小學(xué)信息技術(shù)課程中人工智能教育的實(shí)踐與探索

摘要：小學(xué)階段是學(xué)生接受教育的重要時期，也是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力的關(guān)鍵階段。信息技術(shù)課程作為連接學(xué)生與科技世界的橋梁，理應(yīng)在人工智能教育中發(fā)揮重要作用。然而，當(dāng)前小學(xué)信息技術(shù)課程中的人工智能教育仍處于起步階段，缺乏系統(tǒng)的課程體系和有效的教學(xué)方法。分析了小學(xué)信息技術(shù)課程中人工智能教育的現(xiàn)狀，指出了存在的問題，并提出了相應(yīng)的實(shí)踐策略，展望了人工智能教育的未來發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：人工智能教育；小學(xué)信息技術(shù)；課程體系；教學(xué)方法；師資力量

一、前言

當(dāng)今，人工智能技術(shù)正以前所未有的速度發(fā)展，深刻地改變著人類社會生活的方方面面。從無人駕駛汽車到智能家居，從醫(yī)療診斷到金融分析，人工智能的應(yīng)用日益廣泛，為社會發(fā)展注入了新的活力。面對這場科技革命，教育領(lǐng)域也必須積極應(yīng)對，培養(yǎng)具備人工智能素養(yǎng)的新一代人才，以適應(yīng)未來社會的挑戰(zhàn)。小學(xué)階段是培養(yǎng)學(xué)生興趣和基礎(chǔ)的關(guān)鍵時期，在小學(xué)信息技術(shù)課程中融入人工智能教育，正當(dāng)其時。通過學(xué)習(xí)人工智能的基本概念、原理和應(yīng)用，學(xué)生可以了解這項前沿科技的奧秘，體驗科技帶來的便利和樂趣。更重要的是，人工智能教育能夠培養(yǎng)學(xué)生的算法思維、問題解決能力、邏輯推理能力等創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。這些能力是未來社會所需的必備技能，也是學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展的重要基石。因此，小學(xué)信息技術(shù)課程應(yīng)重視人工智能教育，將人工智能教育作為培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)未來社會的重要途徑，讓學(xué)生在人工智能技術(shù)的啟蒙階段就接受科學(xué)的引導(dǎo)，為未來的學(xué)習(xí)和發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

二、小學(xué)信息技術(shù)課程中人工智能教育的現(xiàn)狀及問題

（一）現(xiàn)狀

近年來，隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展及其對社會產(chǎn)生的巨大影響，人工智能教育逐漸受到世界各國的高度重視。我國教育部也積極響應(yīng)時代需求，將人工智能教育納入小學(xué)信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的人工智能運(yùn)用能力，為未來社會發(fā)展儲備人才[1]。

1.政策支持與課程標(biāo)準(zhǔn)

2017年，國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確指出，要在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。隨后，教育部印發(fā)的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》也明確將人工智能作為選修模塊，并提出了相應(yīng)的教學(xué)目標(biāo)和內(nèi)容。在小學(xué)階段，雖然目前還沒有專門的人工智能課程，但教育部在2018年印發(fā)的《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中，已經(jīng)將“人工智能初步”列為信息技術(shù)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)內(nèi)容之一。這也意味著，人工智能教育已經(jīng)正式納入小學(xué)信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，為小學(xué)階段開展人工智能教育提供了政策依據(jù)[2]。

2.實(shí)踐探索與面臨的挑戰(zhàn)

在政策的支持和鼓勵下，人工智能教育在一些地區(qū)和學(xué)校開始探索實(shí)踐，并取得了一些初步成果。例如，部分學(xué)校將Scratch、Python等編程工具引入課堂，讓學(xué)生通過編寫簡單的圖像識別程序或設(shè)計互動游戲，體驗人工智能的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和邏輯推理能力。一些學(xué)校開展機(jī)器人教育，讓學(xué)生了解機(jī)器人的工作原理，并嘗試設(shè)計和操控機(jī)器人。例如，組裝機(jī)器人套件、編寫程序控制機(jī)器人完成特定任務(wù)，鍛煉學(xué)生的動手能力和問題解決能力。此外，一些學(xué)校利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，為學(xué)生提供沉浸式的人工智能學(xué)習(xí)體驗。例如，體驗虛擬現(xiàn)實(shí)的自動駕駛汽車模擬場景，或使用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)觀察機(jī)器人的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，讓學(xué)習(xí)過程更加生動有趣。然而，人工智能教育在實(shí)踐中也面臨一些挑戰(zhàn)和問題。例如，師資力量不足、缺乏專業(yè)的人工智能教師，導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量難以保證；教學(xué)資源匱乏，優(yōu)質(zhì)的人工智能教學(xué)資源相對缺乏，難以滿足教學(xué)需求；學(xué)生基礎(chǔ)參差不齊，部分學(xué)生缺乏編程基礎(chǔ)，難以理解和掌握人工智能知識。這些問題都需要在未來不斷探索解決，才能更好地推進(jìn)人工智能教育的健康發(fā)展[3]。

