基于游戲主題的小學人工智能教育探究

10.3969/j.issn.1671-489X.2022.05.069

摘 要 隨著人工智能教育進入中小學課堂，關于中小學

人工智能教育教學模式或應用方式的經驗不斷被總結分享出來，主題式自主探究活動方式的人工智能教育是其中較為熱門的話題，在主題探究活動中，游戲主題探究是其中較受歡迎的項目。主要探討如何通過游戲主題探究活動開展人工智能教育。

關鍵詞 創客教育；人工智能教育；猜拳游戲機；編程思維

中圖分類號：G623.58 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2022）05-0069-03

0 引言

自2017年國務院發布《新一代人工智能發展規劃》以來，我國人工智能進入高速發展階段，人工智能產品在社會各行業不斷投入應用。教育部辦公廳印發的《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》指出：“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。”人工智能教育進入中小學將對我國人工智能人才培養起到極大的促進作用[1]。現今人工智能教育已經進入中小學教育中，關于中小學人工智能教育的教育教學模式或者應用方式層出不窮，但小學層面的人工智能教育模式仍是極為欠缺。如何通過簡易明了的方式把人工智能引入小學教育中是目前的一個難點。

把人工智能融入小學創客教育中，是推廣人工智能教育的一種易普及、成效高的方法。主題式的創客教育方式更是一種較受歡迎的學習探究模式。以游戲主題為探究項目，向學生滲透人工智能概念，能讓學生產生更大的動力和積極性，使其逐步養成探究身邊事物人工智能化轉變的思考方式，為今后的人工智能學習打下堅實的基礎。

1 游戲激發動力，選題源自興趣

民間傳統小游戲大都是以前流傳下來供學生娛樂的游戲項目，如跳皮筋、丟手絹、踢毽子、老鷹捉小雞、吹蠟燭、石頭剪刀布等。這些游戲洋溢著濃郁的鄉土氣息，能給學生帶來快樂，充分放松學生因課堂學習而緊繃的大腦神經。由于科技的發展，各種電子游戲逐漸進入學生視野，導致傳統的游戲逐漸淡出校園。

在小學課堂教學活動中，游戲主題活動占據主要地位，目的是有計劃地引導學生通過各種各樣的游戲參與來獲得必要的知識與認知。因此，針對不同的教學內容會選擇不同的游戲手段。以傳統游戲為主題融入人工智能教育，能讓學生進一步探究傳統小游戲的內涵，通過對游戲規則、游戲道具的探究和分析，從人機交互的角度進行思考，在原有游戲規則的基礎上創新出智能化的游戲道具。通過探究傳統游戲的智能化轉變，能激發學生對傳統游戲的認知興趣，并以游戲的原動力來推動，讓學生積極地投入人工智能的學習和探究中。

如游戲“石頭剪刀布”，這是一個不需要任何道具的游戲活動，但由于學生玩的時候經常在出拳快慢的問題上產生爭執，難以給出一個公平公正的游戲方法。讓學生去探究這個選題，能給學生比較直觀、實際以及易于實現的問題解決導向。在人工智能教育探究中，把游戲“石頭剪刀布”進行智能化改造，讓其升級為具有一定智能化的游戲道具“猜拳游戲機”。利用Arduino主控板及各種傳感模塊，通過編程實現智能化游戲功能，在充分培養學生興趣的同時，還能響應國家號召，推進編程教育。

2 多角度看游戲，問題產生思路

創客教育是一項人人可以參與、鼓勵將創意變成行動的創新活動。在創客教育中滲透人工智能知識，讓學生通過觀察身邊事物，進行功能、用途、智能化等方面的創新，激發其創新的興趣，培養其創造的能力。在小學人工智能教育中，利用開源硬件、3D打印機以及易于學習的可視化編程語言，能讓學生動手創造智能化的作品更加簡便，當然還要配備具有一定人工智能專業素養的教師。

如石頭剪刀布游戲，學生在游戲過程中經常在出拳的時間快慢、出拳手勢是否標準等方面產生矛盾，因而影響游戲的心情或破壞快樂游戲的良好氛圍。因此，筆者先讓學生學會換角度看游戲：如果你做裁判，如何確保游戲者同時出拳？如何確保他們的手勢絕對標準？如果你是游戲參與者，出拳時是否會猜想對方的出拳方式？是否有過在看到對方手勢一剎那改變自己手勢的想法？通過這樣的換位思考，進行針對性的問題解決方式探究，利用智能化的工具或設備讓游戲更趨向于公平，避免游戲過程中發生矛盾。

