人工智能技術 與小學信息技術課程的融合

摘要：本文首先分析了當下我國小學教育生態體系改革的必然性和可行性，然后從實現技術融合的先決條件入手，重點探究人工智能技術為我國小學信息技術課程建設與發展帶來的新契機，最后通過具體案例，從教學目標、教學設計和軟硬件設備需求等方面，全面地分析了現階段人工智能走進小學課堂，是機遇與挑戰并存的關鍵時刻。幫助人工智能在小學信息技術課程中落地生根打開一個新的局面，對促進我國教育生態體系現代化建設和新時代人才培養具有積極意義。

關鍵詞：人工智能;信息技術;小學教育;人才培養;信息素養

中圖分類號：G434? 文獻標識碼：A? 論文編號：1674-2117（2021）15-0088-04

● 引言

2015年，教育部頒發文件強調大力發展信息技術中人工智能教育的培養，包括STEM教育、創客教育等，重視培養學生的創新能力與實際解決問題的能力。2017年7月，國務院發布《新一代人工智能發展規劃》，將人工智能上升為國家發展策略。2018年1月，教育部在《普通高中課程方案和語文等學科課程標準的有關情況》中將三維設計、開源硬件、人工智能正式列入新課標，成為高中學習的必修課。2018年4月教育部發布《教育信息化2.0行動計劃》，提出人工智能、編程課程將會被納入初、高中學業水平考試。2018年8月教育部辦公廳發布關于開展人工智能助推教師隊伍建設行動試點工作的通知，表示要推進教師主動適應信息化、人工智能等技術變革，積極有效開展教育教學。2019年3月教育部辦公廳在印發的《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》通知中透露：2019年將啟動中小學信息素養測評，并推動在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育，同時推動大數據、虛擬現實、人工智能等新技術在教育教學中的深入應用。

然而目前，傳統的教育生態體系與信息化時代間的天平呈現出明顯的失衡狀態，作為新一代信息技術中關鍵性一環，人工智能技術受到越來越多的教育界學者的關注。如何推進技術支持的教育結構性變革，將信息技術真正融入教育主、客體，教育理念以及教育環境當中，成為我們面臨的一個全新的課題。

● 基于人工智能的小學信息技術課程改革

1.必然性與可行性分析

（1）必然性分析

《中國教育現代化2035》確立了我國2035年總體實現教育現代化，邁入教育強國行列。其中，智慧性、科技型、發展性、融合性、引領性等都是促進教育現代化的重要影響因素，上述因素都在推進教育生態體系改革的步伐。智慧與智能時代的最大特征是創新創造，教育現代化的智慧性最重要的內涵是將學生造就為具有創新創造能力的全面發展之人。這無疑對教育者、學習者以及課程設計與安排都提出了更高的要求，而新時代的創新創造更多的是基于信息技術。因此，造就創新創造之人的智慧性，必須要以先進的教育信息化作為條件支持。

人工智能是一個復合型新興交叉學科，包括數學、物理、電子信息、通信、物聯網和大數據，以及微電子集成電路等多個領域，還包括類腦研究，是新一輪產業變革的核心驅動力和引領未來技術的戰略技術。無論是立足于時代大背景還是立足于學習者長遠發展的角度，作為新時代的信息技術教師，在不斷提升個人信息技術能力的同時，應思考如何將前沿技術在最合適的時間，以最合適的方式教授給學生。

（2）可行性分析

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》指出，應從體驗層面認識人工智能，初步理解人工智能實現的簡單原理和基本過程，能夠簡單實現人工智能的基礎應用。高中階段：以專題性人工智能技術理解為重點，以人工智能教育發展與應用前沿為輔助。初中階段：以高級計算思維培養為重點，以初步理解人工智能實現知識體系為輔助。小學階段：以計算思維培養為重點，以感知和體驗人工智能為輔助。

因此，從學生角度，小學學段的學生或許無法真正理解人工智能領域的高端技術，但是學習人工智能發展歷程，體驗人工智能在各個領域的實際應用，甚至接觸人工智能基礎算法，對他們而言是完全可以接受的，并且他們有很高的學習興趣，愿意積極參與人工智能的各類活動;從學校角度，學校對課程開發基于高度支持與放權，把握好人工智能教育的方向，做到從實際出發推廣落地;從教師角度，保持開放的心態，主動了解人工智能前沿技術，與教材知識體系結合，與軟硬結合，大膽嘗試，努力讓課堂更有趣，實現邊學習邊摸索邊上課。

