新課標(biāo)理念下小學(xué)階段人工智能教育課程的建構(gòu)與實(shí)施

摘要：作者從創(chuàng)新性導(dǎo)向、跨學(xué)科導(dǎo)向、延續(xù)性導(dǎo)向三個(gè)維度出發(fā)，對(duì)新課標(biāo)理念下人工智能教育做了具體分析，發(fā)現(xiàn)在小學(xué)階段構(gòu)建小初連貫的人工智能教育課程勢(shì)在必行。因此，作者從課程目標(biāo)、課程設(shè)置、內(nèi)容編排、課程實(shí)施四個(gè)方面闡釋了小學(xué)階段人工智能教育課程體系設(shè)計(jì)，并在具體的教育教學(xué)中予以實(shí)施，以期能夠?yàn)樾抡n標(biāo)理念下統(tǒng)籌安排義務(wù)教育各學(xué)段人工智能學(xué)習(xí)內(nèi)容提供實(shí)踐樣例。

關(guān)鍵詞：新課標(biāo)；人工智能；小學(xué)階段；課程

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?論文編號(hào)：1674-2117（2023）16-0035-04

2022年，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）發(fā)布，明確要以人工智能等為課程邏輯主線，按照義務(wù)教育階段學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，統(tǒng)籌安排各學(xué)段學(xué)習(xí)內(nèi)容。至此，義務(wù)教育階段人工智能教育有了綱領(lǐng)性指導(dǎo)文件，為中小學(xué)人工智能教育課程的拓展建構(gòu)提供了依據(jù)，指明了方向。

新課標(biāo)背景下人工智能教育的新理解

1.創(chuàng)新性導(dǎo)向

新課標(biāo)深刻反映了科學(xué)技術(shù)進(jìn)步新成果，更新了課程內(nèi)容，將人工智能教育放到了更加突出的位置。新課標(biāo)在義務(wù)教育第四學(xué)段（7～9年級(jí)）的課程內(nèi)容中，單獨(dú)設(shè)置“人工智能與智慧社會(huì)”模塊，明確了學(xué)習(xí)內(nèi)容等一系列要求，特別強(qiáng)調(diào)要讓學(xué)生了解人工智能依賴(lài)的數(shù)據(jù)、算法和算力三大技術(shù)基礎(chǔ)，這些技術(shù)基礎(chǔ)有助于學(xué)生理解和應(yīng)用人工智能，而算法的理解和鞏固需要從娃娃抓起，因此，在小學(xué)階段開(kāi)展指向人工智能的趣味化編程學(xué)習(xí)尤為重要，它是人工智能學(xué)習(xí)的技術(shù)啟蒙。

2.跨學(xué)科導(dǎo)向

新課標(biāo)在從小學(xué)到初中的四個(gè)學(xué)段中均設(shè)置了跨學(xué)科主題活動(dòng)，每個(gè)學(xué)段的課程內(nèi)容都將信息科技、數(shù)學(xué)、科學(xué)、語(yǔ)文、美術(shù)等學(xué)科知識(shí)相融合，聚焦問(wèn)題解決、核心素養(yǎng)培養(yǎng)，突出強(qiáng)調(diào)信息科技課程的跨學(xué)科、綜合性和實(shí)踐性。而人工智能是融合了計(jì)算機(jī)、工程、心理學(xué)等學(xué)科的綜合學(xué)科，涵蓋了大量的知識(shí)和技能，這就決定了人工智能的學(xué)習(xí)絕不能局限于人工智能，而應(yīng)以更廣的視野和更大的視角看待和把握。因此，在小學(xué)階段開(kāi)展指向人工智能的多學(xué)科學(xué)習(xí)和跨學(xué)科主題活動(dòng)尤為重要，它是在為學(xué)生全面理解和應(yīng)用人工智能做鋪墊、打基礎(chǔ)。

