小學(xué)人工智能校本課程的設(shè)計與實施

【摘要】基于缺趣味、重知識、功利性的人工智能教學(xué)現(xiàn)狀，筆者積極開展小學(xué)人工智能校本課程建設(shè)研究，聚焦人工智能課程設(shè)計與實施，構(gòu)建了多趣味、重體驗、廣參與的人工智能校本課程?！癆I上智慧古鎮(zhèn)”校本課程以當(dāng)?shù)毓沛?zhèn)特色文化為情境，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實際問題，通過搭建模型與編寫腳本等項目學(xué)習(xí)，引導(dǎo)學(xué)生深入應(yīng)用人工智能技術(shù)解決實際問題，探索人工智能教學(xué)新模式。【關(guān)鍵詞】小學(xué)人工智能；校本課程；人工智能教育小學(xué)階段人工智能教學(xué)的現(xiàn)狀探析1.缺趣味，方式單一小學(xué)信息技術(shù)教材中已涉及人工智能的內(nèi)容，但在實際教學(xué)中學(xué)習(xí)模式較為單一：先了解人工智能應(yīng)用，再進行人工智能開放平臺的體驗，最后理論總結(jié)。固定的上課流程對于小學(xué)生來說，缺乏一定的趣味性，一定程度上影響學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。2.重知識，實踐缺失小學(xué)信息技術(shù)中人工智能內(nèi)容課時較少，老師在進行教學(xué)設(shè)計時大多重視知識點的落實，而忽略學(xué)生能力的提升和素養(yǎng)的培養(yǎng)。長此以往，導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏對知識點的實踐過程，進而造成學(xué)習(xí)的有效性有待提高。3.功利性，急于求成目前，小學(xué)人工智能教育大多是圍繞區(qū)、市里的比賽項目進行，參與的學(xué)生比較有限。然而，人工智能教育需要一定的學(xué)校資源，師資需具備綜合的學(xué)科專業(yè)素養(yǎng)，在這樣的環(huán)境下，可以真正享受人工智能教育的學(xué)生就更少了。小學(xué)人工智能校本課程設(shè)計與實施探索國務(wù)院出臺了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，從國家高度提出要重視中小學(xué)人工智能教育，人工智能由此逐漸成為新風(fēng)潮。我校較早引入優(yōu)必選人工智能教育項目，學(xué)生對人工智能產(chǎn)生了濃厚的興趣?；谏鲜霈F(xiàn)狀，我校結(jié)合校情依托優(yōu)必選機器人器材，以項目探究學(xué)習(xí)為載體，并與學(xué)校所處的塘棲古鎮(zhèn)特色相結(jié)合，開發(fā)校本課程——“AI上智慧古鎮(zhèn)”。1.情境創(chuàng)設(shè)生活化，延伸課堂空間引導(dǎo)學(xué)生主動探究，情境創(chuàng)設(shè)起著至關(guān)重要的作用。我們鼓勵學(xué)生走出學(xué)校和教室去觀察與調(diào)查，積極思考，發(fā)現(xiàn)生活中的問題，培養(yǎng)學(xué)生的科創(chuàng)意識和社會責(zé)任感。（1）融入“家鄉(xiāng)符號”，傳承傳統(tǒng)文化。學(xué)校所處的塘棲古鎮(zhèn)有優(yōu)美的自然環(huán)境，豐厚的人文底蘊，富有開發(fā)地方特色校本課程的資源優(yōu)勢。學(xué)校創(chuàng)設(shè)與塘棲古鎮(zhèn)文化相關(guān)的情境，有利于學(xué)生迅速融入問題情境中，增進學(xué)生對家鄉(xiāng)文化的熱愛。例如，在“瞧一瞧，郭璞井”一課中，通過“認一認”環(huán)節(jié)引出古鎮(zhèn)景點：郭璞井，學(xué)生們再說一說對郭璞井的認識。接著教師提出問題：光緒《塘棲鎮(zhèn)志》記載的關(guān)于郭璞井的文言文講述的是什么呢？誰來翻譯？從而帶著問題開啟本課的任務(wù)：網(wǎng)絡(luò)搜索，了解郭璞井。這讓學(xué)生深入了解家鄉(xiāng)文化，有助于培養(yǎng)其對家鄉(xiāng)的熱愛之情。（2）源自生活實際，引發(fā)學(xué)生共鳴。人工智能與日常生活緊密相關(guān)。讓學(xué)生在實踐中發(fā)現(xiàn)真實問題，了解自己或他人的真實需求。例如，在“逛一逛，糕點鋪”一課中，學(xué)生了解古鎮(zhèn)糕點鋪之后，讓他們從游客角度出發(fā)去發(fā)現(xiàn)問題：由于糕點品種繁多，依次介紹十分麻煩，如何幫助游客快速了解糕點風(fēng)味？此處問題的提出來自于學(xué)生，每位學(xué)生都會感同身受，同時為后續(xù)解決問題做好鋪墊。基于生活實際的情境導(dǎo)入有助于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的能力，激發(fā)學(xué)習(xí)的欲望。2.學(xué)習(xí)方式多樣化，喚醒探索興趣小學(xué)生好奇心強，新知識、新挑戰(zhàn)更能激發(fā)學(xué)生的探索欲望。（1）“軟硬兼施”，橫向拓寬知識領(lǐng)域。