农村小学人工智能课外活动校本课程开发的实践研究

刘煜

【摘要】近年来，针对中小学生的人工智能普及教育成为研究热点。在农村地区，客观条件所限，学生在人工智能学习方面存在一定劣势。此研究展示了北京市怀柔区长哨营满族乡中心小学的教研团队以建构主义为理论指导，围绕学生信息技术学科核心素养培养这一目标，开发的“人工智能”校本课程的主要框架内容，和在农村小学开展人工智能教学的建议。

【关键词】人工智能 课外活动 核心素养 校本课程

一、在农村小学开展人工智能教学的背景

近年来，国务院和教育部相继发布《新一代人工智能发展规划》和《教育信息化2.0行动计划》等重磅文件，大力发展人工智能成为了国家战略。在中小学开展人工智能教学也成为了当前教育界的研究热点。受限于地理位置和寄宿制生活方式，农村地区学生对人工智能技术的了解相对较少。在一份针对某农村学校4～6年级学生关于信息素养的调研中发现，仅45.6%的学生听说过“人工智能”这个名词，只有12.4%的学生能够至少说出两个基于人工智能技术的应用。所以，在农村小学开设人工智能课程，使学生能够从小学到高中都能够接受分学段、成系统的人工智能教育，是帮助农村地区学生更好融入到现代信息社会，培养学生核心素养的重要方式。

二、课程目标和内容框架设计

（一）小学人工智能课程的目标框架设计

1.课程总目标

核心素养培养是新一轮课改的关键词，信息技术学科的四大核心素养培养如何在教学中落地，摆在了一线教师面前。由于缺乏权威的小学阶段课程标准，本课程借鉴高中信息技术课程标准中的目标要求，以培养学生信息技术学科核心素养为核心，设置了如下的课程总目标：

《走进智能时代》课外活动校本课程以信息素养培养为核心，通过项目学习活动，让学生亲身经历人工智能技术解决实际问题的全过程，并在此过程中初步形成对学科大概念的认识，初步体会人工智能技术在学生日常生活中的应用价值。同时，课程还将为学生提供成系列的配套资源，整合在数字化的学习环境中，让学生能够在学习过程中方便地获取大量的数字资源，以实现他们个性化的创意物化，提高创新意识和能力，为成为数字化时代的合格中国公民奠定基础。

2.内容框架和教学目标

本课程包括“人工智能基礎”“简单人工智能程序设计”“开源硬件项目设计”三部分内容。具体教学目标如下：

（1）通过体验基于人工智能技术的APP和AI开放平台，感受人工智能技术在实际生活中的应用，并能通过自主探究，初步体会技术背后的基本过程和实现原理。

（2）知道当前人工智能技术的应用领域，并通过具体案例初步了解语音识别、图像识别、机器学习等技术的特点、应用模式及局限性。

（3）通过智能系统的应用体验，能够提出自己对人工智能技术的理解，辩证看待技术的巨大价值和潜在风险，增强安全防护意识和责任感。

（4）通过项目学习，亲身经历使用开源硬件在实现人工智能作品创作中的全过程，了解其中的基本知识和原理，并能根据实际需求选择适当的硬件以实现设计效果。

（5）能够实际问题的解决过程中，提高学生使用人工智能技术分析问题、提出方案、完成问题解决的能力，从而提升学生的综合素养。

（二）农村小学人工智能校本课程的内容框架

根据上述的教学目标，《走进智能时代》校本课程设计了“人工智能基础”“人工智能编程”“智慧点亮长小”三部分内容，具体课时安排如下：

1.第一单元——人工智能基础

本单元共由三课时组成。第一课时“‘人工智能来了——校园植物大调查”，通过使用“识图”类APP，让学生调查校园的植物，对植物进行分类，在实践中体验人工智能技术的优势和不足。第二课时“‘0和‘1的神奇世界”，让学生在有趣的游戏中，认识二进制数，知道计算机中主要用的数制是二进制，并能进行二进制和十进制的转化，从而对信息的编码有初步的认识。第三课时“计算机感知探秘”，通过像素画的小游戏引入课堂，让学生体会计算机使用“0”和“1”对简单图像进行编码的基本思路和方法。

