人工智能教育探思

梁遠海

〔摘? ? 要〕? 本文從作者對小學人工智能教育的理解和教學實施出發，探討了五個方面內容：人工智能教育的概念；小學人工智能教育的意義；小學人工智能教育的內容；小學人工智能教育可以怎么開展；人工智能教育要教給學生什么。

〔關鍵詞〕? 人工智能；教育；探思

〔中圖分類號〕? G424? ? ? ? ? ? ? ?〔文獻標識碼〕? A? ? ? ? 〔文章編號〕? 1674-6317? （2023）? 15-0016-03

一、人工智能教育的概念

從概念上說，人工智能是一種讓機器能夠像人一樣聰明靈活和精準感知，或者比人做得更好的技術。因此，凡是有助于機器的人工智能水平提高的技術都可歸納為人工智能技術。

人工智能技術的發展已有六十七年，也經歷了好幾代，而且是一種仍在不斷發展的技術。當前比較熱門的人工智能技術是神經網絡、深度學習、機器學習、大數據分析等，并在語音識別、圖像識別和廣告精準投放等方面已經得到了有效的應用。尤其是在最新的ChatGPT、文心一言給人類社會帶來前所未有的震撼的當下，人類社會開啟人工智能時代已成為共識。

人工智能技術以編程技術為基礎。因此我們學習和認識人工智能教育，也必須以編程教育為基礎和載體。

二、小學人工智能教育的意義

小學人工智能教育的意義在于，讓學生了解人工智能的基本概念和原理，培養學生的創新性思維和解決問題的能力，同時也可以為學生的未來發展打下基礎。

社會發展和科技進步，使過去只能為少數學生接觸到的人工智能教育，正在成為全體學生都要了解和參與的必修課程。這是一個我們必須正視的發展趨勢。

2018年，教育部發布了《教育信息化2.0行動計劃》，提出了“加強學生信息素養培育”“完善課程方案和課程標準，充實適應信息時代、智能時代發展需要的人工智能和編程課程內容”等要求。

2022年，教育部發布了《義務教育信息科技課程標準》，提出了四個核心素養要求，其中的兩個核心素養“計算思維”和“數字化學習與創新”就將人工智能教育蘊涵于其中，課標中的六大課程結構邏輯主線“數據、算法、網絡、信息處理、信息安全、人工智能”更是把人工智能教育直接包含于其中。

隨著人工智能技術的不斷發展，小學人工智能教育將成為一種必要的教育內容。在人工智能時代浪潮下，我們有責任讓下一代學生接受基本的人工智能教育，以有利于他們更好地適應未來社會發展的需求。

三、小學人工智能教育的內容

小學人工智能教育的內容應當以《義務教育信息科技課程標準》為指導，根據本地或本校的各方面條件開發地方課程或校本課程，總體上大致包括以下幾個專題內容。

1.人工智能的基本概念和原理：了解人工智能的基本概念和原理，包括人工智能底層技術（如機器學習、深度學習、決策樹和神經網絡）、現有的人工智能工具（如計算機視覺、分類器、自然語言處理）以及人工智能應用程序。

2.人工智能的應用場景：了解人工智能在生活中的應用場景，包括交通運輸、安防系統、工業機器人、智能家居等，了解人工智能技術能夠提高效率、提升質量、降低成本、改善用戶體驗。

3.人工智能的編程：學習人工智能的基礎算法和編程，以及數據素養。首先學習編程的基本概念、圖形化編程以及簡單的Python代碼編程，讓學生了解編程的基礎知識，然后通過編寫簡單的人工智能程序，讓學生了解人工智能的工作原理和編程實踐。

4.人工智能的倫理與道德：了解人工智能的倫理與社會影響，如人工智能對就業、隱私、安全等方面的影響，了解人工智能的利與弊，培養正確的價值觀和社會責任感。

四、小學人工智能教育怎么開展

小學人工智能教育應該是以普及性為主的教育，開展小學人工智能教育應避免陷入“精英”教育的泥潭。在學校普及人工智能知識、體驗人工智能應用、學習人工智能技術，能在很大程度上解決教育不公平的問題。同時，要在小學開展人工智能教育，應降低學習和創作的難度與門檻，讓教師和學生能夠更專注于創意及其實現。

（一）年齡層次

小學人工智能教育，是根據學生的基礎認知能力、分年齡層次開展的。

小學1～2年級，屬于人工智能教育“初始/啟蒙教育”階段，以無屏編程/實物編程為基礎載體，以游戲式體驗為主。

小學3～4年級，屬于人工智能教育的“基礎/預備教育”階段，可以考慮引入圖形化編程為基礎載體，以情境化體驗為主。

小學5～6年級，屬于人工智能教育的“體驗/普及教育”階段，可以在圖形化編程或Python代碼編程里體驗語音識別、圖像識別和機器學習的人工智能擴展，做一些相關案例應用，以社會化模擬為主。

（二）教學理念

小學人工智能教育是科普、科教類方向，是讓學生開心地去探索各種各樣可能性的教育。

小學人工智能教育是不是以將讓學生學會制作一些項目作品作為最高目標？答案是否定的。小學人工智能教育的最高目標是通過這些作品的制作，培養學生體會創作的樂趣，樂于和有能力去把自己的想法創意變成作品。

小學人工智能教育應該讓學生掌握人工智能領域的重要原理和思想，接觸本領域的最新成果，同時也不能急于將過于深奧的算法和模型搬進課堂，因而陷入盲目“求新”的誤區。

小學人工智能教育應該從貼近學生日常生活的人工智能應用出發，讓學生通過動手+動腦的實踐活動，了解人工智能技術的原理和方法，嘗試提出新問題、新思路、新辦法，達到發展學生的創新意識、提高解決實際問題能力的目標。