（二）問題

盡管國家政策大力支持，部分學(xué)校也積極探索，但小學(xué)人工智能教育的實(shí)踐仍處于起步階段，面臨著諸多挑戰(zhàn)。最突出的問題集中在教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和師資力量三個方面。首先，教學(xué)內(nèi)容缺乏系統(tǒng)性，與學(xué)生認(rèn)知水平不符。目前，小學(xué)人工智能教育內(nèi)容大多分散在信息技術(shù)課程的各個模塊中，缺乏整體規(guī)劃和系統(tǒng)設(shè)計。一些課程內(nèi)容過于專業(yè)化，脫離了小學(xué)生的認(rèn)知水平和生活經(jīng)驗。例如，直接教授復(fù)雜的算法原理、機(jī)器學(xué)習(xí)模型等，學(xué)生難以理解，學(xué)習(xí)興趣較低。此外，一些教學(xué)內(nèi)容與實(shí)際應(yīng)用脫節(jié)，學(xué)生難以將所學(xué)知識與生活實(shí)際聯(lián)系起來，導(dǎo)致學(xué)習(xí)缺乏成就感和持續(xù)動力。其次，教學(xué)方法單一，難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。傳統(tǒng)的講授式教學(xué)方法依然占據(jù)主導(dǎo)地位，教師講解人工智能的概念和原理，學(xué)生被動接受信息，缺乏實(shí)踐和探索的機(jī)會。這種枯燥的教學(xué)模式難以激發(fā)小學(xué)生對人工智能的好奇心和求知欲。此外，一些學(xué)校雖然引入了編程工具、機(jī)器人等教具，但缺乏有效的教學(xué)設(shè)計，只是讓學(xué)生機(jī)械地完成操作任務(wù)，沒有將這些工具與人工智能的概念和原理有效結(jié)合，難以真正提升學(xué)生的思維能力和解決問題的能力。最后，師資力量不足，缺乏專業(yè)培訓(xùn)是制約小學(xué)人工智能教育發(fā)展的重要瓶頸。很多小學(xué)信息技術(shù)教師對人工智能的了解有限，缺乏相關(guān)專業(yè)知識和教學(xué)經(jīng)驗，難以勝任人工智能教學(xué)任務(wù)。一些教師雖然積極學(xué)習(xí)，但由于缺乏系統(tǒng)培訓(xùn)和實(shí)踐指導(dǎo)，難以將學(xué)習(xí)所得有效轉(zhuǎn)化為教學(xué)實(shí)踐。師資力量的不足導(dǎo)致教學(xué)質(zhì)量難以保障，也阻礙了小學(xué)人工智能教育的推廣和普及。綜上所述，小學(xué)人工智能教育的實(shí)踐還存在諸多問題，需要從課程內(nèi)容、教學(xué)方法和師資力量等方面進(jìn)行改進(jìn)和完善。只有解決這些問題，才能真正發(fā)揮人工智能教育的價值，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力，為未來社會發(fā)展培養(yǎng)人才[4]。

三、小學(xué)信息技術(shù)課程中人工智能教育的實(shí)踐策略

（一）明確人工智能教育目標(biāo)，構(gòu)建科學(xué)的課程體系

為了有效開展小學(xué)人工智能教育，首先要明確目標(biāo)，制定科學(xué)合理的課程體系。小學(xué)階段的人工智能教育不應(yīng)追求高深莫測的技術(shù)講解，而應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的興趣和基礎(chǔ)，為未來的學(xué)習(xí)打下良好基礎(chǔ)。

1.小學(xué)人工智能教育的目標(biāo)

（1）啟蒙認(rèn)知：讓學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的基本概念，了解什么是人工智能、人工智能可以做什么、人工智能如何影響人類的生活等。教師通過生動形象的例子，比如智能手機(jī)的語音助手、自動駕駛汽車等，幫助學(xué)生理解人工智能的概念，并認(rèn)識到人工智能在生活中的廣泛應(yīng)用。