3.延續(xù)性導(dǎo)向

新課標(biāo)圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)，將九年制義務(wù)教育劃分成了四個(gè)學(xué)段，基于學(xué)生身心發(fā)展特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律，每個(gè)學(xué)段都設(shè)置了不同的課程內(nèi)容，層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣，體現(xiàn)了連續(xù)性和延展性。人工智能的學(xué)習(xí)也應(yīng)遵循這樣的規(guī)律，新課標(biāo)明確以人工智能等為課程邏輯主線，小學(xué)低段注重生活體驗(yàn)，小學(xué)高段注重體驗(yàn)應(yīng)用，初中階段注重過(guò)程方法。即使小學(xué)階段沒(méi)有單列人工智能課程內(nèi)容，但數(shù)據(jù)、算法、過(guò)程與控制等相關(guān)課程內(nèi)容都指向了人工智能，這些內(nèi)容是學(xué)習(xí)掌握人工智能的關(guān)鍵技術(shù)和知識(shí)，尤其是每個(gè)學(xué)段的跨學(xué)科主題活動(dòng)，體現(xiàn)出了很強(qiáng)的延展性，為豐富和拓展小學(xué)階段人工智能的學(xué)習(xí)指明了方向，提供了依據(jù)。

小學(xué)階段人工智能教育課程體系設(shè)計(jì)與實(shí)施

人工智能的學(xué)習(xí)是一個(gè)長(zhǎng)周期、系統(tǒng)性的過(guò)程，每一階段的學(xué)習(xí)都有不同的特性和內(nèi)容，特別是小學(xué)階段，小學(xué)生認(rèn)知能力、思維水平有限，因此學(xué)習(xí)內(nèi)容需要趨向兒童化、趣味性、挑戰(zhàn)性，特別是要具有指向性。

1.課程目標(biāo)

（1）普及信息科技基本知識(shí)和基礎(chǔ)技能

以學(xué)生為主體，以教師為主導(dǎo)，通過(guò)基礎(chǔ)普及類(lèi)課程的學(xué)習(xí)，了解信息科技知識(shí)與技能，學(xué)會(huì)使用計(jì)算機(jī)、人工智能等技術(shù)解決學(xué)習(xí)和生活中的實(shí)際問(wèn)題，體會(huì)人工智能技術(shù)給學(xué)習(xí)和生活帶來(lái)的便利，為初中階段人工智能學(xué)習(xí)打下知識(shí)和技能基礎(chǔ)。

（2）發(fā)展問(wèn)題解決和計(jì)算思維能力

在人工智能的學(xué)習(xí)與應(yīng)用中，通過(guò)具體的問(wèn)題解決來(lái)體驗(yàn)問(wèn)題描述、算法設(shè)計(jì)、編程調(diào)試、策略反思、方案優(yōu)化等一般過(guò)程，發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維，提高學(xué)生綜合實(shí)踐和遷移運(yùn)用能力，為初中階段人工智能學(xué)習(xí)奠定思維能力的基礎(chǔ)。

（3）培養(yǎng)綜合能力與創(chuàng)新精神

通過(guò)相關(guān)主題活動(dòng)，讓學(xué)生沉浸在問(wèn)題解決情境中，使用人工智能相關(guān)技術(shù)，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)分析和解決問(wèn)題，從而培養(yǎng)興趣、發(fā)展能力、挖掘潛能，進(jìn)而提升跨學(xué)科綜合任務(wù)的解決能力和思維品質(zhì)，為初中階段人工智能學(xué)習(xí)夯實(shí)創(chuàng)新精神之基。

2.課程設(shè)置

結(jié)合義務(wù)教育階段課程總體規(guī)劃和學(xué)校師資、場(chǎng)地等實(shí)際情況，筆者將小學(xué)階段人工智能學(xué)習(xí)的課程主要分成三類(lèi)：基礎(chǔ)普及、興趣拓展類(lèi)和綜合實(shí)踐類(lèi)（如表1）。其中，基礎(chǔ)普及類(lèi)主要依托國(guó)家基礎(chǔ)性課程開(kāi)展，興趣拓展類(lèi)主要依托校本拓展性課程和學(xué)后托管課程開(kāi)展，綜合實(shí)踐類(lèi)主要依托學(xué)校特色活動(dòng)開(kāi)展。在頂層設(shè)計(jì)上進(jìn)行統(tǒng)整，在具體操作上進(jìn)行結(jié)合，以理工科為主線，以活動(dòng)為抓手，讓小學(xué)階段人工智能課程更具有生命力和延展力。