（三）課程設計原則

人工智能教學的課堂，不應是常規的、沉悶的，而應是生動的、活潑的、有創造性的。人工智能教學的課堂，一定不要拘泥于常規課的模式，要盡量把它當作活動課來上，最重要的是抓學生的興趣。

因此，人工智能課程的設計原則：第一，知識點要循序漸進；第二，例子要有趣或好玩；第三，學生學起來難度越小越好。

（四）教學策略

小學人工智能教育的教學策略應該根據學生的年齡和認知水平來制定。具體來說，可以采用以下四種教學策略。

游戲化教學：通過游戲的形式，讓學生在愉快輕松的學習氛圍中學習人工智能知識，提高學生的學習興趣與參與度。

個性化教學：根據學生的個性特點和階段要求，采用不同的教學方法和策略，讓每位學生都能夠得到有效的教學指導。

跨學科教學：將人工智能教育與其他學科相結合，如將人工智能與數學、科學等學科結合在一起，讓學生在學習中獲得更多的知識和技能。

任務和項目導向教學：通過任務驅動和項目實踐，讓學生將所學知識應用到實際中去，培養學生的實踐能力和創新性思維。

（五）教學形式

小學人工智能教育的教學形式要因時制宜，因地制宜，因人制宜。

從教學場所來說，初期可以用班級教室、電腦教室，以后有能力也可以新建創客空間/人工智能實驗室示范基地，創建學校特色。

從教學對象來說，首先，要面向全體學生開設人工智能課程，讓人工智能教育進課堂，讓學生都體驗到人工智能帶來的便利和挑戰；其次，可以面向有特長和興趣的學生，鼓勵他們加入興趣小組或社團，提高教學的廣度和深度，為特長明顯、興趣濃厚的學生提供挑戰性學習的機會。

總體來說，各校需要根據學校的設備條件和人員情況，制定人工智能課程實施規劃，編寫人工智能校本課程，探索人工智能教學模式，逐步讓越來越多的學生參與到人工智能學習中。

（六）項目平臺

必要的基礎設施是人工智能課程實施的物質保障，但一所學校往往資源有限、條件不足，可借助免費的人工智能課程項目平臺，為學生提供必要的教學支持，保證教學的順利開展。

目前國內比較知名的基礎教育階段的人工智能課程項目平臺有：北京師范大學與騰訊等項目團隊依托教育部產學合作協同育人等項目，童心制物旗下的慧編程平臺。

（七）典型案例

軟件平臺如果能結合開源硬件模塊，可以制作出更多更有用及有趣的人工智能作品，比如無人駕駛小車、足球機器人等。因此，以開源硬件模塊作為有效載體開展人工教育教學，可以進一步實現虛實互動、基于真實世界的學習。

“智能風扇”是一個基于深度學習的小學人工智能教學策略探究的案例，它運用了“主題教學四步法”（主題情境、探究交流、創意拓展、總結延伸），讓學生通過搭建和編程智能風扇，了解紅外傳感器和聲音傳感器的原理和應用，培養學生的計算思維、創造力和合作能力。

“慧編程人工智能語音控制——小小火箭試驗場”也是一個小學信息科技人工智能教學案例，它利用慧編程平臺，讓學生通過語音控制火箭的起飛、降落和變換顏色，了解語音識別技術的原理和應用，培養學生的動手能力、邏輯思維和表達能力。

五、人工智能教育教給學生什么

（一）從科學的角度認識現實世界

用不插電或電子的方式驗證自己想象，在發現問題、解決問題的過程中改進自己的學習方式，最后能解決（抑或是不能）對學生來說都有收獲。

我們鼓勵學生利用人工智能軟件平臺及開源硬件模塊，體驗從創意、設計、制作、編程、測試，到運行這樣一個作品創作的完整過程，初步形成以信息科技學科方法觀察事物和求解問題的能力，促進計算思維和創新能力發展。

（二）從面向未來的角度認識最新科技發展

馬云曾在世界人工智能大會上說，“人工智能的出現必須與教育系統的徹底改革相結合，以使新一代為急劇變化的勞動力市場做好準備”。教育改革可以確保“我們的孩子能找到一份工作，一周只需要三天，一天四小時”。

未來的計算機是千變萬化的。未來科技發展趨勢，從現在的無人駕駛汽車、智能手機、運動手表、小米音箱、智能馬桶蓋可見一斑，通過“人工智能+物聯網”，“芯片+計算”將無處不在。當這一代的青少年成長起來時，他們必然要棲身于人工智能新技術的發展潮流當中，他們需要的不僅是順應，更有參與。

（三）從思維創新的角度培養學生的創造力

隨著科技的發展，未來越來越需要有創造力的人才。從全球的眼光看，中國的學生公認做題能力一流，但是創造能力、工程設計能力、動手操作能力明顯不足，這是因為他們從小就沒有接受過這方面的訓練，得到過這方面的培養。而創造力要得到更好的開發，只有在學生小的時候就開始培養。

總之，人工智能教育以編程教育為基礎載體，但不再是簡單的電腦輸入、軟件操作教學和編程語言練習，而是上升到意識、思維、創新和責任層面，以培養學生的科學素養、信息素養為教學目標。包括人工智能意識、思維、創新和責任在內的科學素養、信息素養，能夠讓學生在未來擁有以科學方法面對現實問題、綜合運用多學科多領域方法解決真實問題的能力，在數字化社會環境中靈活自如地獲得工作、生活效率和發展成就。

參考文獻

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