村小學(xué)開展人工智能教育教學(xué)實(shí)踐研究

1、農(nóng)村小學(xué)開展人工智能教育教學(xué)實(shí)踐研究 摘要：本課題主要研究在如何在農(nóng)村小學(xué)開展人工智能教育教學(xué)課程。本課 題從分析鄉(xiāng)村人工智能教育教學(xué)現(xiàn)狀入手，研究開展人工智能提高學(xué)生核心 素養(yǎng)的必要性，并提出了在農(nóng)村小學(xué)開展人工智能教育教學(xué)切實(shí)可行的措施， 通過人工智能教育教學(xué)在鄉(xiāng)村小學(xué)課程的開展提升農(nóng)村小學(xué)學(xué)生信息學(xué)科 綜合素養(yǎng)。關(guān)鍵詞：農(nóng)村小學(xué) 教學(xué) 人工智能一、農(nóng)村小學(xué)人工智能教育教學(xué)現(xiàn)狀(一)農(nóng)村信息教師對于人工智能教學(xué)理念的理解滯后，理解流于表面。教育部 2018 年 1 月頒發(fā)了普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)，其中以學(xué)校課程方式進(jìn)行的學(xué)生人工智能培養(yǎng)可以劃為三個(gè)層面：體驗(yàn)層面的認(rèn)識人工智能、初步理解人

2、工智能實(shí)現(xiàn)的簡單原理和基本過程、能夠簡單實(shí)現(xiàn)人工智能的基礎(chǔ)應(yīng)用。我們可以發(fā)現(xiàn)，在中小學(xué)階段的人工智能課程標(biāo)準(zhǔn)里，培養(yǎng)計(jì)算思維。小學(xué)階段人工智能教育教學(xué)要以計(jì)算思維培養(yǎng)為重點(diǎn)，以感知和體驗(yàn)人工智能為輔助。農(nóng)村信息教師認(rèn)為人工智能教學(xué)對于小學(xué)的學(xué)生理解有困難，在小學(xué)進(jìn)行人工智能教育還為時(shí)過早，而且沒有資金購買成百上千的器材，所以沒有條件進(jìn)行人工智能教育教學(xué)。（二）人工智能教育課程和資源在鄉(xiāng)村科學(xué)教學(xué)中如空中樓閣，不接地氣目前農(nóng)村人工智能教育資源不夠豐富，現(xiàn)有的教學(xué)資源也比較單一，多停留在 3D 打印、開源硬件等“高大上”的領(lǐng)域，對于鄉(xiāng)村人工智能教學(xué)來講， 缺少易操作、易推廣、能解決實(shí)際問題的“接地

3、氣”的教學(xué)資源。二、農(nóng)村小學(xué)開展人工智能教育教學(xué)的必要性（一）人工智能教育從娃娃抓起，推助國民科學(xué)創(chuàng)新素質(zhì)人工智能是改變?nèi)祟愇磥砩罘绞降闹匾侄?，是未來顛覆人類發(fā)展生活的大方向。對國內(nèi)中小學(xué)教育，人工智能和教育相結(jié)合勢在必行，讓人工智能融入中小學(xué)課堂，推助國民科學(xué)創(chuàng)新素質(zhì)，為國家的人工智能發(fā)展培育種子力量，這是我們每一位教育工作者應(yīng)擔(dān)起的社會(huì)責(zé)任。(二) 開展中小學(xué)人工智能技術(shù)與是適應(yīng)智能社會(huì)的學(xué)習(xí)、生活與工作環(huán)境的需要從 2017 年起，伴隨互聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)信息技術(shù)的社會(huì)普及，“人工智能+ 教育”已成為當(dāng)前國內(nèi)教育領(lǐng)域的前端熱門話題。中小學(xué)生將首先面臨智能社會(huì)的巨大挑戰(zhàn)，人工智能作為影響社會(huì)

4、方方面面的顛覆性技術(shù)，會(huì)對學(xué)生的生活與學(xué)習(xí)產(chǎn)生重大影響，學(xué)生在居家生活、參觀旅游、娛樂交際等社會(huì)活動(dòng)中，隨時(shí)處于人工智能系統(tǒng)與產(chǎn)品的環(huán)境中。使中小學(xué)能夠正確認(rèn)識、對待與使用人工智能技術(shù)與產(chǎn)品，顯得十分迫切。三、農(nóng)村小學(xué)開展人工智能教育教學(xué)的具體實(shí)踐(一)刪繁就簡，把握重點(diǎn)，以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維作為培養(yǎng)學(xué)生人工智能教育的切入點(diǎn)什么是計(jì)算思維？谷歌將計(jì)算性思維概括成分解、模式識別、抽象和算法開發(fā)四大類型。我們可以把它很通俗地概況為：生活和計(jì)算機(jī)中通用的思維模式。譬如 C 網(wǎng)站就有很多不插電的計(jì)算思維培養(yǎng)課程，我們利用這個(gè)課程可能進(jìn)行計(jì)算思維的培養(yǎng)，不但不用高大上的器材，而且連電不用，而

