小学信息技术课程渗透人工智能教育的探索与实施

焦振洲 于晓雅

【摘 要】人工智能教育势在必行，对小学生而言，在启蒙课程中，将人工智能按照核心概念或者模块进行划分，以渗透的方式融合进“知识、技能、思维、视野”的实施途径，有利于在感性的课程中理解人工智能的技术和伦理。本文尝试在汉字输入课程中，渗透人机交互的概念，通过智能输入引导小学生对人工智能的认识和思考。

【关键词】人工智能课程;小学信息技术

【中图分类号】G434  【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2021）05-049-03

小学阶段的人工智能教育在课标、课程、师资等方面都有所欠缺，短板非常明显。小学阶段开展人工智能教学，要解决“讲什么？标准是什么？怎么讲？”等问题。是否可以将人工智能与现有小学信息技术学科课程相渗透，在小学阶段走一条培养学生核心素养、帮助学生建立信息技术学科大概念的道路呢？

通过理论与文献确定研究思路

对“人工智能教育与小学课程相结合的问题”进行文献研究，梳理出研究的理论依据和研究现状，为后续研究确定思路。

（1）理论依据。根据皮亚杰认知发展理论，小学阶段属于具体运算阶段，小学生的思维特点是具有守恒性、自我中心性和可逆性，该时期心理操作着眼于抽象概念、运算性（逻辑性），但思维活动需要具体内容的支持。简而言之，学生可以进行思维活动，但是需要具体内容进行支撑，纯符号、纯理论的学习困难。

（2）研究现状。通过“知网”进行文献研究，发现人工智能及其教育呈现出如下特点：学科高度交叉，综合性强;前沿技术变化快，日新月异;理解现象容易，系统学习难;激发兴趣容易，深入探究难;尝试体验容易，评价技术影响难。

（3）研究思路。一是立足现有课程。在地方性（或者校本性）信息技术教材的基础上，从“知识、技能、思维、视野”四个方面构建现有课程与人工智能教育的联系，扩展延伸人工智能前沿知识与内容，从而实现现有信息技术课程渗透人工智能教育的目的。这里的“知识”是指计算机和人工智能的基础知识;“技能”是指计算机和人工智能应用的基本技能;“思维”是指利用计算机和人工智能解决实际问题的思维;“视野”是指计算机和人工智能的前沿视野与未来视野。

二是整合课程内容。对扩展以后的信息技术课程和人工智能教育进行整合处理，整合方法是把具有“内容相近、工具性明显、实践性强”三大特点的教学内容，以项目制学习的形式整合到一起。如可以把有关Word的信息技术课程内容完全融合到项目制学习中，变成编写项目计划、设计项目工具、撰写项目报告等实际工作，使Word成为项目制学习中的一种工具，进而成为学生的信息意识、数字化学习和创新能力。

三是以高中课标为引领，设计项目制学习。项目制学习的设计思路是通过学习知识、体验技能、训练思维、开阔视野和实践活动等五个环节，使小学生保持对人工智能的兴趣，建立信息技术学科核心概念，培养学生核心素养。设计项目时还要结合本地区或者学校的学情和条件，将普通高中课标作为引领，确定正确的培养方向和设计恰当的知识难度。

“输入与人工智能”教学设计

1.教学内容

依托北京版信息技术教材第一册第二单元“输入小能手”單元，以“键盘输入”技能为起点，拓展“手写输入、语音输入、文字识别、图形识别、指纹识别、人脸识别”等人工智能输入体验，补充“马斯克脑机接口”等前沿知识，开阔学生视野，最后引导学生开展“未来物品设计”的实践活动。教学内容参考了普通高中“选择性必修模块4：人工智能初步”的知识，实践活动方面可以整合绘图软件或者图形处理软件的学习，如北京版信息技术教材第三册第一单元“图形图像处理”或者第一册第三单元“计算机小画家”。

2.课例整体设计

采用项目式学习，共分三个阶段。

（1）第一阶段，通过“键盘输入”和“人工智能输入”之间强烈的“认知冲突”让学生反思键盘输入与人工智能输入之间的关系，需要1个课时。

设计意图：提高学生对人工智能的兴趣，初步理解人工智能对信息技术发展的意义，促进学生积极关注人工智能的发展，主动探索人工智能的新产品、发展人工智能的新想法，此目的属于信息意识的范畴;通过人工智能输入体验、马斯克脑机接口技术的讨论让学生体会信息社会责任，帮助学生初步感受人工智能技术，树立人工智能观念。