通過制作游戲道具“猜拳游戲機”展示游戲參與者的出拳手勢并兼具裁判的功能，該作品的開發過程充分體現學生的問題分析能力、動手創作能力以及個人創造力，可以為學生營造一個寬松舒適的環境，讓學生從不同角度進行游戲，創新游戲方法，完善游戲規則，創新游戲種類等。通過這樣的活動，讓學生自行開發潛能，左腦與右腦互動，頻繁地交換信息，開發完善大腦功能，創造力在不知不覺中就會得到升華。

3 游戲部件構思，功能模塊選定

人工智能是通過機器來模擬人類認知能力的技術[2]。一個設備是否具備人工智能的元素，要看它是否具備人機交互、問題思考判斷以及最后結果的執行或完成能力。在游戲主題設備的智能化探究過程中，學生也要思考如何讓設備具備人類的認知能力，如“猜拳游戲機”要具備裁判功能，就必須會看游戲參與者的出拳手勢。通過網絡進行相應知識的查閱、探究，學生了解到，要看出拳手勢可以通過圖像識別的功能實現，即觀察三種手勢的特征，如圖1所示。

讓設備觀看手勢的功能部件以點面的方式進行識別，鑒于小學階段學生的年齡特征和學習能力，如果用攝像頭以圖像數據對比方式進行識別，學生理解、掌握和實現都存在一定的困難。因此，可以利用紅外傳感器去組合成手勢識別功能模塊，根據三種手勢所覆蓋的感應點的不同進行識別。因為參與者手放的位置偏差，感應點會出現誤差，但經過觀察比較也能找到區別的規律。學生在探究過程中很容易發現：“石頭”一個點；“剪刀”大于一個、少于五個點；“布”大于五個點，如圖2所示。

通過這樣的方式讓學生去構建游戲作品的手勢識別功能模塊，可以讓學生更深層次理解人工智能的數據輸入方式。同時，可以把知識點加以擴展，如人臉識別是根據人的臉部特征，花卉識別是根據花的顏色、花瓣長度、花瓣數量等特征進行收集分析等知識。當然，這些擴展類的識別方式只是為學生播下一顆思維的種子。

4 以游戲促應用，提煉編程思維

人工智能技術涉及面比較廣，如語音識別、圖像識別、人機交互等技術，但由于學生年齡特征以及知識點的局限，并不是所有人工智能技術都適合在小學階段學習。小學的人工智能教育應當從身邊事物的應用出發，通過不斷積累、由淺入深地進行學習，這樣才能讓知識掌握得更加牢固。除圖像識別外，還要培養學生的編程思維，以構建作品的邏輯判斷模塊，讓作品具備“思考”的能力。

如“猜拳游戲機”探究過程中，學生探究出識別手勢的方法后，就要思考用怎樣的方式讓“它”記錄雙方的手勢，進而去比較哪方獲勝，令其具備思考判斷的能力，實現判斷雙方輸贏的功能。于是先讓學生勾畫出簡單的流程圖，如圖3所示；然后對流程圖進行細化，包括手勢的各種存在情況、雙方手勢比較的組合情況等；繼而引入變量這個知識點，讓學生學會用變量來記錄輸入輸出的相關數據，如圖4所示。

以這樣的游戲主題促進、引導學生探究人工智能領域，可以讓學生以身心參與的方式，在主題探究、分析數據、收集數據、規劃流程及作品創造等活動中實現有效的編程思維學習，可解決課堂內容片面、形式單一、學生被動學習等問題，能有效提高和發展學生分析問題、解決問題及把相關成果進行實踐運用的能力。

5 結束語

在科技快速發展的時代背景下，小學人工智能教育模式探究刻不容緩。基于游戲主題的小學人工智能教育的探究，能讓課堂主題層次分明，研究目標明確；能有效優化課堂，激發學生的研究興趣與動力；能培養學生解決問題的能力、動手能力、思維能力、創新能力，有助于學生核心素養的培養及課堂教學變革。同時對小學人工智能教學研究方面的實踐作了補充，使現階段的小學人工智能教育內容及研究方向更為明確。

參考文獻

[1] 教育部辦公廳關于印發《2019年教育信息化和網絡

安全工作要點》的通知[A/OL].（2019-03-12）[2021-

12-26].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/

201903/t20190312_373147.html.

[2] 湯曉鷗，陳玉琨.人工智能基礎（高中版）[M].上

海：華東師范大學出版社，2018：4.

*項目來源：中山市古鎮鎮教育事務指導中心規劃課題“基于游戲主題作品的小學創客編程教學實踐研究”（課題編

號：20201103）研究成果之一。

作者：劉建國，中山市古鎮鎮曹三小學，小學信息技術一級教師，研究方向為教育技術與課堂教學（528421）。