在小學(xué)階段的信息科技課程中，軟件類學(xué)習(xí)內(nèi)容占據(jù)主導(dǎo)，而硬件類的內(nèi)容會受到學(xué)校設(shè)備的限制而難以開展。隨著編程教育、創(chuàng)客教育的深入，軟件與硬件結(jié)合的學(xué)習(xí)形式，將虛擬和現(xiàn)實結(jié)合在一起，可以豐富教學(xué)形式。在此校本課程中，搭建設(shè)計模塊除使用UKit積木搭建外觀外，還可利用Lasermaker軟件和激光雕刻機來制作古鎮(zhèn)模型，而程序設(shè)計則可利用Ucode編程軟件的人工智能模塊和攝像頭來解決問題。通過軟硬件結(jié)合的探究性學(xué)習(xí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性提升了。（2）應(yīng)用AI，縱向提升思維深度。義務(wù)教育新課標以發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為育人目標。人工智能教育應(yīng)對標信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)，以“信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任”為培養(yǎng)目標。在教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生嘗試運用人工智能技術(shù)解決實際問題，在實踐的過程中逐步提升學(xué)科核心素養(yǎng)。例如，在“慧銷售的糕點鋪”一課中，學(xué)習(xí)目標為機器學(xué)習(xí)應(yīng)用識別不同的糕點，并嘗試根據(jù)不同的糕點進行介紹。學(xué)生利用Ucode軟件中的“機器學(xué)習(xí)”模塊，通過攝像頭采集多張圖片，將不同糕點圖片分別上傳至對應(yīng)分類標簽下，再使用“機器學(xué)習(xí)訓(xùn)練”模塊進行分類訓(xùn)練，最后通過識別攝像頭畫面來完成對糕點的識別。機器學(xué)習(xí)是人工智能領(lǐng)域的核心之一，是實現(xiàn)智能的根本途徑，但在小學(xué)階段人工智能學(xué)習(xí)當(dāng)中鮮有涉及。本課例采用Ucode軟件中機器學(xué)習(xí)模塊，讓學(xué)生認識并體驗機器學(xué)習(xí)的一般過程，實現(xiàn)了通過應(yīng)用機器學(xué)習(xí)解決相應(yīng)問題，進一步激活學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的動力。3.項目過程體驗化，形成全面理解本研究嘗試將多個知識和操作整合成項目，讓學(xué)生體驗打造“智慧古鎮(zhèn)”的過程，深入理解人工智能技術(shù)。（1）單元整合式項目，緊緊相連。單元整合下的內(nèi)容不再是零散的，而是基于情境下真實問題的學(xué)習(xí)任務(wù)群。單元大項目被分解成若干個易于突破的小項目來構(gòu)成課程。學(xué)生在體驗信息技術(shù)應(yīng)用于項目學(xué)習(xí)中，明確學(xué)習(xí)動機，遷移方法技能，內(nèi)化人工智能原理概念。單元大項目對于學(xué)生來說學(xué)習(xí)難度比較大，引導(dǎo)學(xué)生進一步分解項目降低難度，把它分成若干個小項目，逐個突破，最終完成單元大項目。本課程教材把一般單元大項目分解為發(fā)現(xiàn)問題、搭建模型、編寫腳本三個小項目，按此模式引導(dǎo)學(xué)生分別完成了對有關(guān)郭璞井、乾隆碑、糕點鋪等項目的人工智能技術(shù)改造。（2）臺階上升式項目，層層遞進。根據(jù)小學(xué)生樂于嘗試挑戰(zhàn)性任務(wù)的心理，我們項目課程采用循序漸進的安排，將零碎的信息技術(shù)操作和知識整合為一個以綜合實踐與程序編寫為主的人工智能課程。整個課程的項目圍繞LaserMaker和Ucode兩款軟件來學(xué)習(xí)，將兩款軟件零碎的基本知識和技能整合到一起，系統(tǒng)地踐行了數(shù)字化學(xué)習(xí)方式，有利于提升學(xué)生的人工智能素養(yǎng)。4.學(xué)習(xí)評價引領(lǐng)化，評價貫穿始終（1）凸顯過程評價，診斷促反思。在項目式學(xué)習(xí)中開展基于“班級優(yōu)化大師”軟件的過程性評價，以評價引領(lǐng)學(xué)生進行項目式學(xué)習(xí)。小學(xué)生喜歡被表揚，也愛表現(xiàn)，看到別的同學(xué)拿到積分對其會有一定的激勵作用，促使自身課堂行為助力更好地學(xué)習(xí)。此外，電子評價系統(tǒng)還可以實時地展示各個學(xué)生的積分情況、每節(jié)課完成任務(wù)的情況等。（2）落實多元評價，反饋促發(fā)展。項目式評價主體的多元化可以更全面地呈現(xiàn)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，多元評價有利于發(fā)揮學(xué)生的主體地位。自我評價可以更好地反思自身不足，關(guān)注自我提升；小組間互評可以幫助學(xué)生見賢思齊，促進彼此發(fā)展；家長評價可以讓家長和孩子多一些交