（2）體驗應(yīng)用：讓學(xué)生體驗人工智能的實(shí)際應(yīng)用。例如，使用語音助手、圖像識別軟件、智能家居設(shè)備等感受人工智能帶來的便利。通過親身體驗，讓學(xué)生切實(shí)感受到人工智能技術(shù)帶來的便捷性和趣味性，激發(fā)他們學(xué)習(xí)人工智能的興趣[5]。

（3）激發(fā)興趣：通過生動有趣的教學(xué)方式，激發(fā)學(xué)生對人工智能的學(xué)習(xí)興趣和探索欲望，培養(yǎng)好奇心和求知欲。可以利用動畫、游戲、互動式教學(xué)等多種方式，將抽象的人工智能知識轉(zhuǎn)化為學(xué)生能夠理解和接受的形式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（4）培養(yǎng)思維：培養(yǎng)學(xué)生的計算思維和算法思維。例如，將復(fù)雜任務(wù)分解成簡單步驟、尋找規(guī)律、設(shè)計解決方案等，為未來學(xué)習(xí)更復(fù)雜的知識打下基礎(chǔ)。通過設(shè)計簡單的編程游戲、進(jìn)行邏輯推理練習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力和解決問題的能力，為未來學(xué)習(xí)更復(fù)雜的人工智能技術(shù)打下基礎(chǔ)。

2.構(gòu)建課程體系

（1）融入課程模塊：構(gòu)建科學(xué)合理的課程體系是小學(xué)人工智能教育成功的關(guān)鍵。人工智能教育不能孤立存在，需要將其有機(jī)融入小學(xué)信息技術(shù)課程的數(shù)據(jù)、算法、編程、網(wǎng)絡(luò)、信息社會責(zé)任等各個模塊中。這種融入不是簡單疊加知識點(diǎn)，而是要根據(jù)不同模塊的特點(diǎn)和學(xué)習(xí)目標(biāo)，設(shè)計相應(yīng)的教學(xué)內(nèi)容和活動，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)信息技術(shù)的同時，自然而然地接觸和了解人工智能的相關(guān)知識和應(yīng)用。

（2）循序漸進(jìn)，由淺入深：小學(xué)階段的人工智能教育應(yīng)注重啟蒙和基礎(chǔ)，避免揠苗助長。課程內(nèi)容的設(shè)計要遵循循序漸進(jìn)的原則，從簡單概念入手，逐步深入，避免講授過于抽象和復(fù)雜的知識。例如，可以先從人工智能的基本概念入手，通過生動形象的案例和故事，讓學(xué)生了解什么是人工智能、人工智能可以做什么、人工智能如何影響人類的生活。在學(xué)生對人工智能有了基本認(rèn)知的基礎(chǔ)上，再逐步介紹人工智能的語音識別、圖像識別、機(jī)器翻譯等應(yīng)用，讓學(xué)生體驗人工智能帶來的便利。此外，可以嘗試一些簡單的編程實(shí)踐，使用可視化編程工具，讓學(xué)生體驗編程的樂趣，并初步了解算法的基本原理。

（3）貼近生活，學(xué)以致用：為了避免人工智能教育過于抽象和枯燥，課程設(shè)計要注重貼近學(xué)生的生活實(shí)際，讓學(xué)生感受到人工智能就在身邊，并且可以用來解決實(shí)際問題。例如，可以通過智能家居、智能玩具、智能手機(jī)等案例，讓學(xué)生了解人工智能的應(yīng)用，并引導(dǎo)學(xué)生思考人工智能如何改變?nèi)祟惖纳睢＿€可以設(shè)計一個智能垃圾分類系統(tǒng)、一個智能家居控制系統(tǒng)等一些與生活相關(guān)的項目，讓學(xué)生在解決問題的過程中，運(yùn)用人工智能的知識和技能，并體會到學(xué)習(xí)的價值和樂趣。

（4）多元融合，拓展視野：人工智能不是一個孤立的學(xué)科，它與其他學(xué)科有著密切的聯(lián)系。在課程設(shè)計中，要注重將人工智能與其他學(xué)科內(nèi)容相結(jié)合，例如數(shù)學(xué)、科學(xué)、藝術(shù)等，進(jìn)行跨學(xué)科學(xué)習(xí)，拓展學(xué)生的視野。例如，可以將人工智能與數(shù)學(xué)結(jié)合，學(xué)習(xí)算法和數(shù)據(jù)分析；與科學(xué)結(jié)合，探索人工智能在環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療健康等領(lǐng)域的應(yīng)用；與藝術(shù)結(jié)合，創(chuàng)作人工智能藝術(shù)作品。通過多元融合，可以幫助學(xué)生更好地理解人工智能，并將人工智能應(yīng)用到不同的領(lǐng)域，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。通過明確目標(biāo)和構(gòu)建科學(xué)的課程體系，可以使小學(xué)人工智能教育更加系統(tǒng)化、規(guī)范化，更加符合小學(xué)生的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)特點(diǎn)，從而更好地促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展。

