小学信息技术人工智能课堂实践

小学信息技术人工智能课堂实践

张龙

武汉大学第二附属小学 430072

摘要：作为世界第二大经济体，中国今天所取得的成就世界瞩目。但在高科技领域，尤其是人工智能芯片领域却依然受制于人。专家指出，“中国芯”的短板在于后备人才的培养，即缺乏具有创新创造精神的人工智能人才。“少年智则国智，少年强则国强。”当今的中小学生是祖国未来的建设者，从小培养他们的人工智能素养与创新创造精神，他们才可能成长为人工智能社会的栋梁之材。因此，在中小学校开展人工智能普及教育具有重大战略意义。鉴于此，文章结合笔者多年工作经验，对小学信息技术人工智能课堂实践提出了一些建议，仅供参考。

关键词：小学信息技术;人工智能;课堂实践

引言

小学信息技术中的数据与计算，信息系统与社会其中涉及大量有关人工智能的内容，“人工智能”是当下社会的热点词汇，物联网，云计算，大数据等的应用开发离不开人工智能，人们生活中经常用到的工具如语音识别，机器翻译，符号运算，智能机器人等都是人工智能技术下的产物，人工智能开发应用已成为不可阻挡的时代潮流与趋势。教师在小学信息技术课程教学中开展人工智能教学有利于加深学生对人工智能的认识与了解，让学生在学习体验人工智能系统基本过程与方法中强化学生信息技术核心素养，全方位的培养信息技术课程中的AI人才，激发学生学习信息技术，应用信息技术，开发信息技术的兴趣与动力，鼓舞学生在信息技术方面取得更长足的进步。

一、人工智能的涵义及其对儿童教育意义

所谓“人工智能”，英文说法是Artificial Intelligence，简单缩写为“AI”，属于计算机科学的一个分支，主要在于研究并开发对于模拟、延伸与拓展人在智能发展方面的理论、方法、技术以及应用价值。它意在了解智能的实质，并由此产生与人工智能相似的方式，进而做出一定的反应。所以说，人工智能虽然不是“人的智能”，它却能像人那样思考，也存在超越“人的智能”的可能性。那么，开展儿童人工智能教育的意义在哪里呢？首先，人工智能领域是年轻人未来“施展拳脚”的时空和场所。“教妇初来，教儿婴孩”这一流传甚远的信条，意在强调“及早教育”的必要性和“即时培养”的重要性。作为人工智能时代的“原居民”，儿童接触人工智能的时间越早，他们融入的程度就会越深，潜在的价值也就越大。这对于他们的教育和成长非常关键。其次，与普通信息技术相比，人工智能在处理问题的方法和解决问题的策略上有明显的独特性。在小学信息技术课程活动中，把人工智能积极有效地融入教育教学，有利于引导儿童在认识并体验人工智能技术的过程中，能够切实体会到解决“半结构化、非结构化”问题的便捷性，逐步培养多角度看待与处理问题的意识和能力，进而不断提升他们的信息素养。再次，“兴趣是最好的老师”。经过初始化、阶段化人工智能教育，有利于引导儿童了解并熟悉人工智能语言的特性，逐步领会“问题智能化求解”的主要策略，从而在“激发、培养与深化”兴趣中，把他们不断引向乐学好学的良性发展道路，为将来深入学习现代科技和培养信息素养奠定坚实的基础。

二、人工智能时代小学信息技术课堂教学中存在的问题

（一）对新一代信息技术认识不到位

“互联网+”时代，随着大数据、录播教室、交互式电子白板等新技术在智慧课堂中的不断应用与发展，越来越多教师对新一代信息技术的认知工具功能产生内涵认识偏差、应用行为困惑。大多数小学信息技术教师针对网络学习空间并没有开展相应的教学活动，只是运用多媒体课件进行简单的教学，或者向网络学习空间传送与教学内容相关的录制视频，给学生创造了一个类似图书角的空间，没有注意发挥网络学习空间的学习记录、交流互动功能。因此，传统的教学模式在小学信息技术课堂中仍然占据主导地位，先进的教学理念、教学方式、教学内容与新一代信息技术还没有发生深度融合。

