滲透人工智能教育 有效激發學生創新意識

楊慧成

當前，在中小學開展人工智能教育的主要形式是運用編程，使開源硬件能夠智能地執行一些任務。因此，在中小學開展人工智能教育的主要目標是讓學生掌握人工智能的最基本思想，同時培養學生動手能力、創新能力，以及團隊合作解決問題的能力等。目前人工智能教育已經在小學信息技術課堂嘗試實施。本文對筆者多年來在小學信息技術課堂上實施人工智能教育教學中遇到的問題和人工智能教育方法進行分析，希望以此推動基礎教育階段人工智能教育更好地發展。

一、人工智能教育的意義

近年來，人工智能技術的高速發展，給我們的生活帶來了很多便利。為了建設創新型國家和世界科技強國，國務院于2017年7月8日印發了《新一代人工智能發展規劃》。在這一背景下，人工智能教育走進中小學課堂就顯得十分必要了。小學信息技術教學實施人工智能教育，可以讓學生真正成為課堂學習的主人，培養學生的發散性思維，更好地探究信息技術知識，逐漸領略到人工智能的重要性與意義，同時可以培養學生的創新思維與創造力，從而為學生的今后學習與未來發展奠定基礎。

二、人工智能教育融入信息技術課堂面臨的問題

由于人工智能教育融入小學信息技術教學的時間比較短，在信息技術課堂上實施人工智能教育沒有經驗可以借鑒，只能一邊實施一邊改進，所以在實施人工智能教育的過程中，將會遇到很多困惑。

（一）缺少教學設備

隨著近年來在信息技術課堂上出現了人工智能的教育內容，以及各級教育部門組織的各類以機器人、創客競賽的推波助瀾，市場上已經出現了種類繁多的人工智能教學開源硬件組裝包和人工智能開源機器人等人工智能設備。但這些硬件都有這些問題：首先，人工智能教育硬件價格一般都比較昂貴，一個教學班級配置少則幾萬，多則十多萬甚至幾十萬。如果全面普及人工智能教育將會給各級財政帶來很大壓力，所以目前大部分學校都是開展小組教學，也就是多人一組共享一套設備開展班級教學。還有部分學校由于財力有限，僅購買幾套設備用于開展基于興趣班、校隊的教學活動，而非普及性教學。其次，開源人工智能設備屬于比較精密的教學設備，只要有一個模塊，甚至一個接口壞了就無法工作，所以在教育教學中極易損壞。通過筆者幾年來的教學實踐統計，如果在班級進行普及性的人工智能教學，每學期封裝以及質量比較好的人工智能設備的損壞率達15%，部分設備折損率甚至50%以上，而且由于電子元件的原因，設備的穩定性也比較差。還有，市場上雖然有很多開源人工智能硬件，功能也比較相近，但由于沒有統一的技術標準，這些開源人工智能硬件都互不兼容。

（二）缺少硬件支持

近年來，我國有很多地區的中小學都在信息技術課程中安排了人工智能教育內容，但沒有統一配置相應的硬件支撐，且由于經費的原因很少有學校能夠根據課程配齊配足對應的硬件設備。如果在教學中沒有對應的硬件的支撐，那么在課堂教學中實施人工智能教育的效果和目標就不可能達到。筆者所在學校根據教材的內容和教學的需要購置了一批人工智能教學設備，為了更好地發揮這些設備的作用，筆者根據幾年的教學實踐，組織信息教師基于省編教材，進行了二次開發，編寫了《智能互聯及開源智能機器人》校本教材并在小學高年級的信息技術課堂上實施教育教學，盡可能挖掘這些硬件資源，發揮它們的最大效用，這可能也是我們當前解決硬件問題的方法之一。

（三）缺少師資

由于人工智能教育在中小學剛剛興起，很少有學校能夠配備專業人工智能課程教師，因此很多地方將中小學人工智能課程融入信息技術課程，但缺少專業培訓?？梢哉f，當前所有教師在人工智能教育領域都是新手上任，采用邊學、邊教、邊研的方法來提升信息技術教師的人工智能教育能力。筆者所在學校在實施人工智能教育過程中為了提升教師教育教學水平，通過走出去、請進來的方式，借助人工智能專業領域的專家力量、技術支持，努力提高信息技術教師人工智能課程教育教學質量。同時為了進一步鞏固人工智能的教學成果，筆者特地主持了一項課題——“人工智能在小學信息技術課堂上的探索與實踐”，參與人員為全體信息技術教師，將教學過程中搜集到的數據、資料進行分析，通過課題引領，不斷完善人工智能在小學信息技術課堂上教育模式。同時，通過幾年的探索與實踐，教師在信息技術課堂上實施人工智能教育的能力水平有了很大提升。

（四）缺乏評價標準

雖然絕大部分地區的人工智能教育都是在小學信息技術課堂中實施的，能夠在很大程度上依據信息技術學科的教學標準進行評價，但是人工智能教育還有其獨特性，所以我們在實施人工智能教育時，需要依據人工智能的特性對教學效果進行合理評價。任何學科的教學內容都需要對教學過程進行相應的評價，并根據評價的結果去掌握教與學的情況。人工智能教育同樣需要進行有效的評價。教師要根據人工智能課程內容加強教學效果的評價，同時確保評價過程的科學性與準確性，并以此了解學生的學習情況，從而進一步改進課堂，構建高質量、高效率的基于信息技術課堂人工智能教育。但由于人工智能教育內容除了具有信息技術特性之外，還有別于一般的信息技術教育內容，評價更應該多元開放，其創新性、科學性、發展性等功能的綜合評價應該得到加強，這樣可以進一步增強學生的創造能力。筆者所在學?；诙嗄陙黹_展人工智能教育的實踐，制訂了一套“基于信息技術課堂的人工智能教育”評價指標體系（如下表）。