（二）創(chuàng)新教學(xué)方法，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣

為了激發(fā)小學(xué)生對人工智能的學(xué)習(xí)興趣，需要摒棄傳統(tǒng)的講授式教學(xué)模式，積極探索和創(chuàng)新教學(xué)方法，將知識傳授與趣味體驗相結(jié)合，讓學(xué)習(xí)過程充滿樂趣和挑戰(zhàn)。項目式學(xué)習(xí)和探究式學(xué)習(xí)是兩種非常適合人工智能教育的教學(xué)方法。通過項目式學(xué)習(xí)，學(xué)生可以圍繞一個具體的人工智能應(yīng)用場景，進(jìn)行自主探究、合作學(xué)習(xí)，并在解決問題的過程中掌握人工智能的知識和技能。例如，學(xué)生可以設(shè)計一個智能垃圾分類系統(tǒng)、學(xué)習(xí)圖像識別技術(shù)，或者設(shè)計一個智能家居控制系統(tǒng)，學(xué)習(xí)語音識別和控制技術(shù)。探究式學(xué)習(xí)則鼓勵學(xué)生提出問題、進(jìn)行實(shí)驗、分析數(shù)據(jù)，并最終得出結(jié)論。例如，學(xué)生可以探究不同算法對機(jī)器學(xué)習(xí)模型的影響，或者探究人工智能倫理問題。此外，將游戲、動畫等形式融入教學(xué)，可以有效提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和參與度。例如，可以利用可視化編程工具，讓學(xué)生通過拖拽積木的方式進(jìn)行編程，設(shè)計簡單的游戲或動畫，并在游戲中學(xué)習(xí)人工智能的算法和原理。還可以利用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）技術(shù)，為學(xué)生創(chuàng)造沉浸式的學(xué)習(xí)環(huán)境，例如，讓學(xué)生體驗無人駕駛汽車的操作，或者與虛擬機(jī)器人進(jìn)行互動。總之，通過采用多樣化的教學(xué)方法，將知識傳授與趣味體驗相結(jié)合，可以有效激發(fā)小學(xué)生對人工智能的學(xué)習(xí)興趣，并促進(jìn)小學(xué)生主動學(xué)習(xí)和深度思考，從而提升學(xué)習(xí)效果[6]。

（三）培養(yǎng)教師專業(yè)能力，提升教學(xué)質(zhì)量

師資隊伍是人工智能教育成功的關(guān)鍵因素。為了提升小學(xué)人工智能教育的教學(xué)質(zhì)量，必須加強(qiáng)教師專業(yè)能力的培養(yǎng)，讓他們具備教授人工智能課程所需的知識、技能和教學(xué)方法。首先，要加強(qiáng)教師對人工智能技術(shù)的培訓(xùn)，包括人工智能的基本概念、發(fā)展歷史、算法原理、應(yīng)用領(lǐng)域等方面的知識，以及使用人工智能相關(guān)工具和平臺的技能。培訓(xùn)可以通過線上課程、線下研討會、專家講座等多種方式進(jìn)行，并提供實(shí)踐操作的機(jī)會，讓教師能夠真正掌握人工智能技術(shù)的應(yīng)用。其次，要鼓勵教師參與人工智能教育實(shí)踐，積累經(jīng)驗。學(xué)校可以組織教師開展人工智能教育的教學(xué)研究。例如，開發(fā)適合小學(xué)生的課程資源、設(shè)計有效的教學(xué)活動、探索新的教學(xué)模式等。還可以鼓勵教師參加與人工智能教育相關(guān)的競賽和交流活動，與同行分享經(jīng)驗、互相學(xué)習(xí)。此外，還可以建立人工智能教育的教師社群，為教師提供交流平臺，分享教學(xué)經(jīng)驗、解決教學(xué)問題、獲取最新資訊。學(xué)校也可以邀請人工智能領(lǐng)域的專家學(xué)者來校指導(dǎo)，為教師提供專業(yè)支持。通過多措并舉，提升教師的專業(yè)能力，可以為小學(xué)人工智能教育提供堅實(shí)的人才保障，從而推動人工智能教育的順利開展，并取得良好的教學(xué)效果[7]。

