基于人工智能的少儿科创精神的培养

董静敏

摘要：人工智能的迅速发展将深刻改变人类社会生活、改变世界。在义务教育阶段开展小学人工智能课程，对于未来人工智能发展具有重要意义。文中主要探讨将人工智能作为辅助小学科学技术与工程领域教学的一种技术手段，用于课堂教学之后的拓展学习的模式，供同行参考借鉴。

关键词：人工智能;小学科学;技术与工程

1人工智能教育与科学教学

国务院于2017年印发了《新一代人工智能发展规划》，其中提到：人工智能的迅速发展将深刻改变人类社会、改变世界……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。在义务教育阶段，开展小学人工智能课程对于未来人工智能发展具有重要意义。人工智能是一种发现、研究、模拟与拓展人类的智能理论和相关策略并展开实践应用的技术。当前，人工智能在义务教育阶段中的教学应用主要有两个方向：一是专门开设的人工智能课程;二是将人工智能作为技术手段辅助学科教学。两种方式的教学模式和应用指向均存在较大差异。关于前者，业界已逐渐形成一系列课程资源或较为成熟的教学案例，但有关人工智能辅助学科教学的探索则较为鲜见。因此，本文主要探讨将人工智能作为辅助学科教学的一种技术手段，用于科学课堂教学之后的拓展学习的可行性与价值，供同行参考借鉴。从育人价值上看，人工智能教育与小学科学技术与工程领域教育颇有相同之处：二者均强调动手实践，注重对某项技术的掌握并以此提升学生分析问题、解决问题的能力。这意味着二者在教学中具有广阔的融合应用前景。

2人工智能在小学信息技术课堂教学中的应用

2.1平台助力

市面上有很多的编程公司都开发了人工智能编程相关课程，比如，“编程星空”的人工智能模块里就有视觉识别、面部识别、姿势识别、语音识别、曲线拟合和数字识别;“编程猫”中也有分类AI、GameAI、认知AI和AR等人工智能模块。小学信息技术课完全可以借助这些平台，结合学校、学生情况设计一些有趣的人工智能编程课程，带领学生边玩边学。例如，上学期在河南省远程互动教研的课例中任老师的一节人工智能教研课———人体姿势识别，借助摄像头，使用了“编程星空”的人工智能“姿势识别”模块。课程伊始，教师通过“连连看”的场景创设，激发学生的兴趣，然后利用人机互动，编写人工智能程序，让鲨鱼跟着人的鼻子游动，让学生体验程序编写与执行的过程。课堂氛围活跃，杜老师在问答中不断启发学生的思维，引导学生解决问题，使学生充分参与其中。

2.2创设情境

小学生学习人工智能，并不是让他们去研究那些抽象难懂的概念，也不是让他们编写出一系列人工智能程序，而是让他们从小有人工智能的意识，培养相关的思维，有兴趣，会运用，愿意探索，在他们的心中埋下人工智能的种子。教师在教学时不应直接给学生讲解人工智能的概念和原理，这样会降低学生的積极性，会让他们对人工智能学习产生抵触心理。教师要把学生不明白的概念转换成他们能理解的语言，把看似遥不可及的人工智能，用他们熟悉的方式呈现出来。教师要灵活运用人工智能技术和设备，创设相关情境，激发学生的兴趣，使他们主动参与课堂教学。例如，上学期在信息技术研讨课中黄老师开展一节人工智能教研课———语音识别，黄老师为了创设情境，特意购买了一个智能音箱，课程一开始就创设了互动小游戏，还设计了一系列的人机互动环节，学生兴奋不已，获得了很好的教学效果。如在讲到人脸识别时，黄老师在课堂上演示了手机解锁、人脸支付。小学阶段是培养学生计算思维的关键阶段，所以教师一定要多花心思创设情境，让他们去感受，产生直观的体验。

2.3搭建编程，自主探究

建构主义认为，学生的学习应当是主动建构的过程。实践的过程可以将学生学习的零碎的知识关联起来，转变成一个运用综合知识探究的过程。在实践中，教师需调动学生的已有认知，将投石器的设计转化成实物并实现其功能。同时，学生也需要在尝试中将所学知识不断深化重组，这对培养他们的学习能力、运用知识和工具解决问题的能力有良好的促进作用。在“制作投石器”中，各小组绘制投石器结构图并结合图纸选择适合的材料进行搭建。搭建完成后，教师引导小组进行组间交流改进。搭建的过程中的主要问题聚焦如下：投石器力臂长短、投射物放置位置、投石器结构稳定性等。调整完成后安装舵机，将人力投石器改造为智能投石器。下一步，小组分析投石器工作时的各个动作并进行拆分，将拆分后的单个动作转化为执行语句进行编程，最后执行命令。实践中，学生不断试错，通过程序数值调整找到适合的舵机转速，使舵机产生的动力恰好让抛出的石头投中目标。

2.4拓展迁移，深化学习

内容上的适度拓展迁移不仅可以巩固学生的已有知识，也意味着思维的无限延伸。在问题的解决过程中，引导学生对该类问题进行归类处理而后进行良好的迁移，有利于学生将所学知识进行再次提炼升华，实现知识转化，深化学习的目的。在“制作投石器”中，完成投射目标后，教师进一步追问：如果要投射得更远可以怎么做？投射目标变近又该如何改进？引导学生继续尝试，通过不断地调试（更改程序中的舵机转速或者是力臂长短）达到投射不同的目标对象。随后任务再升级：如何让投石器更智能化？引导学生从自动定位投射目标等方向思考，通过添加红外传感器、声控传感器等完善自己的投石器。

2.5交流展示

根据课堂预留时间，教师挑选代表性作品进行展示交流。在分享环节当中，教师积极鼓励学生上台交流，呈现作品以及针对作品讲解思路。在整个交流环节中，学生活跃地发言带动课堂氛围。通过生生评价、师生评价，学生在交流中发现了在编程过程中遇到的难题，巩固了本节课的知识点，并在自我反思中提出对作品进行改进的建议与拓展的思路。与此同时，教师针对学生在编程中存在的问题进行整理和知识点归纳、讲解。部分学生还能提前将其他命令加入本节课的制作中，如循环、颜色等，为下节课的开展做了铺垫准备。

结语

综上所述，人工智能走进小学信息技术课堂，重点培养学生的思维意识和编程能力，也是为以后学习计算机技术打下基础。教师运用人工智能工具，可以有效提高课程教学的质量和效率，使教师从重复的机械劳动中脱身，多些时间做研究，多做教学上的创新。总之，人工智能赋能教育，未来可期。

参考文献：

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