5EX模型在小学人工智能启蒙教学中的实证研究

阮德怀

随着计算科学的快速发展，人工智能逐渐走入人们的日常生活。2017年国务院正式印发《新一代人工智能发展规划》，明确了人工智能的国家战略地位，提出实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。然而，当前市面上的人工智能设备价格昂贵、技术系数难度大，以及缺乏相应的教学资源和师资力量不足等因素，导致国内小学阶段人工智能的研究更多停留在理论层面，课堂实践教学研究相对缺乏。本文从借鉴高中信息技术课程方案入手，以5EX教学模型结合Kittenblock图形化软件开展小学人工智能启蒙教学实践活动，以期为后续开展小学人工智能教育提供实践参考。

5EX教学模型与AI教学设计

5EX教学模型是由华南师范大学李克东教授提出的，5EX表示进入情境与提出问题—探究与体验—工程设计与技术应用—拓展与创意—评价与反思。该模型以项目为驱动，通过引入生活场景，让学生在熟悉的场景中思考问题，在彼此的交流中发展思维，在动手操作和体验中学习关键技术，在分享中放飞创意和感受人工智能的魅力。

AI走进课堂主要有两方面的内容，一方面是AI理论，另一方面是AI技术应用。借助Kittenblock图形化编程软件将人工智能技术应用引入到信息技术课堂，学生不仅可以学习编程技术和培养计算思维，还可以体验人工智能的简单应用。结合5EX教学模型，以“微笑拍照”一课为例，阐述该模式下的人工智能教学设计，具体如图1所示。

基于5EX模型的AI教学实践

在人工智能启蒙教学中，将其所涉及的知识通过真实应用场景引入课堂教学，通过小项目的方式引发学生体验与探究，或许是开展小学阶段人工智能启蒙教学的有效途径。因此，在对5EX模型与教学内容进行设计后，需要进一步对其进行完善和课堂教学探索。

1.EQ：情境与问题

小学人工智能教学应该贴近学生实际生活，即当下学习探索的经验要为将来深入学习人工智能做准备。贴近学生生活的内容，既是当前信息技术教学主题选择的主要方向，又可作为人工智能进入小学信息技术课堂的结合点。因此，在该环节通过节假日外出旅行拍照来创设情境，让学生在熟悉的情境中思考提出的问题：利用Kittenblock软件如何实现微笑拍照？意图在于引发学生的思考，激发学习动机。

2.EE：探索与体验

探索未知是人类的天性，结合小学生好奇心强、喜欢体验、模仿性强的特点，在EE环节中，教师也可将真实的体验引入到人工智能课堂教学中，让学生自由探索与体验新技术，在学生体验后引导其对体验的过程进行思考和质疑。例如，在微笑拍照项目中，单靠教师的讲解并不能让学生明白微笑拍照的原理与脚本，针对这一情况，设计学生体验使用手机或电脑微笑拍照，并且在体验中思考教师提出的问题（拍照的一般流程是什么？为什么可以通过微笑实现拍照？如何判断画面中的微笑率？）。学生可以在体验中感受微笑拍照的流程：①开启摄像头。②设置存放图片路径。③判断画面中人物微笑率，如果大于预设值，则拍照保存;如果小于预设值，则继续检测画面人物微笑率。

3.ET：工程与技术

技术知识除了详细的讲解与体验之外，还需要学生亲自动手操作和感悟。前面已经为动手制作做好了情境与体验铺垫，可是学生在操作时还是会出现各种问题，如有的学生忘了设置图片存放的路径，结果找不到拍摄的图片等，因此，在学生遇到问题时，教师应及时进行整体反馈和讲解，帮助学生理解与感悟该知识点。

4.EC：拓展与创意

为了培养学生的编程思维，在学生学习并操作技术后，需要教师及时引导学生将技术应用拓展到生活中，做到学以致用。例如，在学习微笑拍照技术后，引导学生将人脸检测技术拓展到微笑开灯、校园刷脸进出系统等现象的模拟制作，鼓励学生分享彼此的创意，形成思维碰撞，最终产生新的创意。

