小学信息技术课程中的人工智能教学策略

石敏

（如皋市实验小学，江苏 南通 226500）

在最近的数十年里，人工智能取得了长足的发展，已经渗透到各个领域。不论是从技术进步、产业兴起的角度，还是从社会认知的角度来说，人工智能都处在一个良好的历史发展机遇中。然而，我国义务教育阶段信息技术课程中人工智能教育的普及力度还不够，很多地区在进行信息技术教学时，只是生硬地让学生模仿一些具体的常规操作，并未涉及人工智能教育。因此，促进人工智能教育在义务教育阶段顺利推进的重要性可见一斑。在小学阶段，科学地开展人工智能教学活动不仅可以使学生提高信息技术应用水平，还能够帮助学生从小培养信息意识，增强信息核心素养。

一、人工智能教育与小学信息技术课程概述

（一）人工智能教育的发展史

人工智能（Artificial Intelligence）是一门研究机器如何模拟人类智慧和能力的跨领域的学科。人工智能自诞生之初就面临着各种困难和挑战，在60 多年的发展过程中，质疑与期待并存，阻碍与突破同在。19世纪50年代，被世人称为“人工智能之父”的艾伦·图灵发表了论文“计算机器与智能”，这标志着人类开始对人工智能进行探索。在著名论文“机器能思考吗？”中图灵提出了有关机器思维的概念。第三次科技革命以来，人工智能经历了三次飞跃，两次低谷。20世纪70年代，人工智能技术达到第一次高潮，出现了很多顶级算法，被广泛地应用到数字运算和自然语言处理领域。随后，由于某些算法应用范围比较窄，无法广泛推行，使得计算能力不足以支撑发展，人工智能技术跌落到低谷；20世纪80年代，随着专家系统、多层神经网络、反向BP 计算等新技术的应用，人工智能迎来了第二次高潮，不久，现代台式电脑的发明使专家系统的经济性大大降低，人工智能遭遇财务危机，再次跌落低谷。直到2006年，神经网络专家Hinton 提出神经网络深度学习算法，使人工智能技术再次迎来高潮。深度学习使得人工智能应用的范围更加广泛，如常用的语音与视觉图像识别功能、图像检测以及其他许多领域，在药物发现领域和基因组合的研究中,人工智能技术也得到了应用和发展，代表着信息科技发展的最前沿。正因为人工智能技术的高精尖性和复杂性，它在基础教育中的普及程度一直不高，在中小学信息技术教学中处于起步阶段。

（二）小学信息技术课程的发展历程

我国的信息技术课程的前身是20世纪80年代开始在义务教育阶段设立的计算机课程，随着互联网的发展和信息技术的进步，信息技术引起了教育界的广泛关注，越来越多的教育工作者和研究者对信息技术教育进行研究，其在基础教育中的地位也越来越突出。21世纪至今，信息技术课程在我国的普及率不断提高，基本上从小学三年级到高中二年级都有信息技术课程的安排，其中小学三年级到六年级，初中一、二年级每周一节，高中一、二年级每周两节。信息技术是一门“年轻”的课程，在2001年新课改后才被纳入中小学教学体系。信息技术课程标准指出，设置信息技术课程的目的是培养学生通过理论知识的学习对计算机的本质和原理进行理解，并通过教学实践培养学生的计算机应用能力，提高利用计算机技术来解决具体问题的能力，是一门有很强实践性的课程。计算机课程的实践性决定了信息技术课程必须满足于实际需求，适应不断发展变化的新技术，不能仅仅停留在理论和先前的技术上。因此，在信息技术课程上渗入比较前沿的新技术——人工智能是很必要的。

二、小学信息技术课程中开展人工智能教学分析

（一）政策解读与“课标”导向

随着“人工智能+”理念的提出，人工智能已深入教育、科技、医疗等各个重要领域。为了适应这种技术的变革，使学生能够适应信息化社会的发展，我国的教育政策和方针也进行了调整。如今，国家对人工智能教育的重视度不断提高，越来越重视人工智能方面人才的培养。2017年7月，国务院印发的《新一代人工智能发展规划》明确要“把高端人才队伍建设作为人工智能发展的重中之重，坚持培养和引进相结合，完善人工智能教育体系，加强人才储备和梯队建设”，并“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，逐步推广编程教育”。同时，也对人工智能教育做出了新的要求。信息技术课程标准中指出，信息技术课程是一门重视知识和技能结合的工具性课程。在义务教育阶段，信息技术课程要帮助学生掌握基本的信息技术技能以适应社会的发展，提高学生利用计算机解决问题的能力和信息素养，形成创新精神和信息技术意识。因此，在小学阶段开展人工智能教学活动势在必行。

