在信息科技課堂引入人工智能教育

〔摘

要〕

信息科技教育是基礎(chǔ)教育體系的重要一環(huán)，應(yīng)得到充分重視。然而農(nóng)村地區(qū)教育資源有限，教學(xué)設(shè)備落后、師資力量薄弱、教學(xué)理念和方法缺乏創(chuàng)新，導(dǎo)致很多農(nóng)村小學(xué)在信息科技教育方面存在欠缺，信息科技課程中人工智能教育的融入并不理想，嚴(yán)重制約了學(xué)生信息素質(zhì)和創(chuàng)新思維的發(fā)展。因此，加強(qiáng)農(nóng)村小學(xué)信息科技課程改革，探索人工智能教育的有效引入之策，已經(jīng)勢在必行。在新時(shí)期，各行各業(yè)都迫切需要具備良好信息素養(yǎng)和較強(qiáng)創(chuàng)新能力的高素質(zhì)人才，從小開始培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)和創(chuàng)新能力極為必要，信息科技課程則是一個(gè)重要載體。在小學(xué)六年級信息科技課本中，人工智能教育是重中之重。為提高教學(xué)質(zhì)量，必須給學(xué)生提供體驗(yàn)人機(jī)互動(dòng)和機(jī)器人編程的機(jī)會(huì)，激發(fā)學(xué)生對人工智能的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的好習(xí)慣，促使信息科技教育與人工智能教育有機(jī)融合滲透，從而強(qiáng)化學(xué)生對人工智能的理解，全面提高學(xué)生的信息素養(yǎng)和綜合實(shí)踐能力，實(shí)現(xiàn)信息科技教育目標(biāo)。一、信息科技課程與人工智能教育我國信息科技教育在21世紀(jì)發(fā)生了重大革新，對3～6年級的小學(xué)生開設(shè)信息科技課程，向?qū)W生展示信息科技的發(fā)展和應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)應(yīng)用信息科技獲取信息和知識，訓(xùn)練學(xué)生的信息處理、分析和使用能力，有利于信息科技更好地服務(wù)于學(xué)生的成長成才。同時(shí)，人工智能技術(shù)的盛行打開了學(xué)生的思路，使學(xué)生清晰看到了信息領(lǐng)域的前沿科技，模擬人的思維分析和解決問題，處理一些人力無法勝任的工作，提高社會(huì)生產(chǎn)效率，創(chuàng)造更為可觀的價(jià)值。將人工智能教育全面滲透到小學(xué)信息科技課程中，拓寬學(xué)生的視野，提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)信息科技和人工智能技術(shù)的積極性，對信息化、創(chuàng)新型人才培養(yǎng)大有助益。二、信息科技課堂引入人工智能教育的意義首先，人工智能是當(dāng)今世界科技發(fā)展的前沿領(lǐng)域，了解和掌握人工智能的基本概念和應(yīng)用，對學(xué)生未來的發(fā)展具有積極作用。通過在農(nóng)村小學(xué)信息科技課程中融入人工智能教育，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)和創(chuàng)新思維，使學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用多種方式解決問題，有利于其個(gè)性化發(fā)展。其次，在農(nóng)村小學(xué)信息科技課程中融入人工智能教育，是信息化時(shí)代的必然要求，能夠幫助學(xué)生深入理解當(dāng)代信息領(lǐng)域的發(fā)展及所用先進(jìn)技術(shù)，使學(xué)生產(chǎn)生緊迫感，主動(dòng)參與信息科技課程學(xué)習(xí)，認(rèn)真思考人工智能技術(shù)相關(guān)問題，與他人保持良好的溝通與合作，有利于學(xué)生綜合能力的全面發(fā)展。最后，人工智能教育的融入能夠激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新潛力，使學(xué)生知道，當(dāng)今時(shí)代人工智能技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域廣闊，涵蓋農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、交通、物流等方面。