小學人工智能課程體系的構建與實踐

王仁宇

小學教育是基礎教育的重要組成部分，在小學階段進行人工智能啟蒙教育對推動我國人工智能行業的普及化、專業化有重大的現實意義。因此，筆者所在的深圳市仙桐實驗小學（下文簡稱“仙桐小學”）開展了相關研究，從人工智能教育的現狀分析出發，構建了具有學校特色的人工智能課程體系，并通過實踐驗證了體系的有效性，以期為其他教育工作者開展小學階段的人工智能教育提供借鑒與參考。

一、我國人工智能教育的現狀及問題

在國內基礎教育資源區域發展失衡的背景下，小學階段的人工智能教育發展存在著困難，主要包含以下方面。

1.課程設計片面

人工智能課程具有綜合性強、知識跨學科的特點，設計時既需要宏觀地進行系統性頂層規劃，也需要考慮小學生的實際能力，滿足普及人工智能知識的教學目標。

2.專業師資薄弱

科班出身的人工智能教師數量稀少，各校的人工智能課程一般是教師兼教。對教師來說，這是一項挑戰，他們不僅要承擔本學科的教學任務和日常的教務工作，還需要額外花精力去進修、研究人工智能相關課程。

3.教育普及不均衡

國家與各地政府相繼發文后，各校陸續開展了人工智能課程，但大多數學校僅擇優培養，忽略了對普通學生的普及教育。很多學生對人工智能并未有清晰的概念與理解，這與智能時代下國家的人才培養政策是相悖的。

二、人工智能課程體系的構建

1.人工智能課程體系的總培養目標

人工智能技術的推廣促進人工智能時代的來臨。2017年以來，國務院、各省市發布了人工智能規劃，人工智能教育的落實落地勢在必行。通過人工智能教育，可以給孩子帶來什么？

結合經驗，仙桐小學明確培養目標：“將學生培養成為在未來的生活中具有解決問題的能力，擁有自主人生，能夠時刻感受到幸福，能夠自信迎接人工智能時代到來的21世紀技能人才。”

2.人工智能課程建設的理論依據

根據學校的實際情況，仙桐小學選用“布魯納的螺旋式課程理論”作為人工智能課程建設的理論依據。

“布魯納的螺旋式課程理論”認為課程的排列應采取螺旋式的形態，即在小學低年級到中學階段的教學中，對于同一種基本概念，應采用螺旋式反復上升排列。第一次螺旋是屬于動作的次元;第二次螺旋是屬于形象的次元;第三次螺旋是屬于符號的次元，螺旋隨著學生年紀、閱歷的增長，反復上升，幫助學生逐漸加深對知識的理解，最終熟練掌握。

小學低年段的人工智能課程不宜教授過深的知識，也不宜用單純的簡單機器人課程代替，這會導致學生無法銜接后續的高深內容。因此，仙桐小學站在宏觀角度，采用了螺旋式課程理論。

3.人工智能課程開展的支持與保障

人工智能教育的順利實施倚靠學校的支持，仙桐小學提供了全面的保障。

獲得學校支持。校長及學校相關領導以學校頂層設計為指引，重視科技教育。以學校規劃為抓手，繪制科創藍圖。全校合力支持人工智能教育活動的開展，并鼓勵各科教師提供技術指導并參與其中。

組建創客團隊。仙桐小學構建了優秀的創客教師團隊，形成了學校智庫。團隊分工明確，科組長負責各項創客及人工智能活動，推廣人工智能教育的普及;其他老師則分別負責自然教育、編程教育、影視作品創作、專業隊比賽訓練、創客活動的記錄整理和宣傳等工作。

建立創客教室。學校建立了集多功能區于一身的創客教室，為學生進行人工智能學習提供了專業化的場所。

豐富校企合作。當前企業機構在人工智能技術和教學資源方面有比較豐富的沉淀，加深企業與學校合作，能夠有效幫助學校提高教育資源利用率和教學質量，助力學校加速人工智能教育課程的建設與實施。通過校企合作，能給學生提供豐富的課程和實踐機會，更好地推動人工智能人才培養的發展。

4.人工智能課程體系的構建

第一梯度：年級普及化人工智能課程。

將學校的信息技術課程拆分成單雙周，和信息技術老師研討，將信息技術課程內容用半個學期的課時進行授課，另一半課時用來上人工智能普及化課程。每堂課都由專業的第三方人員進行授課，本校老師協同配合。