第一類(lèi)課程是屬于國(guó)家基礎(chǔ)性課程，教學(xué)內(nèi)容要遵循教材，根據(jù)相應(yīng)學(xué)科課程方案和標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行教學(xué)，有針對(duì)性和選擇性地進(jìn)行拓展和延伸，幫助學(xué)生鞏固和遷移相應(yīng)基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，為人工智能學(xué)習(xí)創(chuàng)造基礎(chǔ)條件和興趣啟蒙。第二類(lèi)和第三類(lèi)課程屬于校本特色課程，教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和選擇具有相對(duì)的靈活性，屬于基礎(chǔ)性課程內(nèi)容的拓展和延伸，原有的內(nèi)容不能充分滿(mǎn)足學(xué)生的興趣所需和特長(zhǎng)發(fā)展，因此，筆者在原有基礎(chǔ)上對(duì)內(nèi)容進(jìn)行了豐富和加深，為學(xué)生人工智能的學(xué)習(xí)奠定堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

3.內(nèi)容編排

新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)，算法是計(jì)算思維的核心要素之一，也是人工智能得以普遍應(yīng)用的三大支柱（數(shù)據(jù)、算法和算力）之一。同時(shí)，新課標(biāo)在義務(wù)教育第三學(xué)段（5～6年級(jí)）共設(shè)置三個(gè)模塊內(nèi)容—“身邊的算法”“過(guò)程與控制”“跨學(xué)科主題 小型系統(tǒng)模擬”，聚焦于算法培養(yǎng)，指向義務(wù)教育第四學(xué)段（7～9年級(jí)）“人工智能與智慧社會(huì)”“跨學(xué)科主題 互聯(lián)智能設(shè)計(jì)”課程內(nèi)容。因此，在小學(xué)階段豐富和拓展指向算法的課程內(nèi)容，開(kāi)展以編程為主體的人工智能教育是切實(shí)可行的，對(duì)后續(xù)人工智能的學(xué)習(xí)有著打基礎(chǔ)、做鋪墊的作用。在實(shí)施過(guò)程中，應(yīng)以?xún)和?、趣味性為?dǎo)向，選擇合適的、針對(duì)性的課程內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)，筆者編排的內(nèi)容如表2所示。

4.課程實(shí)施

（1）課時(shí)安排

智能機(jī)器人入門(mén)和趣味編程入門(mén)是基礎(chǔ)普及類(lèi)課程，屬于國(guó)家基礎(chǔ)課程，依據(jù)對(duì)應(yīng)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，在具體實(shí)施中予以統(tǒng)整。興趣拓展類(lèi)和綜合實(shí)踐類(lèi)課程屬于校本拓展課程。其中X類(lèi)學(xué)后托管每周3次，每次90分鐘，每學(xué)期30次，學(xué)員為1至6年級(jí)選學(xué)的學(xué)生；興趣社團(tuán)每周1次，每次90分鐘，每學(xué)期15次，學(xué)員為3至6年級(jí)選學(xué)的學(xué)生；實(shí)踐周活動(dòng)為期1周，開(kāi)展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)；科技月活動(dòng)為期4周，開(kāi)展項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)；集中研學(xué)營(yíng)為期2周，備戰(zhàn)沖刺各級(jí)各類(lèi)賽事。