（二）学生课程学习的兴趣不足

学生的学习兴趣，即为学生学习的动力，对小学生信息技术的深入学习与灵活应用能够产生重要影响。但是当前小学信息技术教学中，人工智能的应用方式指导比较匮乏，教学方式较为单一。教师多在讲解后，指导学生自主锻炼、练习。小学生没有真正体会到学科学习的意义，人工智能技术的应用价值及学习乐趣等。忽视了学科之间的整体关联，较为注重“知识点”的讲解，对学生的个性特点关注不足，不利于学生信息技术的深入掌握及系统化思维的培养。

（三）信息技术活动设计缺乏科学性

要想大力推动小学信息技术智慧课堂教学活动深入开展，一定要高度重视信息技术活动设计的科学性，但个别教师在这方面还没有进行有效设计和系统安排，导致信息技术活动设计整体水平不高。比较突出的就是在开展活动设计的过程中缺乏“以人为本”的意识，还没有从小学生的实际情况入手进行科学设计，“以学生为中心”的理念还没有得到有效落实。信息技术活动设计缺乏科学性，也表现为在应用信息技术、网络技术的过程中不注重整体效果，如在应用多媒体PPT进行教学的过程中，不注重采取“问题导入”的方式，而且在直观性、演示性、趣味性设计方面相对比较薄弱，对学生的吸引力不强。

三、小学信息技术人工智能课堂实践

（一）化难为易，化写为示

北京航空航天大学副教授秦曾昌认为，中小学AI教育的目的首先是让学生会使用一些AI的应用模块。要做到深入浅出，由易到难，利用学生已经学过的知识和熟练使用的软件，从熟悉感中拉近与人工智能的关系，让学生有成就感，能在学习中融会贯通，逐步形成相关知识的架构，最终达到举一反三的效果。化写为示，教师在教学时可以弱化复杂的理论概念，让学生通过现实生活情境初步了解什么是人工智能，什么是机器学习。鼓励学生多想、多说、多演，鼓励学生编写脚本，理解其中的涵义，并能通过自我意识加以生活化，从而深入理解程序的意图。

（二）创设情境教学环境，直观呈现抽象问题

小学阶段学生的知识储备不足，所接触的计算机知识相对较少。课本中很多计算机知识具有抽象性特点，影响学生的学习能力及学习知识。常规信息技术教学模式下，学生的学习学习兴趣较差。人工智能技术在小学信息技术教学中的应用，能够为学生创设一个良好的学习环境，将抽象的问题以直观、生动的形式呈现出来，是提升学生理解能力的有效路径。问题分析通常是讲复杂的问题变得更加简单、直接，教师可以借助人工智能技术，帮助学生分析问题、解答问题，加深学生的学习印象，也能够使学生感受到人工智能技术对日常生活的重要影响。比如，可以借助人工智能技术分析“兔子如何繁殖”的问题，若每一对兔子出生2个月，则能够繁殖出2只兔子，那么现在有一对刚繁殖出来的兔子，请问在12个以后，能够繁殖出共多少只兔子？利用人工智能技术能够总结其规律，每个月兔子的对数，是上一个兔子的总和，人工智能技术的问题分析能力较快，且能够将抽象的问题变得更加直观，是提升学生计算能力，培养学生思维能力的有效方法。将计算相关问题引入到信息技术教学中，能够知识学科的融合，促进学生综合素质的提升。