（二）学习者的分析

根据R.M.加涅的《教育设计原理》提出的ADDIE 模型，在进行教育设计时为了获得更好的效果，首先要对学习者进行分析。小学阶段的儿童年龄集中在6～12 岁之间，根据皮亚杰的认知发展学说所提出的相关理论可以得知，按照孩子的认知特征可以将其思维发展过程分为四大阶段，其中6～12 岁之间的孩子处于具体的信息运算阶段。这个阶段的儿童思维认知特点已经不同于学前的经验认知思维，他们具有对具体的实际问题进行分析和判断的逻辑性思维能力，已经能够初步掌握系统方法、处理序列，根据已经习得的技能对相关的问题进行处理，有了一套自己的认知学习方式，能够独立地思考问题。但是小学生还不具备完善的抽象信息处理能力，还需要依靠一些具体、直观的事物。因此，我们在对小学生开展人工智能教学时，就应当依靠一些具体的案例帮助他们理解和掌握。

随着互联网的普及，几乎家家户户都能接触到互联网。当代的小学生作为互联网的原住民，对人工智能这一新兴的科技接受度很高。尽管他们可能并没有具体地学习过关于人工智能的具体知识，但他们对于生活中广泛应用的人工智能并不陌生。现在，很多手机都配备了语音识别、人脸识别等功能，家用的智能机器人也日益普及，他们有相当多的机会接触到这些直观具体的人工智能，因此，对小学生进行人工智能概念的普及并不困难。

当代的小学生每天与手机、电脑接触频繁，可以快速地了解新鲜的事物。新媒体碎片化的信息传播方式也在考验着小学生的信息整合能力。当学生遇到疑问时可以在互联网上快速获取信息，这就使解答疑难、解决问题的成本大大降低，借助自己的能力去寻找问题的答案在一定程度上能够激发学生的探索精神。作为教师应从学生的认知水平和思维特点出发进行有针对性的分析，发现他们的优点和不足，从而探索出有针对性的教学方法。

（三）存在的问题分析

教学的外部环境由教师、教材、学习环境构成。根据文献研究，我们发现人工智能教学的外部环境存在很多问题。

首先，通过对全国范围内的教材进行分析研究可以看出，不同地区间的教材编订缺乏统一的标准，知识模块的编写和衔接上也存在一些问题。一些教材缺乏最基本的逻辑性，语言晦涩，不容易理解。关于人工智能模块的内容，有的教材一笔带过，涉及甚少，甚至有的教材没有设计独立的人工智能教学模块。且根据调查，许多中小学信息技术课堂上甚至从未使用过相关教材。

其次，由于部分学校缺乏对信息技术教育足够的重视，没有配备相关专业技术水平的教师，大多选取其他学科教师去代课的方法。教师在授课时并不具备和重视逻辑性和整体性、系统性。

再次，信息技术教学的设备和资源也存在不平衡的现象。一线地区的信息技术课程形式多样，有专门的人工智能课、STEAM 教育、创客教育等，但在一些教育资源短缺的地区，基础的信息技术课程还存在设备不足、维护不周的现象。信息技术课程的开展必须依靠完善的设施，相关设施的维护也需要专业的人员和充足的资金。针对这种情况，政府和学校需要投入大量的资金支持。最后，人工智能作为一个前沿的科学技术，虽然近年来国家也出台了相关的政策和文件以保障中小学信息技术课程中人工智能教育的发展，但人工智能教育在义务教育阶段的普及率不高。一些起步较早的学校在政策的鼓励下发展态势良好，但起步较晚的学校即使有政策的支持和相关的设备，依旧存在不能合理有效安排人工智能教学课程的困境。