（2）課程資源

一方面，自編校本教材。以新課標(biāo)為綱，結(jié)合校情實(shí)際，科學(xué)制訂小初連貫的人工智能教育課程，通過(guò)分層設(shè)計(jì)編制教材、整合案例資源、優(yōu)化課堂生成資源，形成校本化、多樣化、可拓展的課程資源。另一方面，課堂生成資源。小學(xué)生充滿(mǎn)奇思妙想，天馬行空一番之后往往能夠創(chuàng)造出很多有意思的作品，有些是模仿的，有些是改進(jìn)的，還有些是原創(chuàng)的，這些作品是課堂上即時(shí)生成的，教師可視情況選用作為案例，用以更新迭代課程資源，最終形成生成性?xún)?yōu)質(zhì)教學(xué)資源庫(kù)，隨著課程的推進(jìn)，資源庫(kù)也在不斷更新迭代。

（3）實(shí)施原則

遵循跨學(xué)科、趣味性、實(shí)踐性、協(xié)作性主題學(xué)習(xí)活動(dòng)設(shè)計(jì)理念；不強(qiáng)求整齊劃一、按章照節(jié)的學(xué)習(xí)，倡導(dǎo)非線性、彈性化的學(xué)習(xí)方式；遵循“任務(wù)式主題—探究式主題—項(xiàng)目式主題”的漸進(jìn)活動(dòng)模式。

實(shí)施成效

1.學(xué)生自信心得到增強(qiáng)

在作品的設(shè)計(jì)中，在程序的編寫(xiě)中，在任務(wù)的調(diào)試中，學(xué)生們手腦并用不斷探索嘗試，在遇到困難時(shí)，通過(guò)努力或他人幫助，最終取得成功，個(gè)人成就感、獲得感油然而生，團(tuán)隊(duì)精神、科學(xué)精神、創(chuàng)新精神得以體現(xiàn)。

2.學(xué)生學(xué)習(xí)力思考力得到增強(qiáng)

對(duì)于小學(xué)生來(lái)說(shuō)，大部分都很喜歡機(jī)器人、趣味編程、人工智能作品等，因而很樂(lè)意去鉆研，慢慢就會(huì)形成獨(dú)立思考、辯證分析的科學(xué)思維品質(zhì)，還會(huì)進(jìn)行天馬行空的想象。學(xué)生在實(shí)際的問(wèn)題解決過(guò)程中，漸漸地養(yǎng)成了獨(dú)立解決問(wèn)題的好習(xí)慣。

3.學(xué)生綜合實(shí)踐能力得到增強(qiáng)

學(xué)生通過(guò)日常課程學(xué)習(xí)、活動(dòng)體驗(yàn)，基本知識(shí)和基本技能不斷夯實(shí)，尤其在一個(gè)個(gè)的項(xiàng)目學(xué)習(xí)活動(dòng)中，他們不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，在一個(gè)個(gè)問(wèn)題解決中靈活遷移所學(xué)知識(shí)技能，應(yīng)對(duì)不同問(wèn)題和挑戰(zhàn)，綜合應(yīng)用能力在動(dòng)手實(shí)踐中、動(dòng)腦思考中不斷提高。

結(jié)語(yǔ)

構(gòu)建小初連貫的人工智能課程體系是人工智能教育在義務(wù)教育階段順利實(shí)施的重要條件，只有建立科學(xué)、完善、體系化的課程，才能確保人工智能教育具有連續(xù)性、系統(tǒng)化，避免教學(xué)內(nèi)容分化，缺乏整體性和延展性。此外，在小學(xué)階段開(kāi)展人工智能教育，可以破除小學(xué)生對(duì)人工智能的畏懼感，激發(fā)科技興趣，樹(shù)立科技意識(shí)，發(fā)展科技素養(yǎng)，為科技人才、創(chuàng)新人才的培養(yǎng)奠定基礎(chǔ)。

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作者簡(jiǎn)介：劉朋飛，一級(jí)教師，碩士研究生，浙江省機(jī)器人競(jìng)技活動(dòng)優(yōu)秀指導(dǎo)教師，杭州市教壇新秀，杭州市拱墅區(qū)運(yùn)河名師。