授課對象為三至六年級學生，依照小學生發展水平和本校學生實際接受能力，分層級設計授課內容。三年級學生主要利用諾寶機器人作為上課載體，讓學生初步擁有圖形化編程能力，并通過積木件的搭建鍛煉學生動手能力，加強其空間思維等;四年級學生則利用優必選UKIT套裝作為上課載體，著重培養傳感器的使用，利用主控和積木件的搭建，通過程序控制傳感器，教授控制機械的方法;五年級將結合四年級積木件和AIBOX（人工智能主控）普及人工智能的概念及python編程，通過具象化任務學習如何賦予一臺機器智慧和學習能力;六年級會完全依托AIBOX（人工智能主控）有意識地將圖形化編程引導到python的編程語言中，通過語言編程解決基本的控制問題。

每學年會根據授課內容和熱點時事布置項目式任務并進行學習測評。

第二梯度：社團類人工智能教育課程。

社團課以每年級（3-6年級）開設一個年級社團為主，結合教材開展教學活動，并開設混合社團。無人機、 3D打印、創客馬拉松等混合社團可跨年級招生。所有社團人數在25人左右為宜，社團活動每周一次，時長以一小時為準。

由于三年級學生第一次接觸該領域內容，所以社團開設基礎的編程課，以圖形化編程為主，力圖打好基礎;四年級學生的社團開設諾寶機器人深度課程，借此強化、鞏固所學內容，并學習更加復雜的工程結構和編程方式;五年級學生的社團則開設UKIT深度課程，教授更多傳感器應用方法及創造新型作品;六年級學生的社團則開設python強化班，針對有基礎和有能力的學生，主抓語言教學。

社團課程均由學校創客團隊規劃和設計并聘請專業的校外老師進行授課。

第三梯度：專業競賽隊人工智能訓練。

每學年會有關于人工智能類的比賽，以賽事安排為準，組建臨時專業隊為宜，提前招募基礎較好的學生進行高強度短期的集中競賽訓練。以教師指導為輔，學生實踐訓練為主，力圖提升學生對競賽相關的整體知識融合和實踐應用的能力，激發創新挑戰精神。賽后學生則回歸正常的校園生活中。

三、在實踐中檢驗人工智能課程體系

1.人工智能課程體系第一梯度的實施

2020-2021學年下學期，仙桐小學正式開展人工智能普及化課程。在校領導的推動下，三年級的電腦課程進行了拆分。普及課程中，選用積木件和主控編程的內容進行授課。

2021年9月，仙桐實驗小學加強推動人工智能普及化課程，將三、四年級的電腦課進行拆分。教師通過對人工智能基礎內容的動手搭建和編程學習，培養了學生的空間思維能力、動手能力、編程思維能力、邏輯思維能力和團隊合作能力，讓學生對人工智能知識有了基礎的認識。

經過一年的授課，全校學生對人工智能教育的接觸增多，對人工智能的熱情增加。

2.人工智能課程體系第二梯度的實施

開展3個三至五年級專屬社團課、1個創客馬拉松課程，以及相關社團課。（例如3D打印筆、激光切割機、無人機等）每個社團人數在20-25人。

學校利用多種多樣的社團課，向對人工智能課程有興趣的學生提供了更深入的探究與學習機會，讓學生的興趣得以實現與發展，既拓寬了他們的知識面，也鍛煉了他們的綜合能力。

例如，“諾寶創客”社團面向四年級學生，以小組合作形式進行學習。該社團課程選用的器材，有豐富的傳感器和結構積木件和易于學生提升邏輯的圖形化編程，社團內容側重于人工智能知識的理解和實踐應用能力，引導式的教學方式讓學生能夠思考更多、探索更多，整體提升學生對人工智能的理解與綜合運用能力。

3.人工智能課程體系第三梯度的實施

學校本著以賽促學的目的，提供了多種人工智能相關活動。

以“超變戰場比賽隊”為例，接到比賽通知后，經學校批準，通過教師推薦和社團選拔組成專項比賽訓練隊。每天下午四點至七點半開展高強度訓練，選手先研讀比賽規則、了解比賽內容，接著根據比賽任務搭建機器人，最后進行高強度模擬賽事訓練，并在每次模擬賽后進行總結、改裝、優化等。長久的訓練換來的是獲得勝利那一刻的榮耀，最終隊員獲得第36屆深圳市青少年科技創新大賽冠軍，并直通國賽獲得一等獎的好成績。

經過五年來各種活動的鍛煉，學生不僅在綜合素質上得到了巨大的提升，也在各國家、省、市、區各類比賽中獲得榮譽，展現自信。老師們也通過人工智能教育的活動，在專業領域上取得了不同的成就。學校更是成為學生學習先進科技知識的主陣地，整個學校科技氛圍濃厚，積極組織學生參加相關活動，并連續三年在大創客節獲優秀組織獎。

責任編輯 黃博彥