渗透人工智能教育 有效激发学生创新意识

杨慧成

当前，在中小学开展人工智能教育的主要形式是运用编程，使开源硬件能够智能地执行一些任务。因此，在中小学开展人工智能教育的主要目标是让学生掌握人工智能的最基本思想，同时培养学生动手能力、创新能力，以及团队合作解决问题的能力等。目前人工智能教育已经在小学信息技术课堂尝试实施。本文对笔者多年来在小学信息技术课堂上实施人工智能教育教学中遇到的问题和人工智能教育方法进行分析，希望以此推动基础教育阶段人工智能教育更好地发展。

一、人工智能教育的意义

近年来，人工智能技术的高速发展，给我们的生活带来了很多便利。为了建设创新型国家和世界科技强国，国务院于2017年7月8日印发了《新一代人工智能发展规划》。在这一背景下，人工智能教育走进中小学课堂就显得十分必要了。小学信息技术教学实施人工智能教育，可以让学生真正成为课堂学习的主人，培养学生的发散性思维，更好地探究信息技术知识，逐渐领略到人工智能的重要性与意义，同时可以培养学生的创新思维与创造力，从而为学生的今后学习与未来发展奠定基础。

二、人工智能教育融入信息技术课堂面临的问题

由于人工智能教育融入小学信息技术教学的时间比较短，在信息技术课堂上实施人工智能教育没有经验可以借鉴，只能一边实施一边改进，所以在实施人工智能教育的过程中，将会遇到很多困惑。

（一）缺少教学设备

随着近年来在信息技术课堂上出现了人工智能的教育内容，以及各级教育部门组织的各类以机器人、创客竞赛的推波助澜，市场上已经出现了种类繁多的人工智能教学开源硬件组装包和人工智能开源机器人等人工智能设备。但这些硬件都有这些问题：首先，人工智能教育硬件价格一般都比较昂贵，一个教学班级配置少则几万，多则十多万甚至几十万。如果全面普及人工智能教育将会给各级财政带来很大压力，所以目前大部分学校都是开展小组教学，也就是多人一组共享一套设备开展班级教学。还有部分学校由于财力有限，仅购买几套设备用于开展基于兴趣班、校队的教学活动，而非普及性教学。其次，开源人工智能设备属于比较精密的教学设备，只要有一个模块，甚至一个接口坏了就无法工作，所以在教育教学中极易损坏。通过笔者几年来的教学实践统计，如果在班级进行普及性的人工智能教学，每学期封装以及质量比较好的人工智能设备的损坏率达15%，部分设备折损率甚至50%以上，而且由于电子元件的原因，设备的稳定性也比较差。还有，市场上虽然有很多开源人工智能硬件，功能也比较相近，但由于没有统一的技术标准，这些开源人工智能硬件都互不兼容。

（二）缺少硬件支持

近年来，我国有很多地区的中小学都在信息技术课程中安排了人工智能教育内容，但没有统一配置相应的硬件支撑，且由于经费的原因很少有学校能够根据课程配齐配足对应的硬件设备。如果在教学中没有对应的硬件的支撑，那么在课堂教学中实施人工智能教育的效果和目标就不可能达到。笔者所在学校根据教材的内容和教学的需要购置了一批人工智能教学设备，为了更好地发挥这些设备的作用，笔者根据几年的教学实践，组织信息教师基于省编教材，进行了二次开发，编写了《智能互联及开源智能机器人》校本教材并在小学高年级的信息技术课堂上实施教育教学，尽可能挖掘这些硬件资源，发挥它们的最大效用，这可能也是我们当前解决硬件问题的方法之一。

（三）缺少师资

由于人工智能教育在中小学刚刚兴起，很少有学校能够配备专业人工智能课程教师，因此很多地方将中小学人工智能课程融入信息技术课程，但缺少专业培训。可以说，当前所有教师在人工智能教育领域都是新手上任，采用边学、边教、边研的方法来提升信息技术教师的人工智能教育能力。笔者所在学校在实施人工智能教育过程中为了提升教师教育教学水平，通过走出去、请进来的方式，借助人工智能专业领域的专家力量、技術支持，努力提高信息技术教师人工智能课程教育教学质量。同时为了进一步巩固人工智能的教学成果，笔者特地主持了一项课题——“人工智能在小学信息技术课堂上的探索与实践”，参与人员为全体信息技术教师，将教学过程中搜集到的数据、资料进行分析，通过课题引领，不断完善人工智能在小学信息技术课堂上教育模式。同时，通过几年的探索与实践，教师在信息技术课堂上实施人工智能教育的能力水平有了很大提升。

（四）缺乏评价标准

虽然绝大部分地区的人工智能教育都是在小学信息技术课堂中实施的，能够在很大程度上依据信息技术学科的教学标准进行评价，但是人工智能教育还有其独特性，所以我们在实施人工智能教育时，需要依据人工智能的特性对教学效果进行合理评价。任何学科的教学内容都需要对教学过程进行相应的评价，并根据评价的结果去掌握教与学的情况。人工智能教育同样需要进行有效的评价。教师要根据人工智能课程内容加强教学效果的评价，同时确保评价过程的科学性与准确性，并以此了解学生的学习情况，从而进一步改进课堂，构建高质量、高效率的基于信息技术课堂人工智能教育。但由于人工智能教育内容除了具有信息技术特性之外，还有别于一般的信息技术教育内容，评价更应该多元开放，其创新性、科学性、发展性等功能的综合评价应该得到加强，这样可以进一步增强学生的创造能力。笔者所在学校基于多年来开展人工智能教育的实践，制订了一套“基于信息技术课堂的人工智能教育”评价指标体系（如下表）。