2.人工智能技術對教育生態體系的影響

（1）教育者角度：從傳統教授到共同學習觀念的轉變

身處信息高速更迭、新技術新觀點不斷涌現的當代社會，教師需要不斷地充實自己的知識儲備，“吃老本”的教學理念已經不再適用。學生對信息技術的學習熱情和獲取新知識的途徑不斷提升，在某種程度上小學高學段學生對信息的敏感程度甚至會高于教師。因此，教育者是時候轉變思想了，從知識傳遞者向共同學習者轉變。

（2）學習者角度：全面提升學生信息素養

2017版高中新課標明確指出，信息技術課程是一門旨在全面提升學生信息素養，幫助學生掌握信息技術基礎知識與技能、增強信息意識、發展計算思維、提高數字化學習與創新能力、樹立正確的信息社會價值觀和責任感的基礎課程。信息技術的核心素養包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新和信息社會責任。

（3）學科角度：多學科融合

人工智能作為一項多學科融合的復雜性課題，涉及哲學、數學、心理學等學科知識。在小學階段，人工智能以獨立的學科存在的可能性和價值性都不高，但基于其涉及領域的多樣性，可以與多個學科融合。其中，關聯性最高的是信息技術學科，同時，人工智能與科學、數學、道德與法制學科都有一定的關聯性，是一項與多學科融合的課題。

● 人工智能走進小學信息技術課程

相比現階段小學所開設的信息技術課程，人工智能所涉及的知識理論要更加深奧復雜。學生年齡的限制和相對薄弱的基礎知識，使得傳統的教學模式不僅不能發揮出應有的效果，反而會削減學生的學習興趣。這就要求教師能夠針對學生特點以及人工智能教學新要求，對現有教學模式進行改革與創新。以“認識和感悟”為核心的教學目標，在教學過程中可以通過認識、感悟和嘗試人工智能這三個階段，逐步引領學生走進人工智能的世界，體會人工智能為我們生活學習帶來的便利和積極意義。

1.人工智能課程實施的困境及解決方法分析

目前，在人工智能走進小學信息技術課堂的過程中，仍然存在很多難題亟待解決。本文將重點從課程標準及教材、專業教師、基本設備和課程時間及類型這四個方面分別展開說明，并結合實際課堂和學校實際情況提出有針對性的解決方案。

（1）沒有統一的課程標準和教材

目前，人工智能課程還沒有統一的課程標準和教材，這就造成人工智能相關課程雖然出現在小學信息技術課堂上，但大多是以單獨的課時形式出現，缺乏連貫性和標準性。因此，應盡快制訂并出臺全國性的中小學人工智能課程標準和專業性教材。當然，由于人工智能領域涉及的技術眾多，且發展更迭速度較快，教師可根據學校實際情況和學生水平，積極開發符合本校實際情況的人工智能校本課程。

（2）專業教師不足

人工智能是一個以計算機科學為基礎，由計算機、心理學、哲學等多個學科交叉融合成學科。學科內涉及內容多而復雜，且專業性較強。而信息技術只是人工智能學科體系中的一部分，傳統的信息技術教師在人工智能課程的教學過程中會比較吃力。另外，基于人工智能學科自身性質，需要按照教學模塊組織相對應的實踐活動。因此，人工智能學科的教師團隊，需要多個領域（如計算機科學、程序設計和圖像處理等領域）的專業人才。

（3）課程所需基本設備缺乏

人工智能課程中對設備的硬件和軟件環境均有較高要求，傳統的信息技術授課教室無法滿足教學要求。很多適合學生體驗的語音識別和圖像識別APP，由于設備的缺乏難以真正走進課堂，弱化了學生的參與感，影響教學效果。因此，教師應充分了解所在學校已有設備，將設備功能最大化;同時，借鑒兄弟學校的經驗，盡量以低成本開展摸索階段的教學工作。

（4）課程時間及類型安排問題

人工智能課程中所涉及的實踐環節較多，每周一個課時無法支持實踐環節的順利進行。如果強行將課程劃分為兩部分，即將講解和實踐環節分割開，會嚴重影響學生的體驗感受。因此，可以嘗試將人工智能課程進行劃分，將其分為普通課程和興趣課程。普通課程側重理論，興趣課程側重實踐，讓學生自主選擇適合自己的課程，在有限的時間內將教學效果最優化。同時，充分利用課后社團活動，幫助學生在小范圍內組織相關實踐活動，積累經驗。

