小學信息技術課程中的人工智能教學策略

石敏

（如皋市實驗小學，江蘇 南通 226500）

在最近的數十年里，人工智能取得了長足的發展，已經滲透到各個領域。不論是從技術進步、產業興起的角度，還是從社會認知的角度來說，人工智能都處在一個良好的歷史發展機遇中。然而，我國義務教育階段信息技術課程中人工智能教育的普及力度還不夠，很多地區在進行信息技術教學時，只是生硬地讓學生模仿一些具體的常規操作，并未涉及人工智能教育。因此，促進人工智能教育在義務教育階段順利推進的重要性可見一斑。在小學階段，科學地開展人工智能教學活動不僅可以使學生提高信息技術應用水平，還能夠幫助學生從小培養信息意識，增強信息核心素養。

一、人工智能教育與小學信息技術課程概述

（一）人工智能教育的發展史

人工智能（Artificial Intelligence）是一門研究機器如何模擬人類智慧和能力的跨領域的學科。人工智能自誕生之初就面臨著各種困難和挑戰，在60 多年的發展過程中，質疑與期待并存，阻礙與突破同在。19世紀50年代，被世人稱為“人工智能之父”的艾倫·圖靈發表了論文“計算機器與智能”，這標志著人類開始對人工智能進行探索。在著名論文“機器能思考嗎？”中圖靈提出了有關機器思維的概念。第三次科技革命以來，人工智能經歷了三次飛躍，兩次低谷。20世紀70年代，人工智能技術達到第一次高潮，出現了很多頂級算法，被廣泛地應用到數字運算和自然語言處理領域。隨后，由于某些算法應用范圍比較窄，無法廣泛推行，使得計算能力不足以支撐發展，人工智能技術跌落到低谷；20世紀80年代，隨著專家系統、多層神經網絡、反向BP 計算等新技術的應用，人工智能迎來了第二次高潮，不久，現代臺式電腦的發明使專家系統的經濟性大大降低，人工智能遭遇財務危機，再次跌落低谷。直到2006年，神經網絡專家Hinton 提出神經網絡深度學習算法，使人工智能技術再次迎來高潮。深度學習使得人工智能應用的范圍更加廣泛，如常用的語音與視覺圖像識別功能、圖像檢測以及其他許多領域，在藥物發現領域和基因組合的研究中,人工智能技術也得到了應用和發展，代表著信息科技發展的最前沿。正因為人工智能技術的高精尖性和復雜性，它在基礎教育中的普及程度一直不高，在中小學信息技術教學中處于起步階段。

（二）小學信息技術課程的發展歷程

我國的信息技術課程的前身是20世紀80年代開始在義務教育階段設立的計算機課程，隨著互聯網的發展和信息技術的進步，信息技術引起了教育界的廣泛關注，越來越多的教育工作者和研究者對信息技術教育進行研究，其在基礎教育中的地位也越來越突出。21世紀至今，信息技術課程在我國的普及率不斷提高，基本上從小學三年級到高中二年級都有信息技術課程的安排，其中小學三年級到六年級，初中一、二年級每周一節，高中一、二年級每周兩節。信息技術是一門“年輕”的課程，在2001年新課改后才被納入中小學教學體系。信息技術課程標準指出，設置信息技術課程的目的是培養學生通過理論知識的學習對計算機的本質和原理進行理解，并通過教學實踐培養學生的計算機應用能力，提高利用計算機技術來解決具體問題的能力，是一門有很強實踐性的課程。計算機課程的實踐性決定了信息技術課程必須滿足于實際需求，適應不斷發展變化的新技術，不能僅僅停留在理論和先前的技術上。因此，在信息技術課程上滲入比較前沿的新技術——人工智能是很必要的。

二、小學信息技術課程中開展人工智能教學分析

（一）政策解讀與“課標”導向

隨著“人工智能+”理念的提出，人工智能已深入教育、科技、醫療等各個重要領域。為了適應這種技術的變革，使學生能夠適應信息化社會的發展，我國的教育政策和方針也進行了調整。如今，國家對人工智能教育的重視度不斷提高，越來越重視人工智能方面人才的培養。2017年7月，國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》明確要“把高端人才隊伍建設作為人工智能發展的重中之重，堅持培養和引進相結合，完善人工智能教育體系，加強人才儲備和梯隊建設”，并“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，逐步推廣編程教育”。同時，也對人工智能教育做出了新的要求。信息技術課程標準中指出，信息技術課程是一門重視知識和技能結合的工具性課程。在義務教育階段，信息技術課程要幫助學生掌握基本的信息技術技能以適應社會的發展，提高學生利用計算機解決問題的能力和信息素養，形成創新精神和信息技術意識。因此，在小學階段開展人工智能教學活動勢在必行。