四、小學(xué)信息技術(shù)課程中人工智能教育的未來展望

（一）人工智能教育將成為小學(xué)信息技術(shù)課程的重要組成部分

隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展和應(yīng)用普及，人工智能教育的重要性日益凸顯。未來，人工智能教育將不再是小學(xué)信息技術(shù)課程中的選修內(nèi)容或拓展內(nèi)容，而是成為必修的重要組成部分，與數(shù)據(jù)、算法、編程等內(nèi)容共同構(gòu)成小學(xué)信息技術(shù)課程的核心框架，貫穿于小學(xué)信息技術(shù)學(xué)習(xí)的始終。學(xué)生將從理解人工智能的基本概念和原理開始，逐步學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)的應(yīng)用，并探索其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用前景。例如，學(xué)生可以學(xué)習(xí)使用機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行圖像識別，利用自然語言處理技術(shù)進(jìn)行文本分析，了解人工智能在智能家居、自動駕駛等領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)對人工智能技術(shù)的理解和應(yīng)用能力。

（二）人工智能教育將更加貼合學(xué)生實(shí)際，注重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力

未來的小學(xué)人工智能教育將更加注重與學(xué)生生活實(shí)際的聯(lián)系，避免過于抽象和理論化的知識傳授。課程內(nèi)容將更加注重趣味性、互動性和實(shí)踐性，例如，通過游戲化學(xué)習(xí)、項目式學(xué)習(xí)、探究式學(xué)習(xí)等方式，讓學(xué)生在實(shí)踐中體驗人工智能的應(yīng)用，并在解決實(shí)際問題的過程中提升創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。學(xué)生可以利用人工智能技術(shù)制作互動游戲，設(shè)計智能家居系統(tǒng)，體驗人工智能在日常生活中的應(yīng)用，培養(yǎng)解決實(shí)際問題的能力。同時，教師可以引導(dǎo)學(xué)生參與人工智能相關(guān)的社會實(shí)踐活動。例如，參與人工智能公益項目，設(shè)計人工智能解決方案，在實(shí)踐中鍛煉解決問題的能力，并培養(yǎng)社會責(zé)任感。

（三）人工智能教育將與其他學(xué)科融合發(fā)展，形成綜合育人體系

人工智能技術(shù)不僅應(yīng)用于信息技術(shù)領(lǐng)域，也正在與數(shù)學(xué)、科學(xué)、藝術(shù)等學(xué)科深度融合。未來的小學(xué)人工智能教育將打破學(xué)科壁壘，與其他學(xué)科融合發(fā)展，形成綜合育人體系。例如，可以將人工智能與數(shù)學(xué)結(jié)合，學(xué)習(xí)算法和數(shù)據(jù)分析；與科學(xué)結(jié)合，探索人工智能在環(huán)境保護(hù)、醫(yī)療健康等領(lǐng)域的應(yīng)用；與藝術(shù)結(jié)合，創(chuàng)作人工智能藝術(shù)作品。通過學(xué)科融合，學(xué)生能夠更全面地理解人工智能技術(shù)，并將其應(yīng)用于不同的領(lǐng)域，培養(yǎng)跨學(xué)科的綜合能力。學(xué)生可以利用人工智能技術(shù)分析科學(xué)數(shù)據(jù)，預(yù)測自然災(zāi)害，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；利用人工智能技術(shù)創(chuàng)作藝術(shù)作品，探索人工智能在藝術(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用，培養(yǎng)跨學(xué)科的創(chuàng)新能力。

五、結(jié)語

人工智能教育是時代發(fā)展的必然趨勢，小學(xué)信息技術(shù)課程融入人工智能教育是培養(yǎng)未來人才的關(guān)鍵舉措。面對挑戰(zhàn)，教育者需要制定明確的教育目標(biāo)、構(gòu)建科學(xué)的課程體系、創(chuàng)新教學(xué)方法、培養(yǎng)高素質(zhì)師資隊伍。相信在多方共同努力下，小學(xué)人工智能教育必將迎來更美好的未來，為國家培養(yǎng)掌握未來科技的創(chuàng)新人才，助力科技強(qiáng)國建設(shè)。

參考文獻(xiàn)

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作者單位：如皋師范學(xué)校第三附屬小學(xué)

責(zé)任編輯：張津平、尚丹