人工智能教育探思

梁远海

〔摘    要〕  本文从作者对小学人工智能教育的理解和教学实施出发，探讨了五个方面内容：人工智能教育的概念；小学人工智能教育的意义；小学人工智能教育的内容；小学人工智能教育可以怎么开展；人工智能教育要教给学生什么。

〔关键词〕  人工智能；教育；探思

〔中图分类号〕  G424               〔文献标识码〕  A        〔文章编号〕  1674-6317  （2023）  15-0016-03

一、人工智能教育的概念

从概念上说，人工智能是一种让机器能够像人一样聪明灵活和精准感知，或者比人做得更好的技术。因此，凡是有助于机器的人工智能水平提高的技术都可归纳为人工智能技术。

人工智能技术的发展已有六十七年，也经历了好几代，而且是一种仍在不断发展的技术。当前比较热门的人工智能技术是神经网络、深度学习、机器学习、大数据分析等，并在语音识别、图像识别和广告精准投放等方面已经得到了有效的应用。尤其是在最新的ChatGPT、文心一言给人类社会带来前所未有的震撼的当下，人类社会开启人工智能时代已成为共识。

人工智能技術以编程技术为基础。因此我们学习和认识人工智能教育，也必须以编程教育为基础和载体。

二、小学人工智能教育的意义

小学人工智能教育的意义在于，让学生了解人工智能的基本概念和原理，培养学生的创新性思维和解决问题的能力，同时也可以为学生的未来发展打下基础。

社会发展和科技进步，使过去只能为少数学生接触到的人工智能教育，正在成为全体学生都要了解和参与的必修课程。这是一个我们必须正视的发展趋势。

2018年，教育部发布了《教育信息化2.0行动计划》，提出了“加强学生信息素养培育”“完善课程方案和课程标准，充实适应信息时代、智能时代发展需要的人工智能和编程课程内容”等要求。

2022年，教育部发布了《义务教育信息科技课程标准》，提出了四个核心素养要求，其中的两个核心素养“计算思维”和“数字化学习与创新”就将人工智能教育蕴涵于其中，课标中的六大课程结构逻辑主线“数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能”更是把人工智能教育直接包含于其中。

随着人工智能技术的不断发展，小学人工智能教育将成为一种必要的教育内容。在人工智能时代浪潮下，我们有责任让下一代学生接受基本的人工智能教育，以有利于他们更好地适应未来社会发展的需求。

三、小学人工智能教育的内容

小学人工智能教育的内容应当以《义务教育信息科技课程标准》为指导，根据本地或本校的各方面条件开发地方课程或校本课程，总体上大致包括以下几个专题内容。

1.人工智能的基本概念和原理：了解人工智能的基本概念和原理，包括人工智能底层技术（如机器学习、深度学习、决策树和神经网络）、现有的人工智能工具（如计算机视觉、分类器、自然语言处理）以及人工智能应用程序。

2.人工智能的应用场景：了解人工智能在生活中的应用场景，包括交通运输、安防系统、工业机器人、智能家居等，了解人工智能技术能够提高效率、提升质量、降低成本、改善用户体验。

3.人工智能的编程：学习人工智能的基础算法和编程，以及数据素养。首先学习编程的基本概念、图形化编程以及简单的Python代码编程，让学生了解编程的基础知识，然后通过编写简单的人工智能程序，让学生了解人工智能的工作原理和编程实践。

4.人工智能的伦理与道德：了解人工智能的伦理与社会影响，如人工智能对就业、隐私、安全等方面的影响，了解人工智能的利与弊，培养正确的价值观和社会责任感。

四、小学人工智能教育怎么开展

小学人工智能教育应该是以普及性为主的教育，开展小学人工智能教育应避免陷入“精英”教育的泥潭。在学校普及人工智能知识、体验人工智能应用、学习人工智能技术，能在很大程度上解决教育不公平的问题。同时，要在小学开展人工智能教育，应降低学习和创作的难度与门槛，让教师和学生能够更专注于创意及其实现。

（一）年龄层次

小学人工智能教育，是根据学生的基础认知能力、分年龄层次开展的。

小学1～2年级，属于人工智能教育“初始/启蒙教育”阶段，以无屏编程/实物编程为基础载体，以游戏式体验为主。

小学3～4年级，属于人工智能教育的“基础/预备教育”阶段，可以考虑引入图形化编程为基础载体，以情境化体验为主。

小学5～6年级，属于人工智能教育的“体验/普及教育”阶段，可以在图形化编程或Python代码编程里体验语音识别、图像识别和机器学习的人工智能扩展，做一些相关案例应用，以社会化模拟为主。

（二）教学理念

小学人工智能教育是科普、科教类方向，是让学生开心地去探索各种各样可能性的教育。

小学人工智能教育是不是以将让学生学会制作一些项目作品作为最高目标？答案是否定的。小学人工智能教育的最高目标是通过这些作品的制作，培养学生体会创作的乐趣，乐于和有能力去把自己的想法创意变成作品。

小学人工智能教育应该让学生掌握人工智能领域的重要原理和思想，接触本领域的最新成果，同时也不能急于将过于深奥的算法和模型搬进课堂，因而陷入盲目“求新”的误区。

小学人工智能教育应该从贴近学生日常生活的人工智能应用出发，让学生通过动手+动脑的实践活动，了解人工智能技术的原理和方法，尝试提出新问题、新思路、新办法，达到发展学生的创新意识、提高解决实际问题能力的目标。