（二）學習者的分析

根據R.M.加涅的《教育設計原理》提出的ADDIE 模型，在進行教育設計時為了獲得更好的效果，首先要對學習者進行分析。小學階段的兒童年齡集中在6～12 歲之間，根據皮亞杰的認知發展學說所提出的相關理論可以得知，按照孩子的認知特征可以將其思維發展過程分為四大階段，其中6～12 歲之間的孩子處于具體的信息運算階段。這個階段的兒童思維認知特點已經不同于學前的經驗認知思維，他們具有對具體的實際問題進行分析和判斷的邏輯性思維能力，已經能夠初步掌握系統方法、處理序列，根據已經習得的技能對相關的問題進行處理，有了一套自己的認知學習方式，能夠獨立地思考問題。但是小學生還不具備完善的抽象信息處理能力，還需要依靠一些具體、直觀的事物。因此，我們在對小學生開展人工智能教學時，就應當依靠一些具體的案例幫助他們理解和掌握。

隨著互聯網的普及，幾乎家家戶戶都能接觸到互聯網。當代的小學生作為互聯網的原住民，對人工智能這一新興的科技接受度很高。盡管他們可能并沒有具體地學習過關于人工智能的具體知識，但他們對于生活中廣泛應用的人工智能并不陌生。現在，很多手機都配備了語音識別、人臉識別等功能，家用的智能機器人也日益普及，他們有相當多的機會接觸到這些直觀具體的人工智能，因此，對小學生進行人工智能概念的普及并不困難。

當代的小學生每天與手機、電腦接觸頻繁，可以快速地了解新鮮的事物。新媒體碎片化的信息傳播方式也在考驗著小學生的信息整合能力。當學生遇到疑問時可以在互聯網上快速獲取信息，這就使解答疑難、解決問題的成本大大降低，借助自己的能力去尋找問題的答案在一定程度上能夠激發學生的探索精神。作為教師應從學生的認知水平和思維特點出發進行有針對性的分析，發現他們的優點和不足，從而探索出有針對性的教學方法。

（三）存在的問題分析

教學的外部環境由教師、教材、學習環境構成。根據文獻研究，我們發現人工智能教學的外部環境存在很多問題。

首先，通過對全國范圍內的教材進行分析研究可以看出，不同地區間的教材編訂缺乏統一的標準，知識模塊的編寫和銜接上也存在一些問題。一些教材缺乏最基本的邏輯性，語言晦澀，不容易理解。關于人工智能模塊的內容，有的教材一筆帶過，涉及甚少，甚至有的教材沒有設計獨立的人工智能教學模塊。且根據調查，許多中小學信息技術課堂上甚至從未使用過相關教材。

其次，由于部分學校缺乏對信息技術教育足夠的重視，沒有配備相關專業技術水平的教師，大多選取其他學科教師去代課的方法。教師在授課時并不具備和重視邏輯性和整體性、系統性。

再次，信息技術教學的設備和資源也存在不平衡的現象。一線地區的信息技術課程形式多樣，有專門的人工智能課、STEAM 教育、創客教育等，但在一些教育資源短缺的地區，基礎的信息技術課程還存在設備不足、維護不周的現象。信息技術課程的開展必須依靠完善的設施，相關設施的維護也需要專業的人員和充足的資金。針對這種情況，政府和學校需要投入大量的資金支持。最后，人工智能作為一個前沿的科學技術，雖然近年來國家也出臺了相關的政策和文件以保障中小學信息技術課程中人工智能教育的發展，但人工智能教育在義務教育階段的普及率不高。一些起步較早的學校在政策的鼓勵下發展態勢良好，但起步較晚的學校即使有政策的支持和相關的設備，依舊存在不能合理有效安排人工智能教學課程的困境。