5、且省錢。培養(yǎng)計(jì)算思維 不插電通過這些課程，學(xué)生在輕松拖拉和完成游戲的過程中，明白了計(jì)算思維是什么，知道了計(jì)算機(jī)如何把人們解決問題的方法轉(zhuǎn)化成計(jì)算思維的，從而培養(yǎng)了學(xué)生的計(jì)算思維。我給小學(xué)生講 scratch 時(shí)，第一個(gè)例子總喜歡用“聽話的小甲蟲”。按下不同的方向鍵，小甲蟲會(huì)在舞臺上朝相應(yīng)的方向移動(dòng)。在這個(gè)例子中，我們應(yīng)該把教學(xué)的重點(diǎn)僅僅放在介紹模塊的功能上嗎？不。這雖然是一個(gè)極其簡單的有趣小程序，但是如果仔細(xì)思考，可以傳遞的理念就多了。我們把這個(gè)例子拆解開來會(huì)發(fā)現(xiàn)：按鍵事件 面向并移動(dòng) 得到甲蟲爬的結(jié)果這正好是一個(gè)輸入、處理、輸出（執(zhí)行） 的計(jì)算機(jī)工作的基本模型有了這個(gè)基本模型，我們可以鼓勵(lì)學(xué)

6、生按照模塊分類進(jìn)行自由替換，（scratch 很貼心，使用顏色和形狀來區(qū)分模塊功能的。）鼓勵(lì)學(xué)生探索并理解功能使用，一節(jié)課，模塊功能學(xué)習(xí)就 OK 了，替換、排列組合，程序會(huì)呈現(xiàn)各種各樣的樣式，學(xué)生們在這種探索中樂此不疲。我們繼續(xù)小甲蟲例子：兩個(gè)程序塊，一個(gè)負(fù)責(zé)控制運(yùn)動(dòng)，一個(gè)負(fù)責(zé)控制造型，各干各的模塊化&并行的概念模塊化對應(yīng)計(jì)算思維中的分解。更改方向角度或移動(dòng)步數(shù)，觀察小甲蟲運(yùn)動(dòng)的變化情況這是參數(shù)、程序調(diào)試、數(shù)據(jù)的概念。小甲蟲按一下走一次，太懶了。每次按鍵，小甲蟲做的事情都是一樣的，有沒有辦法讓它自己走？引入重復(fù)，循環(huán)概念。 循環(huán)，是自動(dòng)化的基礎(chǔ)。小甲蟲撞了南墻不回頭，它為什么這么傻？它能聰明點(diǎn)

7、嗎？在這里引出檢測、條件判斷。當(dāng)小甲蟲用上了判斷的時(shí)候，我們發(fā)現(xiàn)它聰明 了。 邏輯判斷，是智能的基礎(chǔ)。在教學(xué)過程中通過對這些基本概念、原理潛移默化地不斷滲透和強(qiáng)化， 學(xué)生可以比較容易地對這些基本方法進(jìn)行遷移。(二)基于 scratch3.0 的 kittenblock 人工智能系列課程拿小學(xué)階段常見的圖形化編程來說，現(xiàn)有的共享課程資源數(shù)不勝數(shù)、種類繁多，像網(wǎng)易卡搭、DF、makeblock、小喵科技、樹上科技、編程貓等等有社會(huì)責(zé)任感的平臺都提供了非常多的免費(fèi)共享課程。對于我個(gè)人來說， 這些課程提供了很好的框架，在實(shí)施的過程中我可以結(jié)合生成性內(nèi)容配合深入的教學(xué)反思，逐步完善、形成具有個(gè)人教學(xué)風(fēng)格

8、、符合實(shí)際條件的課程。既不用花大力氣開發(fā)，又能接地氣。最近，我和學(xué)生共同嘗試了基于 scratch3.0 的 kittenblock 這個(gè)軟件的一套人工智能案例。人工智能案例目錄：從文字朗讀、語音識別、視覺識別到翻譯系統(tǒng)、專家系統(tǒng)，甚至是目前大熱的機(jī)器學(xué)習(xí) Tensorflow，都提供了可操作的應(yīng)用案例。那么這樣一套案例完成下來，人工智能教學(xué)小學(xué)部分的任務(wù)就完成了（感知與體驗(yàn)），甚至還拓展到了初中的任務(wù)（理解如何實(shí)現(xiàn)）。在接觸之前，我們會(huì)思考這些高精尖內(nèi)容適合小學(xué)生嗎？他們能消化嗎？是不是太難了？開發(fā)者說，他們通過自身積累的技術(shù)，將人工智能降低門檻了。Kitten 對 AI 的支持情況：通過添加擴(kuò)展，接入相應(yīng)人工智能功能。學(xué)生通過通過小喵 kittenblock 擴(kuò)展中提供的文字朗讀、語音識別、機(jī)器翻譯、視覺偵測、人臉識別、機(jī)器學(xué)習(xí)等人工智能課程初步對人工智能有了感知，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)和興趣，教師在這個(gè)過程中只是起到了引路的作用，激發(fā)了學(xué)生探究學(xué)習(xí)的樂趣和動(dòng)力，教給了學(xué)生學(xué)習(xí)的方法。在計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域，我們大約每隔 5 年就接受新的技術(shù)和新的思維模式，因?yàn)樾录夹g(shù)以這種速度被發(fā)明出來，使得我們之前使用的技術(shù)變得過