5.ER：评价与反思

评价是对学生阶段性学习效果的评价，评价内容包含学生成品、制作过程、学习状态等的评价，评价方式也包含了生生互评、师生互评和网络展评。学生思维在聆听他人评价和交流中得到启发，教师再引导学生对自己的创作过程和作品进行反思，反思有哪些步骤、指令可以优化，作品还可以与生活中哪些现象相结合等。

小学人工智能启蒙教学建议

1.拥抱人工智能，学习AI技术

一线教育工作者要主动接受新技术，先行了解当前适合在小学阶段进行课堂教学的软件和硬件，特别是了解AI图形化编程软件，如Mind+、Kittenblock等，AI硬件中的掌控版2.0和pyAI-K210开发板等，对比分析这些软硬件的优劣（如表1）不难发现，Kittenblock更加适合作为小学阶段开展人工智能教学的软件，因为它与当前小学信息技术图形化编程语言教学软件界面一样，有利于学生从Scratch过渡到Kittenblock人工智能教学中，同时教师应该借助网络资源对AI的软硬件进行深入的学习和研究，亲自动手体验及制作相应的作品，并将开发出来的案例整理设计成课堂教学内容。

2.结合生活场景，进行项目学习

小学阶段人工智能教学设计应尽量结合日常生活情境，以此拉近学生与人工智能之间的距离，教师可以将生活中人工智能应用的现象融入到对应的教学内容中，以小项目式开展人工智能教学，既能让学生学习到人工智能技术，又能使其理解人工智能在生活中应用的工作原理。

3.融入编程教育，培养计算思维

人工智能作为新兴技术还未写入当前的小学信息技术教材，因此如何将人工智能落实到小学信息技术课堂是当前一线教育者研究的热点。笔者所在的工作室团队尝试将AI与图形化编程教学相结合，依托教材中的Scratch教学模块，将图形化编程作为基础教学内容，把Kittenblock中的AI模块作为拓展教学内容，让学生在掌握基本的图形化编程技能后，再去体验和学习人工智能的应用。计算思维作为信息技术学科核心素养之一，一直引领着编程教学，而算法作为人工智能的核心，与信息技术核心素养中的计算思维不谋而合，因此，将人工智能融入到编程教学不仅可以作为AI进课堂的落脚点，而且还可以培养学生的计算思维。

4.漂流AI设备，跨校联合教研

人工智能教学离不开硬件设备的供给，然而当前AI设备价格相对昂贵，面对此种困境，可以建立设备漂流机制，立足各单位已有的硬件设备，建立多校硬件共享漂流机制，实现校际AI资源均衡化，为更多的学生创造平等学习的机会。同时，鼓励领到漂流AI设备的学校举行课堂教学展示活动，展示途径可以是線下和线上相结合，以此推动跨校联合教研的实现以及人工智能教学的实践探索。

5.组建学习共同体，开发校本教材

人工智能技术应用更新速度快，进入教育者视野时间短，个人对AI新技术的认知及掌握程度有限，相关的教学经验缺乏，因此，可以组建AI学习共同体，发挥共同体成员特长，团队协同研究AI技术。可聘请AI业内知名企业、AI研究学者对共同体成员进行AI技术和教学理念的培训，在学习共同体成员基本掌握了AI应用技术及新型教学理念后，AI学习共同体需要发挥一线教育者的特长，根据儿童的认知特点、技能基础和学习习惯来开发适合小学生的人工智能教学内容，并进行课堂教学实践，以实践的效果来不断修改和完善教学内容，最终以“认识身边的AI”为主题将所有的教学内容归类编辑成校本教材。

结束语

基于5EX模型的人工智能启蒙教学是以儿童为中心的实践活动，它注重真实情境或问题的引入和学生真实的体验，以项目式学习为推进策略，以培养学生知识迁移能力和落实信息技术学科核心素养为目标。人工智能进入中小学课堂还有很多方面需要进一步完善，未来还需要广大一线教育工作者孜孜不倦的探索。

基金项目：广东省教育科学“十三五”规划课题“‘五度六环人工智能教育启蒙课程的构建与实施”（课题编号：2020YQJK234）。