基于人工智能教育硬件的中小學校外電子技術(shù)教育初探

劉星漢

摘? 要：本文站在中小學校外電子技術(shù)教育與人工智能教育融合的角度，列舉了現(xiàn)階段校外電子技術(shù)教育與人工智能教育融合所面臨的問題，對以引入人工智能教育硬件產(chǎn)品的方式解決問題進行了討論，最后結(jié)合筆者自身的教學實踐，對人工智能教育硬件產(chǎn)品在中小學校外電子技術(shù)教育中的應(yīng)用進行了總結(jié)及反思。

關(guān)鍵詞：人工智能? 中小學? 校外教育? 電子技術(shù)

2017年，國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，其中就教育領(lǐng)域提到：鼓勵實施全民智能教育項目，中小學階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，建設(shè)人工智能學科等。傳統(tǒng)的校外電子技術(shù)課程，課程內(nèi)容主要包括電路基礎(chǔ)、模擬電路、數(shù)字電路及電子控制相關(guān)的入門知識及實踐制作。如何結(jié)合人工智能技術(shù)，更新教學內(nèi)容，成為眾多教育者的難題。

人工智能教育硬件產(chǎn)品隨著人工智能教育的發(fā)展而不斷發(fā)展，在融入先進科技同時，力求降低人工智能教育的學習門檻，在高校電子技術(shù)相關(guān)學科學習中，已得到廣泛應(yīng)用。這類產(chǎn)品必須利用人工智能相關(guān)技術(shù)，技術(shù)上是閉源或者部分開源，具備相對完善的開發(fā)資料及生態(tài)，學生易于學習掌握。

把人工智能教育硬件產(chǎn)品的學習和應(yīng)用引入電子技術(shù)教育利用其特點，可一定程度解決青少年校外電子技術(shù)教育與人工智能教育融合的問題。

一、中小學校外電子技術(shù)教育與人工智能教育融合面臨的問題

（一）融合方式不明確

人工智能如果作為一個單獨的學科，包含了很多學科的知識，和一個包羅萬象的學科融合，同時保留原學科的特點，是比較難的。

（二）中小學生掌握人工智能部分知識較為困難

校外電子技術(shù)課程的學習群體一般是小學三年級到高中的學生，而人工智能課程的部分知識對于這個年齡段的學生來說很難懂。如果生搬硬套把這些知識加進來，而不和原有知識進行聯(lián)系，學生很難理解。

（三）運用傳統(tǒng)人工智能產(chǎn)品開展普及實踐活動很困難

較高規(guī)格的比賽需要參賽作品與熱點科技相結(jié)合。人工智能作為前沿科技，有較高的學習門檻，老師學習起來也不容易，再輔導學生就是難上加難。如何讓學生的作品結(jié)合先進技術(shù)，發(fā)揮自己的創(chuàng)意，成為一大難題。

二、把人工智能教育硬件引入中小學校外電子技術(shù)教育的原因

（一）更新傳統(tǒng)教學內(nèi)容

目前，國家對于人工智能教育沒有設(shè)立單獨的課程，也沒有獨立的課程標準，校外的課程標準也就沒有權(quán)威的參考。筆者認為要在校外電子技術(shù)課程中的不同學段融合人工智能教育內(nèi)容，而不是把人工智能作為一個獨立模塊，變一點融合為多點融合，從入門課程到高階課程均貫徹人工智能的思想。初級班學生從生活實踐的角度理解人工智能的應(yīng)用。中級班學生嘗試應(yīng)用人工智能教育硬件預置的功能，解決實際問題。高級班學生可以參考人工智能教育硬件社區(qū)資料，自行采集訓練數(shù)據(jù)，體驗簡單的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)搭建過程。這樣做既融合了人工智能的知識，具有實踐性，又沒有缺失電子技術(shù)課程原本的內(nèi)容和特點。

（二）有利于學生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)

目前，人工智能教育硬件產(chǎn)品的種類功能繁多，涉及圖像識別、顏色識別、標簽識別、語音識別等。這些功能是學生參加比賽，進行創(chuàng)新設(shè)計時需要又很難掌握的東西。從老師的角度說，利用人工智能教育硬件豐富的資源輔導學生參賽時難度降低了。從學生的角度說，應(yīng)用人工智能技術(shù)的難度降低，解決了技術(shù)難題。諸多人工智能教育硬件的應(yīng)用，也啟發(fā)了學生，其作品的創(chuàng)新思路得到擴展。

