知識掌握情況進行異質分組，3人一組，小組討論，進行任務分工。

2.2.1 ?第一階段

教師活動：通過訊飛平臺帶領學生體驗智能語音識別，激發學生的學習興趣，如圖2所示。

學生活動：體驗“訊飛語音識別”，感受人工智能魅力。

設計意圖：帶領學生進行真實“語音識別”體驗，通過有趣的智能語音激發學生對人工智能的興趣，并讓學生意識到人工智能正在步入我們的生活。

2.2.2 ?第二階段

教師活動：通過將編程貓IDE識別語句與詢問語句進行對比，帶領學生認識編程貓相關語音識別指令。具體語句如圖3所示，差異對比如表3所示。教師示范識別中文程序如圖4所示。

學生活動：觀摩教師示范，小組合作完成“識別英文”程序如圖5所示。

設計意圖：通過編程貓IDE相關語句對比，讓學生認識在編程貓IDE“聲音”指令集的語音選擇、文字轉換語音等語音識別指令。并通過教師示范以及學生自主實踐，熟悉相關指令的使用，為后續小組合作學習打下基礎。

教師活動：布置分組任務，各小組任選一種項目主題，或自定主題，利用編程貓IDE完成“人工智能語音識別作品”的設計與制作。

項目主題：

（1）翻譯小助手。想象一個情境，你在外國旅游，需要向一位說英文的外國人問路，但是你的英語口語不太好，需要借助翻譯小助手將你說的中文翻譯成英文給外國人看，而且，很遺憾的是，你的英語聽力也不太好，為了能清楚理解外國友人說話的內容，這個翻譯小助手還需要幫助你把對方說的話翻譯成中文。你能設計一個這樣的翻譯小助手嗎？嘗試一下吧！

（2）智能家具。目前，我們操控機器的方式一般都是通過按鍵，機器接收到不同按鍵被按下的信息，就做出相應的反應。現在，我們發現機器能“聽懂”我們講話了，是不是可以不用手動只要說說話就能控制機器了呢？現在，市面上一些智能家具正是利用這個語音識別功能呢！我們也動手設計一款智能家具吧！

學生活動：小組討論并設計作品。

設計意圖：在利用編程作品制作培養學生的計算思維的同時樹立學生的人工智能觀念，將人工智能教育融入現有小學信息技術課程及編程教育中。

2.2.3 ?第三階段

學生活動：各小組展示作品，進行解說，并對其他小組作品及小組成員表現進行評分。組間評價如表4所示，組內互評如表5所示。

3 ?結 ?論

本文依托小學信息技術學科、地方性小學《信息技術》教材和信息技術新課標，從相關概念、技術體驗與應用以及創造人工智能電腦作品三方面設計小學人工智能課程框架。并基于項目式教學原理，以五年級信息技術“語音識別”為例，依托編程貓IDE，設計面向計算思維的以“人工智能”為主題的小學信息技術課例，為人工智能走進小學信息技術課堂提供參考。

參考文獻：

[1] 梁迎麗，劉陳.人工智能教育應用的現狀分析、典型特征與發展趨勢 [J].中國電化教育，2018（3）：24-30.

[2] 謝忠新，曹楊璐，李盈.中小學人工智能課程內容設計探究 [J].中國電化教育，2019（4）：17-22.

[3] 胡勝華.佛山市中小學人工智能教育現狀及發展路徑 [J].中國教育信息化，2021（2）：40-43.

[4] 教育部教育管理信息中心，百度文庫.2019年中國互聯網學習發展報告：人工智能教育（基礎教育）領域 [M].北京：清華大學出版社，2019.

[5] 許明偉，陳明宏.基于“1+2”課程模式的人工智能教育課程設計與實施——以區域校本課程《小學人工智能入門》為例 [J].教育信息技術，2021（3）：31-34.

作者簡介：張錦燕（1998—），女，漢族，安徽安慶人，碩士研究生在讀，研究方向：智能實驗教學、人工智能教育、虛擬現實教育;林素芳（1995—），女，漢族，廣東汕尾人，碩士研究生在讀，研究方向：人工智能教育、智能實驗教學;馬夢怡（1996—），女，漢族，山西晉中人，碩士研究生在讀，研究方向：人工智能教育、中等教育;李新暉（1961—），男，漢族，江西南昌人，碩士生導師，副教授，碩士研究生，研究方向：計算機軟件及計算機應用、教育理論與教育管理、智慧教育。