三、小學信息技術課程中開展人工智能教學的策略

（一）設置教學情境

根據小學生具象化的思維模式和認知特點，在課堂教學中，為了引起學生對人工智能知識的興趣，可以借助多媒體教學設備將生活中的故事和案例展現出來。人工智能的相關技術和理論屬于比較專業和前沿的知識，小學生接受起來還是有一定難度的，而這些案例則比較直觀具體，學生可以輕易地進行聯想和想象。例如，在“我們身邊的機器人”的教學設計中，我們可以播放機器人的相關視頻；在“機器人學走路”一課中，我們可以通過播放機器人走路的視頻設計教學情境。學生觀看視頻，進行思考，從而營造學習氛圍，激發學習興趣。

（二）運用多種方式教學

在開展人工智能教學的過程中，教師需要針對不同課程的內容和特點采取多種形式的教學方法。在具體的教學過程中，可以采取任務驅動型、自主探究型、提問互動型相結合的模式。

1.任務驅動型

作為一種基礎的教學方法，任務驅動型教學主要包括兩種方式，一種是給學生布置一個簡單的容易完成的任務，另一種是給學生布置一個具有創造性的任務，但是任務的布置也要結合具體的情況分析。對于簡單型的任務，教師可以在上課時布置，且要結合學生先前掌握的知識設計合適的任務。這種任務學生可以輕易地完成，有助于給予學生一種正向激勵。創造性任務適合作為課下作業，學生已經通過課堂學習掌握相關的基礎知識，再輔助以其他的學習任務作為對相關知識的鞏固。

2.自主探究型

自主學習是指在學習過程中學生通過自身對學習任務的理解來規劃學習內容以及學習任務的一種方式。在這一過程中，學生通過自我目標的設定來進行閱讀、聽講、研究、觀察、實踐等內容，使個體可以在知識與技能、方法與過程、情感與價值中獲得改善和升華的行為方式。在自主學習中，教師的作用是對學生進行有效的引導，通過帶領學生主動參與到學習過程中，再根據教師自身的猜想或假設，運用科學的方法對教學問題進行研究，在研究過程中獲得創新實踐能力，獲得思維發展，自主構建知識體系的一種學習方式。自主探究式的學習模式表現出的是學生在教學過程中的主體地位，有助于學生掌握人工智能的具體運用方式并增強學生自主解決問題的能力。

3.提問互動型

根據佐藤的觀點，在自主學習中應當避免“主體性神話”，回歸學生的主人翁地位，克服虛假的主體性，在此過程中教師發揮的作用非常重要。教師應通過不斷提問的過程來確保學生的注意力一直維持在課堂教學本身，引導學生加強對課堂知識的理解。學生通過表達自己的觀點來發現自己學習過程中存在的問題，做到及時糾正。筆者在教授“機器人學走路”這一課時就可以和學生交流互動，通過提問引導學生思考機器人直行、轉彎的原理，如“機器人可以直行，如果想要讓機器人走弧線，需要做出怎樣的設計”來引發學生思考。這種提問的方式可以引領學生層層深入，緊跟教師的節奏，學會操作方法，了解具體原理。

4.合作討論型

合作學習是在教學中運用小組形式，使學生共同開展學習活動，創建一種學習共同體，以促進自己以及他人學習的一種方式。在人工智能的教學過程中，可以在課堂上布置小組作業，讓學生結合成小組，共同交流和討論。

在小學信息技術課程教學中，引入人工智能教學有很重要的意義和價值。首先，可以提供學生對人工智能的興趣，培養學生的信息意識。盡管人工智能的時代已經來臨，在我們生活的不同領域中人工智能的影響隨處可見，但學生對于我們生活中人工智能帶來的變化已經習以為常，對人工智能缺乏基本的了解，并不知道這些變化是由于人工智能所致。其次，人工智能教育還可以培養學生的思維能力和解決問題的能力，學生通過對信息技術的掌握獲得了知識技能，這些技能可以潛移默化地影響學生的思維，幫助學生理性地、有邏輯地進行思考。當然，人工智能教學還遠遠沒有普及，信息技術課程中人工智能的應用還有很長的路要走，如何在小學信息技術課程中科學地開展人工智能教學，值得廣大教育工作者更加深入地思考和研究。