三、把人工智能教育硬件引入中小學校外電子技術(shù)教育的途徑

（一）利用人工智能教育硬件產(chǎn)品結(jié)合開源硬件進行教具制作

在電路控制教學中，教師可以選擇將人工智能教育硬件作為傳感器模塊使用，把模塊進行簡單封裝，實現(xiàn)圖像識別、語音識別等功能，極大地豐富了傳感器的類別，擴展了教師制作教具的思路。學生使用教具，自己動手進行積木式拼接，在制作過程中感受控制過程，理解知識。

（二）應(yīng)用人工智能教育硬件產(chǎn)品進行分層教學

教師引導學生利用人工智能教育硬件產(chǎn)品進行學習的方法也很重要。筆者根據(jù)學生的能力水平采取分層教學，在每個層次的教學中加入人工智能教育硬件產(chǎn)品，做到與電子技術(shù)課程多點融合。一是對于初學的，學生，其學習主要在老師的引導下進行，利用傳感器（成品的人工智能教育硬件產(chǎn)品，如HuskyLens）、控制器（一般使用開源硬件）、執(zhí)行器進行硬件學習，教師準備好程序，學生通過寫流程圖，修改程序進行學習。最后在已有知識的基礎(chǔ)上，設(shè)定一個簡單的新任務(wù)，讓學生利用所學知識完成。二是對于有一定知識基礎(chǔ)的學生，老師對任務(wù)中的難點和方法性的知識點進行詳細引導，對難度不高的知識點，采用問題引導的方法，讓同學逐步學會自主學習。這一階段引入的人工智能教育硬件產(chǎn)品，需要提供硬件的電路連接圖，由學生選擇利用人工智能教育硬件替代傳感器或替代控制器（例如Maix系列），自行完成電路組裝。軟件部分的學習則由老師提供流程圖和關(guān)鍵語句，學生自行完成程序設(shè)計。通過與一般開源硬件比較，讓學生進一步了解人工智能教育硬件的作用和人工智能中相關(guān)的技術(shù)。三是對于水平較高的學生，采用基于項目式的學習方法。老師只對關(guān)鍵提供學習資料，而學生應(yīng)學會利用網(wǎng)絡(luò)或書籍進行探究學習。在人工智能教育硬件使用上，根據(jù)項目特點，利用教師提供的課程資源包，收集數(shù)據(jù)，進行訓練。少數(shù)能力突出的學生，還可以嘗試自主設(shè)計修改小規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)框架，完成一定的任務(wù)。

（三）引導學生利用人工智能教育硬件產(chǎn)品進行創(chuàng)新實踐

學生利用人工智能教育硬件產(chǎn)品進行創(chuàng)新實踐比較容易。初期，可以讓學生對創(chuàng)新制作進行仿制，通過仿制加深學生對硬件知識的理解，了解制作項目的過程。然后由仿制過渡到優(yōu)化迭代，對他人的設(shè)計進行原理修改，或者功能完善。最后教師針對熱點或難點技術(shù)進行引導，讓學生自主研究，進行較高層次的創(chuàng)新實踐。

四、反思與結(jié)語

（一）教師應(yīng)選擇合適的人工智能教育硬件產(chǎn)品進行教學

人工智能硬件種類繁多。用于教學的硬件應(yīng)具備技術(shù)可靠、成本低、兼容性好、學習資料完善、學習門檻低、利于學生學習等特點，教師在把不同的人工智能教育硬件引入教學或指導學生自學的時候，一定要進行甄別，切勿盲目選擇。

（二）教師應(yīng)指導學生合理使用人工智能教育硬件產(chǎn)品

人工智能教育硬件在給大家?guī)矸奖愕耐瑫r，自身也存在一些技術(shù)缺陷。教師在利用硬件開展教育活動時，一定要合理指導學生，讓學生全面認識其優(yōu)點與缺點，靈活選用。人工智能教育硬件只是一個學習平臺，而不是學習的終點，教師要引導學生不僅僅局限于利用其制作作品，也要主動思考，對作品進行優(yōu)化。

五、結(jié)語

人工智能教育硬件產(chǎn)品的使用，有助于中小學校外電子技術(shù)教育與人工智能教育融合得更好。隨著技術(shù)的發(fā)展，人工智能教育硬件產(chǎn)品會不斷完善，相信未來這種產(chǎn)品在校外青少年電子技術(shù)教育的應(yīng)用空間一定會更加廣闊。