（2）第二阶段，以任务驱动、问题导向为策略，开展“未来物品设计”实践活动，共需要3个课时。

畅想科幻物品（1课时）。围绕“人机接口和产生的神奇效果”，组织学生大胆想象一个科幻物品，用语言将自己的想法告诉所有同学，隐含任务“选择恰当的输入方式记录自己的想法和讨论过程，为进一步设计物品做准备”。

设计意图：通过实际学习过程体验现有人工智能输入方法，锻炼数字化学习能力，畅想未来物品的“人机接口”形式，提升学生对于人工智能的兴趣;培养学生有意识地根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息的信息意识;通过实际应用，让学生了解人工智能的新发展、新应用，并运用在学习和生活中，培养学生数字化学习与创新素养。

设计科幻物品（2课时）。依据上一课时的学习成果，按照一定的规范，绘制科幻物品的设计图纸。

设计意图：将自己的想法转化成实际成果，体验应用信息技术进行创作的过程，同时整理设计思路，体会扫描仪、鼠标作图、手绘板、打印机等输入输出方式。

（3）第三阶段，“我眼中的未来——科幻物品设计展”，需要2课时。

“输入与人工智能”第一课时教学实践

（1）理论依据：根据奥苏贝尔“有意义学习”理论，遵循“输入”与“人机交互”之间实质性的联系，完成学生原有认知结构中“输入”概念的同化过程，使之形成“人机交互”的概念，实现提升学生人工智能兴趣，持续培养学生信息意识、数字化学习与创新两项素养，初步塑造学生信息系统、信息社会两个大概念的教学目标。

（2）学情分析：授课年级为小学六年级。这一阶段的学生经过多年的信息技术学科学习，已经具备了一定的计算机操作基础，对于“输入、输入设备”等基本概念已经掌握，并在生活中对于“语音输入、图形图像识别、自动翻译、人脸识别”等人工智能应用有了一定的体验和认识，且具有一定的判断能力和信息技术创造能力。但并未形成真正的能力和素养，都需要引导和训练。

（3）教学目标：通过体验可以对“键盘输入”与“手写输入、语音输入、文字识别、图形识别、传感器输入、马斯克脑机接口输入”进行对比与评价，对“输入”的发展建立一定的认识;能够举例说出“输入”的概念、区分常见的“输入”与“输出”;能够用自己的语言说出“人机交互”对于人工智能的作用;对人工智能充满兴趣，发挥自己的想象力进行“科幻物品设计”，思考未来信息技术的发展趋势、畅想未来社会的信息化特征，在创作的过程中能够发挥自己的所学，自觉、自主地选取技术工具完成任务。教学重点是现有人工智能输入方式的体验以及学生的评价。教学难点是在理解“人机交互”作用的前提下进行“科幻物品设计”。

（4）教学环境：计算机网络教室;带有图像识别、文字识别、自动翻译等功能的智能终端。

（5）教学过程：组织学生进行录入考核，录入内容“50字英文+50字中文”，3分钟完成为合格，对比键盘、语音和手写输入速度。

设计意图：根據学生能力设置较难完成的任务，为后续引发学生的认知冲突做好铺垫。

教师盲目的评价“输入快的学生家里一定有键盘，日常总用键盘”引发讨论和认知冲突。从而引出日常的手写输入、语音输入、扫码等。组织学生通过手机体验手写输入、语音输入、文字识别、自动翻译、图像识别、人脸识别等。

以问题链的形式组织学生讨论理解概念：举例说明什么是输入，判断“显示器、打印机、手机屏幕文字显示是否是输入”;举例介绍你最喜欢哪种输入方式，为什么;举例判断“键盘输入过时了，应该淘汰;猜一猜最先进的输入是什么”。以此引出前沿的科技内容。

教师将相关新技术资料介绍给学生，讲解该技术应用的好处，提问学生对于该项技术的看法，和学生一起分析该项技术的隐患，最终提出“我们学习人工智能、开发人工智能的目的是什么”。引导学生的价值方向为：研究和开发人工智能是为了更好地解决人类遇到的问题;我们学习人工智能是为了以后更好地开发、掌握、控制人工智能，更好地让它为人类服务。布置“未来物品设计”实践活动。

本课例是从“知识、技能、思维、视野”等方面开展小学人工智能教育的典型实例，是普通高中信息技术课标引领下信息技术学科素养在小学阶段实施的一种尝试。本课例具有普遍适用性，教学内容能在大部分小学开展，且做到了人工智能与小学信息技术课程的结合。

基金项目：本文系中国教育学会教育科研课题“中小学人工智能教学活动设计和实施课例研究”（课题编号：201900302301A）阶段性研究成果

参考文献

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作者单位：北京市昌平区马池口中心小学  北京教育学院