（三）课程设计原则

人工智能教学的课堂，不应是常规的、沉闷的，而应是生动的、活泼的、有创造性的。人工智能教学的课堂，一定不要拘泥于常规课的模式，要尽量把它当作活动课来上，最重要的是抓学生的兴趣。

因此，人工智能课程的设计原则：第一，知识点要循序渐进；第二，例子要有趣或好玩；第三，学生学起来难度越小越好。

（四）教学策略

小学人工智能教育的教學策略应该根据学生的年龄和认知水平来制定。具体来说，可以采用以下四种教学策略。

游戏化教学：通过游戏的形式，让学生在愉快轻松的学习氛围中学习人工智能知识，提高学生的学习兴趣与参与度。

个性化教学：根据学生的个性特点和阶段要求，采用不同的教学方法和策略，让每位学生都能够得到有效的教学指导。

跨学科教学：将人工智能教育与其他学科相结合，如将人工智能与数学、科学等学科结合在一起，让学生在学习中获得更多的知识和技能。

任务和项目导向教学：通过任务驱动和项目实践，让学生将所学知识应用到实际中去，培养学生的实践能力和创新性思维。

（五）教学形式

小学人工智能教育的教学形式要因时制宜，因地制宜，因人制宜。

从教学场所来说，初期可以用班级教室、电脑教室，以后有能力也可以新建创客空间/人工智能实验室示范基地，创建学校特色。

从教学对象来说，首先，要面向全体学生开设人工智能课程，让人工智能教育进课堂，让学生都体验到人工智能带来的便利和挑战；其次，可以面向有特长和兴趣的学生，鼓励他们加入兴趣小组或社团，提高教学的广度和深度，为特长明显、兴趣浓厚的学生提供挑战性学习的机会。

总体来说，各校需要根据学校的设备条件和人员情况，制定人工智能课程实施规划，编写人工智能校本课程，探索人工智能教学模式，逐步让越来越多的学生参与到人工智能学习中。

（六）项目平台

必要的基础设施是人工智能课程实施的物质保障，但一所学校往往资源有限、条件不足，可借助免费的人工智能课程项目平台，为学生提供必要的教学支持，保证教学的顺利开展。

目前国内比较知名的基础教育阶段的人工智能课程项目平台有：北京师范大学与腾讯等项目团队依托教育部产学合作协同育人等项目，童心制物旗下的慧编程平台。

（七）典型案例

软件平台如果能结合开源硬件模块，可以制作出更多更有用及有趣的人工智能作品，比如无人驾驶小车、足球机器人等。因此，以开源硬件模块作为有效载体开展人工教育教学，可以进一步实现虚实互动、基于真实世界的学习。

“智能风扇”是一个基于深度学习的小学人工智能教学策略探究的案例，它运用了“主题教学四步法”（主题情境、探究交流、创意拓展、总结延伸），让学生通过搭建和编程智能风扇，了解红外传感器和声音传感器的原理和应用，培养学生的计算思维、创造力和合作能力。

“慧编程人工智能语音控制——小小火箭试验场”也是一个小学信息科技人工智能教学案例，它利用慧编程平台，让学生通过语音控制火箭的起飞、降落和变换颜色，了解语音识别技术的原理和应用，培养学生的动手能力、逻辑思维和表达能力。

五、人工智能教育教给学生什么

（一）从科学的角度认识现实世界

用不插电或电子的方式验证自己想象，在发现问题、解决问题的过程中改进自己的学习方式，最后能解决（抑或是不能）对学生来说都有收获。

我们鼓励学生利用人工智能软件平台及开源硬件模块，体验从创意、设计、制作、编程、测试，到运行这样一个作品创作的完整过程，初步形成以信息科技学科方法观察事物和求解问题的能力，促进计算思维和创新能力发展。

（二）从面向未来的角度认识最新科技发展

马云曾在世界人工智能大会上说，“人工智能的出现必须与教育系统的彻底改革相结合，以使新一代为急剧变化的劳动力市场做好准备”。教育改革可以确保“我们的孩子能找到一份工作，一周只需要三天，一天四小时”。

未来的计算机是千变万化的。未来科技发展趋势，从现在的无人驾驶汽车、智能手机、运动手表、小米音箱、智能马桶盖可见一斑，通过“人工智能+物联网”，“芯片+计算”将无处不在。当这一代的青少年成长起来时，他们必然要栖身于人工智能新技术的发展潮流当中，他们需要的不仅是顺应，更有参与。

（三）从思维创新的角度培养学生的创造力

随着科技的发展，未来越来越需要有创造力的人才。从全球的眼光看，中国的学生公认做题能力一流，但是创造能力、工程设计能力、动手操作能力明显不足，这是因为他们从小就没有接受过这方面的训练，得到过这方面的培养。而创造力要得到更好的开发，只有在学生小的时候就开始培养。

总之，人工智能教育以编程教育为基础载体，但不再是简单的电脑输入、软件操作教学和编程语言练习，而是上升到意识、思维、创新和责任层面，以培养学生的科学素养、信息素养为教学目标。包括人工智能意识、思维、创新和责任在内的科学素养、信息素养，能够让学生在未来拥有以科学方法面对现实问题、综合运用多学科多领域方法解决真实问题的能力，在数字化社会环境中灵活自如地获得工作、生活效率和发展成就。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准[M].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]江波.中小学人工智能课程指南[J].华东师范大学学报（教育科学版），2023（3）：121-134.

[3]王莉莉.基于深度学习的小学人工智能教学策略探究[J].中国现代教育装备，2021（12）：35-36，62.