三、小学信息技术课程中开展人工智能教学的策略

（一）设置教学情境

根据小学生具象化的思维模式和认知特点，在课堂教学中，为了引起学生对人工智能知识的兴趣，可以借助多媒体教学设备将生活中的故事和案例展现出来。人工智能的相关技术和理论属于比较专业和前沿的知识，小学生接受起来还是有一定难度的，而这些案例则比较直观具体，学生可以轻易地进行联想和想象。例如，在“我们身边的机器人”的教学设计中，我们可以播放机器人的相关视频；在“机器人学走路”一课中，我们可以通过播放机器人走路的视频设计教学情境。学生观看视频，进行思考，从而营造学习氛围，激发学习兴趣。

（二）运用多种方式教学

在开展人工智能教学的过程中，教师需要针对不同课程的内容和特点采取多种形式的教学方法。在具体的教学过程中，可以采取任务驱动型、自主探究型、提问互动型相结合的模式。

1.任务驱动型

作为一种基础的教学方法，任务驱动型教学主要包括两种方式，一种是给学生布置一个简单的容易完成的任务，另一种是给学生布置一个具有创造性的任务，但是任务的布置也要结合具体的情况分析。对于简单型的任务，教师可以在上课时布置，且要结合学生先前掌握的知识设计合适的任务。这种任务学生可以轻易地完成，有助于给予学生一种正向激励。创造性任务适合作为课下作业，学生已经通过课堂学习掌握相关的基础知识，再辅助以其他的学习任务作为对相关知识的巩固。

2.自主探究型

自主学习是指在学习过程中学生通过自身对学习任务的理解来规划学习内容以及学习任务的一种方式。在这一过程中，学生通过自我目标的设定来进行阅读、听讲、研究、观察、实践等内容，使个体可以在知识与技能、方法与过程、情感与价值中获得改善和升华的行为方式。在自主学习中，教师的作用是对学生进行有效的引导，通过带领学生主动参与到学习过程中，再根据教师自身的猜想或假设，运用科学的方法对教学问题进行研究，在研究过程中获得创新实践能力，获得思维发展，自主构建知识体系的一种学习方式。自主探究式的学习模式表现出的是学生在教学过程中的主体地位，有助于学生掌握人工智能的具体运用方式并增强学生自主解决问题的能力。

3.提问互动型

根据佐藤的观点，在自主学习中应当避免“主体性神话”，回归学生的主人翁地位，克服虚假的主体性，在此过程中教师发挥的作用非常重要。教师应通过不断提问的过程来确保学生的注意力一直维持在课堂教学本身，引导学生加强对课堂知识的理解。学生通过表达自己的观点来发现自己学习过程中存在的问题，做到及时纠正。笔者在教授“机器人学走路”这一课时就可以和学生交流互动，通过提问引导学生思考机器人直行、转弯的原理，如“机器人可以直行，如果想要让机器人走弧线，需要做出怎样的设计”来引发学生思考。这种提问的方式可以引领学生层层深入，紧跟教师的节奏，学会操作方法，了解具体原理。

4.合作讨论型

合作学习是在教学中运用小组形式，使学生共同开展学习活动，创建一种学习共同体，以促进自己以及他人学习的一种方式。在人工智能的教学过程中，可以在课堂上布置小组作业，让学生结合成小组，共同交流和讨论。

在小学信息技术课程教学中，引入人工智能教学有很重要的意义和价值。首先，可以提供学生对人工智能的兴趣，培养学生的信息意识。尽管人工智能的时代已经来临，在我们生活的不同领域中人工智能的影响随处可见，但学生对于我们生活中人工智能带来的变化已经习以为常，对人工智能缺乏基本的了解，并不知道这些变化是由于人工智能所致。其次，人工智能教育还可以培养学生的思维能力和解决问题的能力，学生通过对信息技术的掌握获得了知识技能，这些技能可以潜移默化地影响学生的思维，帮助学生理性地、有逻辑地进行思考。当然，人工智能教学还远远没有普及，信息技术课程中人工智能的应用还有很长的路要走，如何在小学信息技术课程中科学地开展人工智能教学，值得广大教育工作者更加深入地思考和研究。