基于人工智能的少兒科創精神的培養

董靜敏

摘要：人工智能的迅速發展將深刻改變人類社會生活、改變世界。在義務教育階段開展小學人工智能課程，對于未來人工智能發展具有重要意義。文中主要探討將人工智能作為輔助小學科學技術與工程領域教學的一種技術手段，用于課堂教學之后的拓展學習的模式，供同行參考借鑒。

關鍵詞：人工智能;小學科學;技術與工程

1人工智能教育與科學教學

國務院于2017年印發了《新一代人工智能發展規劃》，其中提到：人工智能的迅速發展將深刻改變人類社會、改變世界……實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程。在義務教育階段，開展小學人工智能課程對于未來人工智能發展具有重要意義。人工智能是一種發現、研究、模擬與拓展人類的智能理論和相關策略并展開實踐應用的技術。當前，人工智能在義務教育階段中的教學應用主要有兩個方向：一是專門開設的人工智能課程;二是將人工智能作為技術手段輔助學科教學。兩種方式的教學模式和應用指向均存在較大差異。關于前者，業界已逐漸形成一系列課程資源或較為成熟的教學案例，但有關人工智能輔助學科教學的探索則較為鮮見。因此，本文主要探討將人工智能作為輔助學科教學的一種技術手段，用于科學課堂教學之后的拓展學習的可行性與價值，供同行參考借鑒。從育人價值上看，人工智能教育與小學科學技術與工程領域教育頗有相同之處：二者均強調動手實踐，注重對某項技術的掌握并以此提升學生分析問題、解決問題的能力。這意味著二者在教學中具有廣闊的融合應用前景。

2人工智能在小學信息技術課堂教學中的應用

2.1平臺助力

市面上有很多的編程公司都開發了人工智能編程相關課程，比如，“編程星空”的人工智能模塊里就有視覺識別、面部識別、姿勢識別、語音識別、曲線擬合和數字識別;“編程貓”中也有分類AI、GameAI、認知AI和AR等人工智能模塊。小學信息技術課完全可以借助這些平臺，結合學校、學生情況設計一些有趣的人工智能編程課程，帶領學生邊玩邊學。例如，上學期在河南省遠程互動教研的課例中任老師的一節人工智能教研課———人體姿勢識別，借助攝像頭，使用了“編程星空”的人工智能“姿勢識別”模塊。課程伊始，教師通過“連連看”的場景創設，激發學生的興趣，然后利用人機互動，編寫人工智能程序，讓鯊魚跟著人的鼻子游動，讓學生體驗程序編寫與執行的過程。課堂氛圍活躍，杜老師在問答中不斷啟發學生的思維，引導學生解決問題，使學生充分參與其中。

2.2創設情境

小學生學習人工智能，并不是讓他們去研究那些抽象難懂的概念，也不是讓他們編寫出一系列人工智能程序，而是讓他們從小有人工智能的意識，培養相關的思維，有興趣，會運用，愿意探索，在他們的心中埋下人工智能的種子。教師在教學時不應直接給學生講解人工智能的概念和原理，這樣會降低學生的積極性，會讓他們對人工智能學習產生抵觸心理。教師要把學生不明白的概念轉換成他們能理解的語言，把看似遙不可及的人工智能，用他們熟悉的方式呈現出來。教師要靈活運用人工智能技術和設備，創設相關情境，激發學生的興趣，使他們主動參與課堂教學。例如，上學期在信息技術研討課中黃老師開展一節人工智能教研課———語音識別，黃老師為了創設情境，特意購買了一個智能音箱，課程一開始就創設了互動小游戲，還設計了一系列的人機互動環節，學生興奮不已，獲得了很好的教學效果。如在講到人臉識別時，黃老師在課堂上演示了手機解鎖、人臉支付。小學階段是培養學生計算思維的關鍵階段，所以教師一定要多花心思創設情境，讓他們去感受，產生直觀的體驗。

2.3搭建編程，自主探究

建構主義認為，學生的學習應當是主動建構的過程。實踐的過程可以將學生學習的零碎的知識關聯起來，轉變成一個運用綜合知識探究的過程。在實踐中，教師需調動學生的已有認知，將投石器的設計轉化成實物并實現其功能。同時，學生也需要在嘗試中將所學知識不斷深化重組，這對培養他們的學習能力、運用知識和工具解決問題的能力有良好的促進作用。在“制作投石器”中，各小組繪制投石器結構圖并結合圖紙選擇適合的材料進行搭建。搭建完成后，教師引導小組進行組間交流改進。搭建的過程中的主要問題聚焦如下：投石器力臂長短、投射物放置位置、投石器結構穩定性等。調整完成后安裝舵機，將人力投石器改造為智能投石器。下一步，小組分析投石器工作時的各個動作并進行拆分，將拆分后的單個動作轉化為執行語句進行編程，最后執行命令。實踐中，學生不斷試錯，通過程序數值調整找到適合的舵機轉速，使舵機產生的動力恰好讓拋出的石頭投中目標。

2.4拓展遷移，深化學習

內容上的適度拓展遷移不僅可以鞏固學生的已有知識，也意味著思維的無限延伸。在問題的解決過程中，引導學生對該類問題進行歸類處理而后進行良好的遷移，有利于學生將所學知識進行再次提煉升華，實現知識轉化，深化學習的目的。在“制作投石器”中，完成投射目標后，教師進一步追問：如果要投射得更遠可以怎么做？投射目標變近又該如何改進？引導學生繼續嘗試，通過不斷地調試（更改程序中的舵機轉速或者是力臂長短）達到投射不同的目標對象。隨后任務再升級：如何讓投石器更智能化？引導學生從自動定位投射目標等方向思考，通過添加紅外傳感器、聲控傳感器等完善自己的投石器。

2.5交流展示

根據課堂預留時間，教師挑選代表性作品進行展示交流。在分享環節當中，教師積極鼓勵學生上臺交流，呈現作品以及針對作品講解思路。在整個交流環節中，學生活躍地發言帶動課堂氛圍。通過生生評價、師生評價，學生在交流中發現了在編程過程中遇到的難題，鞏固了本節課的知識點，并在自我反思中提出對作品進行改進的建議與拓展的思路。與此同時，教師針對學生在編程中存在的問題進行整理和知識點歸納、講解。部分學生還能提前將其他命令加入本節課的制作中，如循環、顏色等，為下節課的開展做了鋪墊準備。

結語

綜上所述，人工智能走進小學信息技術課堂，重點培養學生的思維意識和編程能力，也是為以后學習計算機技術打下基礎。教師運用人工智能工具，可以有效提高課程教學的質量和效率，使教師從重復的機械勞動中脫身，多些時間做研究，多做教學上的創新。總之，人工智能賦能教育，未來可期。

參考文獻：

[1]貴陽實驗小學：讓學生像“TREE”一樣成長[J].貴州畫報，2022（12）：42-47.

[2]劉海武.項目式推進小學人工智能課堂的教學設計與實踐——以Micro：bit光控燈項目式教學為例[J].中國現代教育裝備，2022（08）：57-59.DOI：10.13492/j.cnki.cmee.2022.08.014.

[3]范倩楠.人工智能教育的視覺交互應用分析[J].電子技術，2022，51（04）：106-108.