村小学开展人工智能教育教学实践研究

1、农村小学开展人工智能教育教学实践研究 摘要：本课题主要研究在如何在农村小学开展人工智能教育教学课程。本课 题从分析乡村人工智能教育教学现状入手，研究开展人工智能提高学生核心 素养的必要性，并提出了在农村小学开展人工智能教育教学切实可行的措施， 通过人工智能教育教学在乡村小学课程的开展提升农村小学学生信息学科 综合素养。关键词：农村小学 教学 人工智能一、农村小学人工智能教育教学现状(一)农村信息教师对于人工智能教学理念的理解滞后，理解流于表面。教育部 2018 年 1 月颁发了普通高中信息技术课程标准，其中以学校课程方式进行的学生人工智能培养可以划为三个层面：体验层面的认识人工智能、初步理解人

2、工智能实现的简单原理和基本过程、能够简单实现人工智能的基础应用。我们可以发现，在中小学阶段的人工智能课程标准里，培养计算思维。小学阶段人工智能教育教学要以计算思维培养为重点，以感知和体验人工智能为辅助。农村信息教师认为人工智能教学对于小学的学生理解有困难，在小学进行人工智能教育还为时过早，而且没有资金购买成百上千的器材，所以没有条件进行人工智能教育教学。（二）人工智能教育课程和资源在乡村科学教学中如空中楼阁，不接地气目前农村人工智能教育资源不够丰富，现有的教学资源也比较单一，多停留在 3D 打印、开源硬件等“高大上”的领域，对于乡村人工智能教学来讲， 缺少易操作、易推广、能解决实际问题的“接地

3、气”的教学资源。二、农村小学开展人工智能教育教学的必要性（一）人工智能教育从娃娃抓起，推助国民科学创新素质人工智能是改变人类未来生活方式的重要手段，是未来颠覆人类发展生活的大方向。对国内中小学教育，人工智能和教育相结合势在必行，让人工智能融入中小学课堂，推助国民科学创新素质，为国家的人工智能发展培育种子力量，这是我们每一位教育工作者应担起的社会责任。(二) 开展中小学人工智能技术与是适应智能社会的学习、生活与工作环境的需要从 2017 年起，伴随互联网和大数据信息技术的社会普及，“人工智能+ 教育”已成为当前国内教育领域的前端热门话题。中小学生将首先面临智能社会的巨大挑战，人工智能作为影响社会

4、方方面面的颠覆性技术，会对学生的生活与学习产生重大影响，学生在居家生活、参观旅游、娱乐交际等社会活动中，随时处于人工智能系统与产品的环境中。使中小学能够正确认识、对待与使用人工智能技术与产品，显得十分迫切。三、农村小学开展人工智能教育教学的具体实践(一)删繁就简，把握重点，以培养学生计算思维作为培养学生人工智能教育的切入点什么是计算思维？谷歌将计算性思维概括成分解、模式识别、抽象和算法开发四大类型。我们可以把它很通俗地概况为：生活和计算机中通用的思维模式。譬如 C 网站就有很多不插电的计算思维培养课程，我们利用这个课程可能进行计算思维的培养，不但不用高大上的器材，而且连电不用，而

5、且省钱。培养计算思维 不插电通过这些课程，学生在轻松拖拉和完成游戏的过程中，明白了计算思维是什么，知道了计算机如何把人们解决问题的方法转化成计算思维的，从而培养了学生的计算思维。我给小学生讲 scratch 时，第一个例子总喜欢用“听话的小甲虫”。按下不同的方向键，小甲虫会在舞台上朝相应的方向移动。在这个例子中，我们应该把教学的重点仅仅放在介绍模块的功能上吗？不。这虽然是一个极其简单的有趣小程序，但是如果仔细思考，可以传递的理念就多了。我们把这个例子拆解开来会发现：按键事件 面向并移动 得到甲虫爬的结果这正好是一个输入、处理、输出（执行） 的计算机工作的基本模型有了这个基本模型，我们可以鼓励学

6、生按照模块分类进行自由替换，（scratch 很贴心，使用颜色和形状来区分模块功能的。）鼓励学生探索并理解功能使用，一节课，模块功能学习就 OK 了，替换、排列组合，程序会呈现各种各样的样式，学生们在这种探索中乐此不疲。我们继续小甲虫例子：两个程序块，一个负责控制运动，一个负责控制造型，各干各的模块化&并行的概念模块化对应计算思维中的分解。更改方向角度或移动步数，观察小甲虫运动的变化情况这是参数、程序调试、数据的概念。小甲虫按一下走一次，太懒了。每次按键，小甲虫做的事情都是一样的，有没有办法让它自己走？引入重复，循环概念。 循环，是自动化的基础。小甲虫撞了南墙不回头，它为什么这么傻？它能聪明点

7、吗？在这里引出检测、条件判断。当小甲虫用上了判断的时候，我们发现它聪明 了。 逻辑判断，是智能的基础。在教学过程中通过对这些基本概念、原理潜移默化地不断渗透和强化， 学生可以比较容易地对这些基本方法进行迁移。(二)基于 scratch3.0 的 kittenblock 人工智能系列课程拿小学阶段常见的图形化编程来说，现有的共享课程资源数不胜数、种类繁多，像网易卡搭、DF、makeblock、小喵科技、树上科技、编程猫等等有社会责任感的平台都提供了非常多的免费共享课程。对于我个人来说， 这些课程提供了很好的框架，在实施的过程中我可以结合生成性内容配合深入的教学反思，逐步完善、形成具有个人教学风格

8、、符合实际条件的课程。既不用花大力气开发，又能接地气。最近，我和学生共同尝试了基于 scratch3.0 的 kittenblock 这个软件的一套人工智能案例。人工智能案例目录：从文字朗读、语音识别、视觉识别到翻译系统、专家系统，甚至是目前大热的机器学习 Tensorflow，都提供了可操作的应用案例。那么这样一套案例完成下来，人工智能教学小学部分的任务就完成了（感知与体验），甚至还拓展到了初中的任务（理解如何实现）。在接触之前，我们会思考这些高精尖内容适合小学生吗？他们能消化吗？是不是太难了？开发者说，他们通过自身积累的技术，将人工智能降低门槛了。Kitten 对 AI 的支持情况：通过添加扩展，接入相应人工智能功能。学生通过通过小喵 kittenblock 扩展中提供的文字朗读、语音识别、机器翻译、视觉侦测、人脸识别、机器学习等人工智能课程初步对人工智能有了感知，激发了学生的学习和兴趣，教师在这个过程中只是起到了引路的作用，激发了学生探究学习的乐趣和动力，教给了学生学习的方法。在计算机科学领域，我们大约每隔 5 年就接受新的技术和新的思维模式，因为新技术以这种速度被发明出来，使得我们之前使用的技术变得过