2.人工智能課程設計方案

（1）目標

小學學段的學生還不具備理解人工智能復雜算法的能力。因此，在教學過程中以認知和感知為主，即結合學生實際情況，以了解和認識為主要目的，側重體驗教學，讓學生了解人工智能的特點，感悟人工智能對生活和學習的影響。在教學過程中以拓展思維為核心，以活動—體驗—提煉—思考—實踐為新的教學模式，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，在課程結束時做到“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、神經網絡、機器學習等概念，體會它們在人工智能應用中的作用。在課程設置中注重案例與理論的結合，將語音識別、文字翻譯、人臉識別、車牌識別、文字識別等內容模塊化。低年級以興趣培養為主，中年級擴展圖像化編程，高年級進一步結合硬件操作，將知識進行整合，針對不同年齡階段的學生，開展符合學情的課程類型。

（2）具體方案

①認識人工智能。通過課前調研，筆者發現學生對人工智能并不陌生。說到人工智能，他們可以聯想到很多身邊所見的實例，如掃地機器人、百度小度、商場導購機器人等。因此，人工智能課程設計的首要任務不是幫學生總結人工智能的概念、研究現狀和核心技術，而是采用逆向教學的方式，從具體應用場景入手，讓學生知道人工智能究竟可以做什么。在教學導入部分，以視頻為載體，使用設問導入法，激發學生的好奇心，同時，明確學生的主體地位，增加學生交流討論環節比重，引導學生自主研究。

②感悟人工智能。學生經過第一階段的學習，對人工智能有了基本的認識，但并沒有形成完整的知識體系。他們知道人工智能的很多應用，但對這些應用的分類和關系是模糊的。此時，是課程設計的關鍵時刻，也是將學生興趣向感悟進行轉化的合適時機。在第二階段的教學中，筆者本著“輕技術，重感悟”的原則，從“看、聽、說、想、動”五個方面開展感悟人工智能的教學。當然，“輕技術”并不是完全忽略技術的教學，而是將技術隱藏于具體應用之下，通過有形的實際應用，引導學生主動發掘隱藏在背后的無形的技術。以興趣作為牽引，降低學生的接受難度。

③嘗試人工智能。經過認識和感悟人工智能，學生初步掌握了人工智能，并對其應用場景有清晰的劃分。學生在這一階段擁有較強的表現欲望，教師可以劃分出多個具有可操作性的小課題，讓學生以小組為單位進行相關資料搜集和匯報演講，使學生通過實際操作加深感悟與認識。以“人機交互”這一課題為例，在學生完成相關內容的演講之后，教師提出“猜畫小歌”這一微信小游戲，組織學生以小組為單位進行游戲，在游戲中加深對人機交互的理解。

（3）環境需求

①硬件環境：計算機或iPad。

②軟件環境：圖像識別（形色）、圖像編輯（Prisma）、語音識別（訊飛輸入法）、人機交互（百度小度）。

3.課程改革與創新的實施效果

（1）學生角度

人工智能走進小學信息技術課堂，幫助學生拓展思維，讓學生在輕松愉悅的課堂氛圍中了解“機器學習”“大數據”等專業概念，親身體會“圖像識別”“語音識別”和“人機交互”的實際操作，達到了在游戲中認識、在認識中感悟、在感悟中學習的目的。

（2）教師角度

人工智能學科的復雜性和交叉性，無疑向授課教師提出了更高的要求，加大了教師的備課難度。但與此同時也使得教師在課程中和學生共同進步，不斷提升專業水平。

（3）學校角度

人工智能和信息技術學科間的融合，促進小學信息技術課程內容和體系的現代化建設，有利于學校培養出具備信息素養的新時代人才。

● 總結

在人工智能技術飛速發展的信息化時代，實施并推進新一代信息技術與教育教學工作融合，加速我國教育生態系統現代化建設進程，是教育領域研究者需要積極面對并認真思考的重要課題。在探究如何更好地將人工智能引入小學信息技術課程的實例中，筆者發現隨著新一代信息技術的快速發展和成熟，信息技術與教育生態系統融合后形成的新場景、新功能和新模式，勢必對未來的教育教學工作產生重要影響。今后，筆者將結合新時代教師及學生對知識多維度的需求，以人工智能浪潮為契機，逐步調整并平衡傳統課程內容及模式在新技術面前存在的諸多問題，完善教育理念及教學模式，培養出具備信息素養的新時代人才。

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作者簡介：陳紫揚，女，在北京信息科技大學獲得信息與通信工程專業工學碩士學位，研究方向為5G移動通信和復雜網絡輿情傳播分析。