這些領(lǐng)域與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)及農(nóng)村地區(qū)群眾生活密切相關(guān)，借此培養(yǎng)科技創(chuàng)新型人才，為農(nóng)村地區(qū)的產(chǎn)業(yè)升級和經(jīng)濟(jì)騰飛提供人才方面的有力支持。三、信息科技課堂引入人工智能教育存在的問題（一）教學(xué)條件不佳影響農(nóng)村小學(xué)信息科技課程與人工智能教育融合的關(guān)鍵因素是教學(xué)條件，學(xué)校資金實(shí)力不足，信息化、智能化教學(xué)設(shè)備和技術(shù)以及硬件設(shè)備、軟件資源都不適用，限制了人工智能教育的實(shí)施。例如，本校配備有一間電腦教室和56臺電腦，但缺少人工智能相關(guān)設(shè)備，如3D打印機(jī)、人工智能模塊課程設(shè)備。電腦室的電腦配備比較雜，新舊電腦由于硬件不同，導(dǎo)致系統(tǒng)不同，課堂上無法統(tǒng)一教學(xué)，影響教學(xué)效果。（二）師資力量薄弱教師是農(nóng)村小學(xué)信息科技課程與人工智能教育融合的主導(dǎo)者，教師的專業(yè)素質(zhì)和教學(xué)能力直接影響到人工智能教育效果。然而很多農(nóng)村小學(xué)教師雖然熟悉計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)操作，可是對人工智能領(lǐng)域的了解流于表面，不能靈活運(yùn)用人工智能技術(shù)組織開展教學(xué)活動(dòng)，更無法準(zhǔn)確解答學(xué)生關(guān)于人工智能的疑問和困惑，其引路人的作用沒有充分發(fā)揮出來，這給農(nóng)村小學(xué)信息科技課程中人工智能教育的發(fā)展造成了不小的阻礙。（三）教學(xué)方法陳舊現(xiàn)階段，應(yīng)試教育仍然影響著廣大教師和學(xué)生，無論教師還是學(xué)生，都更關(guān)注對知識點(diǎn)的掌握，忽視探究精神和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，這與人工智能教育的初衷背道而馳。同時(shí)，在教學(xué)方法的運(yùn)用上，任課教師給學(xué)生的體驗(yàn)感不足，沒有將人工智能教育與現(xiàn)實(shí)生活緊密銜接，也沒有充分尊重學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)和發(fā)展需求，導(dǎo)致學(xué)生的學(xué)習(xí)依賴性較強(qiáng)，對人工智能技術(shù)認(rèn)知不深，知識能力的發(fā)展不均衡，人工智能教育效果不盡如人意。四、在信息科技課堂引入人工智能教育（一）更新教學(xué)設(shè)備，優(yōu)化教學(xué)環(huán)境要想切實(shí)增強(qiáng)農(nóng)村小學(xué)信息科技課程中人工智能教育效果，必須積極更新教學(xué)設(shè)備，引入先進(jìn)的硬件設(shè)施和軟件工具，增加人工智能器材，以滿足人工智能教育的需求。這樣，教師就可以高效獲取人工智能教育資源，運(yùn)用信息化技術(shù)設(shè)備展示人工智能的廣泛用途，創(chuàng)設(shè)大量的實(shí)踐機(jī)會(huì)，促進(jìn)理論教學(xué)和實(shí)踐訓(xùn)練有機(jī)結(jié)合。信息科技課堂教學(xué)氛圍活躍，對學(xué)生的吸引力更強(qiáng)，學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度會(huì)更端正。在農(nóng)村小學(xué)信息科技課程教育改革中，學(xué)校要拓寬資金來源渠道，主動(dòng)與教育部門溝通，爭取獲得更多財(cái)政資金支持，以購買先進(jìn)型號的軟件和硬件投入人工智能教育中，為學(xué)生實(shí)踐操作完善物質(zhì)基礎(chǔ)，全面改善人工智能教育環(huán)境，為農(nóng)村小學(xué)人工智能教育的發(fā)展注入動(dòng)力。