（五）缺少教學資源

優質的教學資源是開展高效教學的重要支撐。由于人工智能教育是近幾年才出現的，教學內容比較新鮮，在實施人工智能教育的過程中，往往缺少有效教學資源支撐，因此我們在平時教學中要有意識地做好資源的搜集整理。要將教育教學過程的教案、課件、優秀教學案例和教育小故事等分類整理;在教學過程中要加強教學資源的整合、積累和共享。教師在實施人工智能教育要不斷優化教學設計，要基于學生的認知能力科學地為學生選擇學習的主題，并圍繞主題提供相應的軟硬件教學資源，以此激發學生在信息技術課堂學習人工智能的興趣與動力，促使學生更加積極主動地參與人工智能教育，進行有效性的學習。筆者所在學校為了做好優秀教學資源的搜集整理，我們分教案、課件、主題、教學小故事、競賽案例五個類別進行資源的搜集整理，并將各類資源分為1級資源、2級資源和3級資源。1級資源是非常優秀的教學資源，可以作為教師本人和其他教師在后續的教學中繼續實施教學的資源;2級資源是相對較好的教學資源，可以作為教師本人和其他教師在后續的教學中進行參考的教學資源;3級資源是教師搜集的一般資源，在教育實踐中具有一定的參考意義。經過幾年的搜集和整理，筆者所在學校已經搜集了24個1級教案、27個1級課件、6個1級教學主題、3個1級教學小故事和8個競賽案例，其他2級和3級教學資源若干，為后續的教學提供了重要支撐。

三、人工智能教育融入信息技術課堂的方法

（一）創設符合學生特性的教育情境

小學生具有較強的好奇心，對新事物具有較強的接受能力，同時充滿了無限的想象力。在小學信息技術課堂中實施人工智能教育，可以有效地培養學生的創造力。但小學生由于知識儲備等原因，對復雜事物的抽象思維能力比較欠缺。因此，信息技術教師應根據具體的人工智能教學內容，創設比較適合小學生的人工智能教育情境，以此來激活學生的創新思維，激勵學生主動地去學習，引導學生利用信息技術知識去完成情境中的人工智能教育知識學習，展開自主探究，進而優化學生自身的知識結構，幫助學生逐漸構建完整的基于信息技術人工智能教育知識體系。因此，教師需要嘗試將人工智能與一些生活情境有效結合，激發學生的創新興趣與動力，保持學生的好奇心，進而培養學生的創新能力。

（二）組織分工明確的合作學習

由于人工智能教育所運用的設備比較昂貴，很難做到人手一套，而且人工智能教育的內容也比較難，所以在信息技術課堂上開展人工智能教育一般都是以小組為單位進行合作學習，以此來降低學生學習的難度，減少器材的數量，并且提高學生的課堂學習效率。但在小組學習中，我們也要避免小組中出現“有人一手操辦到底，有人旁觀沉默不出力”的現象。因此，教師要為學生營造一種民主、和諧的課堂氛圍，根據具體的教學內容為小組每個學生安排合作學習任務，引導小組學生全面參與，在合作中產生思維的碰撞，激活所有學生的創造性思維。

筆者在信息技術課堂上開展人工智能教育，就采取小組合作探究的高效教學模式。每組3人，設一小組長，并給每個組員編號：1號隊員、2號隊員、3號隊員。在教學中，先布置任務，讓每個學生圍繞學習任務展開探究、討論，并在小組內部交流，從而幫助他們更加全面地掌握本節課的知識點;接著筆者根據編號給每個小組的隊員布置任務，確保人人有任務，人人都參與;最后各個小組進行作品展示與點評，在展示過程中，我們要講述哪些是1號隊員完成的任務、哪些是2號隊員完成的任務、哪些是3號隊員完成的任務。通過作品展示，教師能夠了解小組內每個學生的學習參與情況。我們這一教學模式，在多次的教學研討中，得到了教育同行的高度評價。

（三）推行項目式教育模式

由于人工智能教育是伴隨著學生完成一個個項目而完成的，因此我們在人工智能教育中，要推行項目式教學模式。隨著技術的發展，我們身邊有很多人工智能應用案例。教師想要真正落實人工智能教育，就要有針對性地為學生梳理生活中的人工智能案例，讓學生有創意地模仿生活中的案例來完成這個項目。在教學中，教師可以先為學生展示生活中的人工智能應用案例，引導學生去研究這些產品的內容、結構與制作思路等，不斷豐富學生的知識儲備與創新思路，并且鼓勵學生在模仿過程中實現創新。

比如，筆者實施人工智能教育時，每節課通過一個小項目來完成教學。課前先給學生展示一個產品或一段視頻，然后讓學生分析這里應用了哪些人工智能的元素，思考自己還有什么創新，最后再讓學生去創作完成這個項目。通過一個個項目的模仿和進一步的創新，學生的人工智能素養得到了有效提升。

在小學信息技術課堂中實施人工智能教育，可以培養學生的信息素養和計算思維能力，同時能夠不斷激發學生的創新意識和學習興趣，確保學生的創造力得到有效的激活，信息技術能力水平得到進一步提高。