（五）缺少教学资源

优质的教学资源是开展高效教学的重要支撑。由于人工智能教育是近几年才出现的，教学内容比较新鲜，在实施人工智能教育的过程中，往往缺少有效教学资源支撑，因此我们在平时教学中要有意识地做好资源的搜集整理。要将教育教学过程的教案、课件、优秀教学案例和教育小故事等分类整理;在教学过程中要加强教学资源的整合、积累和共享。教师在实施人工智能教育要不断优化教学设计，要基于学生的认知能力科学地为学生选择学习的主题，并围绕主题提供相应的软硬件教学资源，以此激发学生在信息技术课堂学习人工智能的兴趣与动力，促使学生更加积极主动地参与人工智能教育，进行有效性的学习。笔者所在学校为了做好优秀教学资源的搜集整理，我们分教案、课件、主题、教学小故事、竞赛案例五个类别进行资源的搜集整理，并将各类资源分为1级资源、2级资源和3级资源。1级资源是非常优秀的教学资源，可以作为教师本人和其他教师在后续的教学中继续实施教学的资源;2级资源是相对较好的教学资源，可以作为教师本人和其他教师在后续的教学中进行参考的教学资源;3级资源是教师搜集的一般资源，在教育实践中具有一定的参考意义。经过几年的搜集和整理，笔者所在学校已经搜集了24个1级教案、27个1级课件、6个1级教学主题、3个1级教学小故事和8个竞赛案例，其他2级和3级教学资源若干，为后续的教学提供了重要支撑。

三、人工智能教育融入信息技术课堂的方法

（一）创设符合学生特性的教育情境

小学生具有较强的好奇心，对新事物具有较强的接受能力，同时充满了无限的想象力。在小学信息技术课堂中实施人工智能教育，可以有效地培养学生的创造力。但小学生由于知识储备等原因，对复杂事物的抽象思维能力比较欠缺。因此，信息技术教师应根据具体的人工智能教学内容，创设比较适合小学生的人工智能教育情境，以此来激活学生的创新思维，激励学生主動地去学习，引导学生利用信息技术知识去完成情境中的人工智能教育知识学习，展开自主探究，进而优化学生自身的知识结构，帮助学生逐渐构建完整的基于信息技术人工智能教育知识体系。因此，教师需要尝试将人工智能与一些生活情境有效结合，激发学生的创新兴趣与动力，保持学生的好奇心，进而培养学生的创新能力。

（二）组织分工明确的合作学习

由于人工智能教育所运用的设备比较昂贵，很难做到人手一套，而且人工智能教育的内容也比较难，所以在信息技术课堂上开展人工智能教育一般都是以小组为单位进行合作学习，以此来降低学生学习的难度，减少器材的数量，并且提高学生的课堂学习效率。但在小组学习中，我们也要避免小组中出现“有人一手操办到底，有人旁观沉默不出力”的现象。因此，教师要为学生营造一种民主、和谐的课堂氛围，根据具体的教学内容为小组每个学生安排合作学习任务，引导小组学生全面参与，在合作中产生思维的碰撞，激活所有学生的创造性思维。

笔者在信息技术课堂上开展人工智能教育，就采取小组合作探究的高效教学模式。每组3人，设一小组长，并给每个组员编号：1号队员、2号队员、3号队员。在教学中，先布置任务，让每个学生围绕学习任务展开探究、讨论，并在小组内部交流，从而帮助他们更加全面地掌握本节课的知识点;接着笔者根据编号给每个小组的队员布置任务，确保人人有任务，人人都参与;最后各个小组进行作品展示与点评，在展示过程中，我们要讲述哪些是1号队员完成的任务、哪些是2号队员完成的任务、哪些是3号队员完成的任务。通过作品展示，教师能够了解小组内每个学生的学习参与情况。我们这一教学模式，在多次的教学研讨中，得到了教育同行的高度评价。

（三）推行项目式教育模式

由于人工智能教育是伴随着学生完成一个个项目而完成的，因此我们在人工智能教育中，要推行项目式教学模式。随着技术的发展，我们身边有很多人工智能应用案例。教师想要真正落实人工智能教育，就要有针对性地为学生梳理生活中的人工智能案例，让学生有创意地模仿生活中的案例来完成这个项目。在教学中，教师可以先为学生展示生活中的人工智能应用案例，引导学生去研究这些产品的内容、结构与制作思路等，不断丰富学生的知识储备与创新思路，并且鼓励学生在模仿过程中实现创新。

比如，笔者实施人工智能教育时，每节课通过一个小项目来完成教学。课前先给学生展示一个产品或一段视频，然后让学生分析这里应用了哪些人工智能的元素，思考自己还有什么创新，最后再让学生去创作完成这个项目。通过一个个项目的模仿和进一步的创新，学生的人工智能素养得到了有效提升。

在小学信息技术课堂中实施人工智能教育，可以培养学生的信息素养和计算思维能力，同时能够不断激发学生的创新意识和学习兴趣，确保学生的创造力得到有效的激活，信息技术能力水平得到进一步提高。