（二）加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)面對農(nóng)村小學(xué)信息科技課程教學(xué)改革的迫切要求，需加強(qiáng)師資隊(duì)伍建設(shè)，提高教師的專業(yè)素質(zhì)和教學(xué)能力，引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識人工智能技術(shù)，強(qiáng)化學(xué)生對人工智能技術(shù)的認(rèn)知和應(yīng)用。在對任課教師進(jìn)行培訓(xùn)時(shí)，可以組織專業(yè)培訓(xùn)和研討會(huì)，邀請人工智能教育領(lǐng)域的專家和學(xué)者對本校教師進(jìn)行指導(dǎo)，使教師了解人工智能技術(shù)的最新發(fā)展動(dòng)態(tài)以及人工智能教育的有效方法。也可以運(yùn)用在線教育培訓(xùn)的方式，以便教師可以根據(jù)自己的時(shí)間安排和職業(yè)發(fā)展需求靈活參與培訓(xùn)活動(dòng)，學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)知識。學(xué)校還可以鼓勵(lì)教師參與人工智能研究項(xiàng)目，為項(xiàng)目提供經(jīng)費(fèi)支持，利用教師的科研成果豐富人工智能教育案例和教師的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，使之能夠在人工智能教育中為學(xué)生提供專業(yè)化的指導(dǎo)和服務(wù)，激發(fā)學(xué)生對人工智能技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，為科技創(chuàng)新型人才的培養(yǎng)打下良好基礎(chǔ)。（三）優(yōu)化人工智能教育內(nèi)容在農(nóng)村小學(xué)信息科技課程中，教師要對人工智能教育內(nèi)容予以優(yōu)化，將其與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、特色產(chǎn)業(yè)相結(jié)合，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用人工智能技術(shù)解決實(shí)際問題，促進(jìn)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)踐能力、合作能力和創(chuàng)新能力的發(fā)展。首先，設(shè)計(jì)符合農(nóng)村小學(xué)生認(rèn)知水平的人工智能教育內(nèi)容，例如，引入基于圖形化編程的人工智能教學(xué)軟件，讓學(xué)生通過簡單的拖拽操作編寫程序，在實(shí)踐操作中體驗(yàn)人工智能技術(shù)的妙用，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的濃厚興趣。其次，引入智能機(jī)器人等教學(xué)工具，認(rèn)識機(jī)器人的基本結(jié)構(gòu)，讓學(xué)生親自參與機(jī)器人編程，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和創(chuàng)造力。最后，教師可以搜索互聯(lián)網(wǎng)教學(xué)資源，收集當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)、旅游業(yè)、畜牧業(yè)等產(chǎn)業(yè)的信息，整合創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)教學(xué)課件，向?qū)W生展示人工智能教育在特色產(chǎn)業(yè)中的應(yīng)用前景，培養(yǎng)學(xué)生利用人工智能技術(shù)推動(dòng)特色產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級的意識和能力，真正實(shí)現(xiàn)學(xué)以致用。（四）運(yùn)用多元化的教學(xué)方法教學(xué)方法對農(nóng)村小學(xué)信息科技課程中人工智能教育效果的影響不容小覷，選擇符合小學(xué)生身心發(fā)展特點(diǎn)的趣味性教學(xué)方法，能夠使人工智能教育效果更佳。具體而言，信息科技課程任課教師可以從以下幾種教學(xué)方法中加以選擇。1.情境教學(xué)法結(jié)合人工智能教育內(nèi)容創(chuàng)設(shè)情境，增加學(xué)生的代入感和體驗(yàn)感，會(huì)使學(xué)生對人工智能技術(shù)的理解更加準(zhǔn)確和透徹。