2.第二单元——人工智能编程

本单元共由六课时组成，分为三个小主题。第一个小主题是探秘语音识别。第一课时在使用识别语音交互套件主要模块，实现语音识别的过程中体会语音识别的基本原理;第二课时使用语音识别模块，通过软件编程和硬件连接，制作出实现校园小导游。第二个小主题是探秘图像识别。第一课时通过使用腾讯AI平台，让学生通过对比一个人在年幼时和青年时的照片，找到失散亲人。感受人脸识别的基本原理;第二课时通过图形化编程软件搭建命令，并使用智能硬件搭建小车，实现自动追球的效果。第三个小主题是探秘机器学习。第一课时使用“ML”机器学习教学平台，让学生机器学习技术解决问题的全过程，实现计算机不仅能识别准确命令，还能通过训练识别模糊命令的效果;第二课时使用“ML”机器学习教学平台，通过建立新的训练模型，实现更为智能的语言理解效果。

3.第三单元——智慧点亮校园

本单元共由五课时组成，在设计时充分借鉴了STEM教育理念，以项目学习的方式开展。让学生在不断地发现问题——解决问题——发现新问题——解决新问题这样循环往复的过程中，提升综合素质。第一课时对校园的灯光进行调查，找出问题，形成初步的智能化解决方案。第二课时根据不同的校园区域，设计不同的智能灯光程序，实现根据光线或声音自动开关灯、根据用户语音开关灯等技术效果。第三课时利用开源硬件，进行场景搭建，模拟智能灯光的实现场景，实现创意物化。第四课时观看大量未来学校的视频，使用思维导图工具，基于语音识别技术、图像识别技术，进一步规划未来学校的基本功能。第五课时通过图形化编程软件，利用软件模拟出基于人工智能技术的未来校园效果。

三、对农村小学人工智能课程实施的思考

（一）保障资金投入和师资队伍建设，让人工智能课程成为支持农村学生未来发展的有力翅膀

本课程的设计充分考虑了农村学校的条件和能力，所以所需要的硬件要求并不高。但很明显，如果能够有更多的智能化硬件，可以更好地支持本课程的实施。同时，这门课程的实施客观上需要教师具备较高的综合素质。学校应当建立一支教师梯队，在教师流动性比较大的现实条件下，保障这门课程的师资，才能确保这门课程能够真正落地。

（二）深入推进课程的顶层设计，制定更加明确的标准，让教师的教学能够有标可依

目前，信息技术学科仍然没有义务教育阶段的课程标准。国家虽然出台文件，要在中小学进行人工智能课程实践，但是缺乏顶层设计，则让课程的实施处在尴尬的境地。对课程的实施者来说，要加强对高中新课标的学习，进一步对顶层设计进行优化，从而保障本课程的落地实践更加有实效。

（三）积极和第三方合作，利用外部力量，支持课程实施

目前百度、讯飞等大公司都将关注点投向了人工智能教育，很多公司还开发了成系统的配套资源。和这些成熟的公司合作，可以让课程的实施事半功倍。学校可以和这些外部力量合作，共同深度开发基于人工智能的教育技术平台，从而实现互联网+人工智能+教育的深度结合。

参考文献：

[1]韩克.高中信息技术课程中的人工智能教学[J].中国校外教育，2019，（29）：168+165.

[2]郑书乐.高中阶段实施人工智能教育的思考[J].学周刊，2019，（28）：184.

本研究属于北京市教育学会创造教育研究会十三五滚动规划课题：“在小学高年级学科实践活动中培养创造力的研究”的研究成果，项目编号：BJCZ-G-2017091。