小學信息技術人工智能課堂實踐

季菲

摘要：信息技術飛速發展，人工智能開始進入中小學課程中。本文以“手寫數字識別”為例，通過寓教于樂的小作品，對小學信息技術課堂的人工智能啟蒙教育進行探究，以激發學生的好奇心和創造力，提升學生的信息素養。

關鍵詞：人工智能課堂;機器學習;kittenblock;手寫數字識別

中圖分類號：G434 ?文獻標識碼：A ?論文編號：1674-2117（2021）07-0053-02

人工智能在小學信息技術課堂中的開展方法

1.化難為易

北京航空航天大學副教授秦曾昌認為，中小學AI教育的目的首先是讓學生會使用一些AI的應用模塊。要做到深入淺出，由易到難，利用學生已經學過的知識和熟練使用的軟件，從熟悉感中拉近與人工智能的關系，讓學生有成就感，能在學習中融會貫通，逐步形成相關知識的架構，最終達到舉一反三的效果。

2.化碎為整

人工智能中涵蓋的學習內容較多，教師應在教學前，設計相應的知識結構，可以先將相關程序控件以流程圖的形式展示給學生，再一步一步實現最終的目標，讓學生預先知曉自己所做的是什么動作，并在過程中逐步領會各個流程之間的關系，形成對問題解答的知識結構體系。

3.化寫為示

教師在教學時可以弱化復雜的理論概念，讓學生通過現實生活情境初步了解什么是人工智能，什么是機器學習。鼓勵學生多想、多說、多演，鼓勵學生編寫腳本，理解其中的涵義，并能通過自我意識加以生活化，從而深入理解程序的意圖。

機器學習“手寫數字識別”的設計框架

下面，筆者以“手寫數字識別”為例，談談如何在小學信息技術課堂中開展人工智能教育。

1.課前激趣

通過展示人工智能機器學習的例子（形色—識別花草圖片），引入人工智能的機器學習的概念。

2.教學鋪墊

課前，為了讓學生能更直觀地理解機器學習的原理，筆者節選了MobileNet識別物體和MNIST手寫數字識別這兩個方案來進行初步的機器學習原理的教授。

教師用MobileNet識別物體讓學生認識機器學習，給學生一個示例程序，讓學生先試用程序看能識別出哪些動物。

MNIST手寫數字識別就是將帶有手寫數字的圖片輸入到已經訓練過的機器中，且機器能夠很快識別圖片中的手寫數字，并將結果打印出來。MNIST是一個包含數字0～9的手寫體圖片數據集，圖片已歸一化為以手寫數字為中心的28×28規格的圖片。MNIST由訓練集與測試集兩個部分組成，訓練集有60000個手寫體圖片及對應標簽，測試集有10000個手寫體圖片及對應標簽。

3.驗證程序

要求學生利用Kittenblock（Kittenblock支持arduino、Microbit、MicroPython，利用kittenblock平臺，設計貼近小學生生活的學習目標，可以更加簡單、快速地讓小學生了解人工智能）制作手寫筆來驗證識別程序是否成功。首先，將識別的數據庫以及相關程序直接給學生，讓學生獨立制作一款手寫數字的小軟件，然后將驗證的環節交給程序自動完成。

①導入畫筆（如圖1）。

②增加角色作為畫筆，拖入代碼。

③角色任意，這里以圓球為例，記得把球隱藏起來，隱藏按鍵如圖2中的畫框所示（如果不隱藏，會影響寫字的效果）。

④積木塊代碼，如圖3所示。（顏色為白色，數字盡量寫大一些，或者把畫筆加粗）

4.反饋完善

經過前面的學習，學生對這個小程序已經有了一定的了解，但是在測試過程中，學生發現對于手寫數字的識別，錯誤率較高，于是對此展開了討論。教師引導學生從程序中的模型數據著手，結合前面的示例思考是如何識別圖片的，明確需要通過增加模型的數量（如圖4）、使用正確的程序、計算機的高配置，才能提高識別的正確率，最終讓學生思考出機器學習的三要素：數據、算法、算力。

5.拓展暢想

最后，利用視頻案例進行拓展學習，讓學生暢想未來，使其對人工智能的強大功能有更加深刻的認識，為日后的學習打下基礎。

人工智能進課堂的展望

中小學階段人工智能課程的開設，是新時代發展的必然選擇，但也要理性對待人工智能教育，不盲目跟風，不急于求成。要想讓人工智能更好地進入小學的基礎課程中，必須結合可視化編程，通過簡單易懂的模塊學習，培養學生的邏輯思維能力，激發學生的興趣，讓小學生更好地理解人工智能的相關內容，使人工智能逐漸從小眾教育變為通識教育，從精英教育變為普惠教育。

參考文獻：

[1]江岸區科協，江岸區教育局.關于中小學人工智能教育的思考[J].科協論壇，2018（08）：29-31.

[2]張愷天.基于機器學習的文字識別方法[J].電子技術與軟件工程，2018（21）：237.

[3]王本陸，千京龍，盧億雷，等.簡論中小學人工智能課程的建構[J].教育研究與實驗，2018（04）：37-43.

本文系常州市優秀教師城鄉牽手行動項目成果。