以《認(rèn)識機(jī)器人朋友》這一課的教學(xué)為例，教師可在課堂導(dǎo)入環(huán)節(jié)用多媒體設(shè)備播放智能機(jī)器人在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，集合交通、餐飲、農(nóng)業(yè)、服裝領(lǐng)域所用的智能機(jī)器人，讓學(xué)生認(rèn)識到智能機(jī)器人五花八門，各顯神通。如使用手機(jī)程序和自助點(diǎn)餐機(jī)隔空點(diǎn)餐，智能AI會(huì)根據(jù)消費(fèi)者的口味和飲食推薦菜品，在消費(fèi)者下單后實(shí)時(shí)反饋訂單狀態(tài)，無須消費(fèi)者排隊(duì)等待，體現(xiàn)了智能機(jī)器人無可替代的價(jià)值。運(yùn)用情境教學(xué)法帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入奇妙無窮的人工智能領(lǐng)域，領(lǐng)略在人工智能技術(shù)應(yīng)用下各個(gè)領(lǐng)域的創(chuàng)新，引導(dǎo)學(xué)生重視加強(qiáng)人工智能技術(shù)的學(xué)習(xí)，學(xué)生將表現(xiàn)出更高的學(xué)習(xí)熱情。2.小組合作學(xué)習(xí)法學(xué)生以小組合作的形式參與到信息科技課堂上，通過討論、合作、探究完成學(xué)習(xí)任務(wù)，在相互交流的過程中進(jìn)行思維碰撞，分享學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)和技巧，有利于培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、溝通能力、解決問題能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。如在《認(rèn)識機(jī)器人構(gòu)件》的教學(xué)中，教師就可以運(yùn)用小組合作學(xué)習(xí)法，指導(dǎo)學(xué)生圍繞“組裝簡易機(jī)器人”這一任務(wù)，在小組內(nèi)進(jìn)行分工合作，選擇合適的結(jié)構(gòu)組件和傳感器，明確所選組件和傳感器的功能，共同完成智能機(jī)器人組裝任務(wù)。然后采用自評、互評和教師評價(jià)的方式，選出一個(gè)最優(yōu)秀的機(jī)器人作品，由教師給予獎(jiǎng)勵(lì)。通過交流與合作，學(xué)生會(huì)對智能機(jī)器人的構(gòu)成元件了解得更為全面和清晰，而采用評價(jià)方式，會(huì)激起學(xué)生的集體榮譽(yù)感，促使學(xué)生更加積極踴躍地參與課堂活動(dòng)，從而使人工智能教育效果得到可靠保證。3.實(shí)踐教學(xué)法實(shí)踐是檢驗(yàn)學(xué)生對理論知識掌握程度的有效途徑，運(yùn)用實(shí)踐教學(xué)法可使學(xué)生的理論知識在實(shí)踐操作中得到驗(yàn)證，促進(jìn)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力快速發(fā)展。因此，在農(nóng)村小學(xué)信息科技課程的人工智能教學(xué)中，應(yīng)積極組織實(shí)踐教學(xué)活動(dòng)。如在開展《制作土壤水量檢測儀》的教學(xué)中，教師在講授含水量檢測儀構(gòu)成、含水量檢測腳本編寫要點(diǎn)后，可引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用micro：bit板、電池盒、導(dǎo)線、金屬探針、盆栽等資源制作土壤水量檢測儀，學(xué)會(huì)設(shè)置LED模塊中燈的亮度、設(shè)置變量水量、規(guī)劃流程、編寫腳本，下載程序進(jìn)行調(diào)試，觀察程序運(yùn)行是否正常，并展示實(shí)踐成果。學(xué)生可以自由組成小組，合作完成水量檢測儀的制作。教師則要認(rèn)真觀察各個(gè)小組的流程，進(jìn)行針對性指導(dǎo)，幫助學(xué)生獲得預(yù)期成果。經(jīng)過開展趣味性AI實(shí)踐活動(dòng)，學(xué)生對人工智能技術(shù)的理解會(huì)更為深入，實(shí)踐能力、探究能力和創(chuàng)造力都會(huì)得到不同程度的提升，由衷產(chǎn)生對人工