（三）善于在和谐相长中构建编程教学体系

众所周知，“创新”既具动力又有活力。无论对于个体还是社会来说，创新是引领发展的“第一动力”。正如业内人士强调指出：在未来的社会发展中，精通编程的孩子将是这个世界的“创造者”，在不久的将来，编程与语数等学科一样，既是时代发展中无可逆转的主旋律，同时还是地球村居民应当必备的基本素养。就当前情况而言，人工智能教育的核心是网络算法和机器算法，那么，编程教育的核心也就是“算法”。有鉴于此，在小学信息技术学科活动中，教师应根据人工智能教育特点，努力构建相对完备的编程教学体系，以激发儿童的学习学趣、培养儿童的学习能力。具体做法，一是面向“零基础”儿童，通过“游戏化情境”活动形式，把他们逐步地引入编程学习状态。二是重点通过对Scratch图形化编程上的教学与引导，帮助儿童学习利用编程方法来解决问题。三是重点通过“项目”式学习和测评，在“提出问题——搭建与纠错——需求分析”中引导儿童进行判断与重复。四是充分结合“鸡兔同笼、植树现象、过河问题”以及画出“谢尔宾斯基三角形、二叉树、科赫雪花”等内容，引导儿童在学习与学会“冒泡、循环、递归、列表和分治”基础上，进行具体算法的实际应用。五是引导儿童在与各类硬件结合的基础上，通过编程来逐步实现“机器人动作”组合。

（四）创设情境，激活生成，营造智慧课堂积极氛围

创设教学情境，激活课堂的生成性。首先，教师通过播放奇妙的蘑菇动画创设教学活动情境，营造智慧课堂的积极氛围，并巧妙地引导学生自主发现问题、提出问题，实现学生的生成性发展。其次，教师通过授课终端系统列出本节课的任务清单，明确告知学习目标和重难点。学生在智慧终端系统上找出本节课的任务清单，并下载数字化教学案，依据学习目标观看微课视频，自主学习利用直线、椭圆、矩形、圆角矩形等画图工具绘制图形的方法。在这个环节，教师利用多媒体技术构建信息技术智慧课堂生成性教学情境，有利于激活课堂的“生成性”，调动学生的学习积极性。学生提出创造性意见和建议，教师与学生之间、学生和学生之间、学生和媒体之间进行平等、多维的对话，形成各种有价值的生成性资源。实践证明，近些年来，许多教师在课堂教学中不断实践“先学后教”方式，学生成绩有了显著提高，学科竞赛活动获奖人数也明显增多。

（五）采用线上线下双师结合模式

以“人工智能”的方式开展人工智能教育是解决目前师资不足问题的关键所在。人工智能课程的开发同时应配套人工智能教师培训课程的开发。课程的设计与实施还可以采用“双师课堂”模式，一名主讲教师与一名伴学教师。线上+线下“双师”混合式教学模式有助于将优质数字教学资源输送到相对薄弱的学校，通过扩大优质教育资源覆盖面助推教育公平，实现区域范围内全纳与公平的人工智能教育。同时，人工智能学科教研团队的建设也迫在眉睫，区域定期开展研修活动将有效提升教师的人工智能素养。

（六）初步代码编程，展望人工智能

无论信息技术学科的教学表现为什么，其本质依旧是数据与代码之间的互译。而小学生计算思维的培养也需要从这一角度出发，教师需要让学生具有初步的代码认知与简单的编程能力，以适应这个多变的信息化社会，才能更好地贴合信息技术战略发展的需要。未来是智能与大数据的时代，教师需要在基础阶段的授课中使学生知晓两者的基础与来源，在启发式的教学中帮助学生掌握学科能力。

（七）以全纳的态度开展人工智能教育

人工智能教育不是为了培养少数高智商的创新天才。中小学开设人工智能课程，旨在培养学生适应未来智能社会发展需求的能力，让他们能够利用人工智能技术工具解决学习、生活中的问题。因此，人工智能教育应该是面向所有学生的普惠性教育内容，区域、学校应以全纳的态度为学生提供接受人工智能教育的机会，让每个学生都能成为合格的智能时代公民。

结束语

中小学阶段人工智能课程的开设，是新时代发展的必然选择，但也要理性对待人工智能教育，不盲目跟风，不急于求成。要想让人工智能更好地进入小学的基础课程中，必须结合可视化编程，通过简单易懂的模块学习，培养学生的逻辑思维能力，激发学生的兴趣，让小学生更好地理解人工智能的相关内容，使人工智能逐渐从小众教育变为通识教育，从精英教育变为普惠教育。

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