以体验为导向的小学人工智能课程设计探究

刘晓烨

从信息时代出发，在小学开设人工智能相关课程势在必行，而北京市东城区在2019年已经出版了一本小学人工智能辅助教材，我校是第一批人工智能实验校。我作为一名东城区小学信息技术教师，在小学开展了人工智能教学方面的研究。

皮亚杰的认知发展理论指出，小学阶段的学生可以将感知动作内化，并能在具体内容的支持下进行简单的抽象逻辑思维。2018年7月，中国青少年科技辅导员协会通过对18个省市地区的25所中小学的1158位中小学生进行问卷调查，以及对相关教师和专家进行深度访谈后，他们给出的建议是：中小学的人工智能教学要以活动——体验——提炼——思考——实践为教学模式。可见活动、体验是多么重要。只有通过活动进行体验，学生才能理解，才能对所学的知识进行提炼和思考，最终进行实践和创新。

苏联教育家苏霍姆林斯基说过：“使学生亲身感受到知识获取的过程，其乐趣是知识本身无法给予的”。因此，我设计的“图像识别”一课中，最大的特点就是让学生在活动中充分地体验，将体验贯穿课堂始终。

体验式情境引入，帮助学生提炼重点

在情境引入环节，我以“我是小保安”的活动引入，旨在让学生通过模拟人工智能领域的“人脸识别系统”，亲身感受自己当保安，判断门外的人能不能进门的过程，从而提炼出人识别人脸的过程。首先给出6个不认识的人的人脸正面照片，给学生一分钟时间进行记忆。之后我出示两张人脸的照片（逐一出示），告诉学生，他们已经来到学校门口，请你拿出手中的答题器判断是否能进。后出示的两张人脸照片都是在6个人脸照片中的，只不过做了一些修饰。第一张是在原有人脸基础上戴了近视眼镜，第二张是在原有基础上戴了墨镜和口罩。每次用互动反馈系统的答题器做完判断，及时出示判断结果，并让学生说一说判断能进与否的理由。这里使用互动反馈系统的目的是让每位学生充分参与到体验活动中，在激发学生学习兴趣的同时，更重要的是感受“人识别”的过程，为“提炼人识别过程”这一重要任务做准备。通过亲身体验，并对自己所做的判断进行分析，学生最终能够总结出“人识别”的过程，那就是“看（特征）——去除干扰——特征比对——做出判断”，从而达到教学目的。假设是教师直接告诉学生这个过程，那么学生可能不理解且忘得也快，对后续的学习会造成很多困难。

同时，这个环节也是渗透信息安全的好机会。教师只需要问一句：为什么不能让戴墨镜和口罩的人进去？学生就会想到万一不是6个人中的一个，那我们的校园就不安全了。要想安全，又不会判断错误，那就应该怎么样？学生们会说摘掉口罩和墨镜再做判断，这个过程就是去除干扰的过程。

体验完之后，教师问学生如果是成千上万的人，我们还能记得住吗？记不住该怎么办？视野开阔的学生就会想到机器中的“人脸识别”，其实人脸识别就是图像识别的一种。

体验手写数字识别，感受机器识别过程

在上一环节，学生通过活动体验，感受到“人识别”的过程，而在这一环节，重点就是要感受机器识别的过程。机器识别的过程以“手写数字识别”最为简单，可以让学生进行体验。教师提问：对于人进进出出的安全性来说，人脸识别可以更安全、更便捷，那么对于车来说呢？学生会说车牌识别。而车牌号的组成便可引出数字识别。

这个体验活动以组为单位进行，在iPad上从组长开始轮流体验。每位学生手写0～9这10个数字中的任意一个，看机器能否识别正确。这个体验环节要带着问题去体验：机器识别的过程是什么？

学生充分体验完后，请学生将体验的过程投放到大屏幕中，当学生手写完数字点击识别时，请学生观察刚写的数字有什么变化？学生会发现变成了像素的样子。教师引导学生得出机器能认识的是二进制“0”和“1”，分别代表黑与白，所以就是像素格的样子。这个环节就是要让学生明白，其实机器识别的过程和人的识别过程很相似，但是说法不同，在“人识别”中叫“看”，而机器识别就是“提取像素”。

体验机器识别过程，理解机器识别背后的原理

在这个活动中，教师旨在让学生理解机器识别手写数字背后的原理。这也是本课的难点。学生要在像素格上边的方框中手写一个数字，之后再将数字提取像素到像素格中。然后利用教师所给的数字模板和提取的像素的数字，根据板书中机器识别的过程，在小组内自己对机器识别的过程进行模拟。小组内模拟演示完，找学生到前边进行教具演示。这里重点是按照机器识别的过程一一进行模拟。最重要的是特征比对这个环节，要引导学生做出逐一与数字模板进行比对的过程。最终得出匹配度最高的那个数字，得出结果。

体验多种图像识别App，感受人工智能在生活中的应用

这个环节旨在让学生更多地体验图像识别App。学生分为6组，其中两个组体验人脸识别，两个组体验植物识别，另外两个组体验果蔬识别。教师提前准备好一些样子相似的植物和果蔬，让学生以组为单位进行拍照识别，每组轮流进行。带着问题去体验：识别准确性如何？如何改进？可以应用到生活的哪些方面？学生们在组内充分体验完之后，以组为单位到前边进行展示，3个组上台展示，平行组可以做适当补充。

这个体验环节，学生们兴致高涨，体验完之后，也是意犹未尽，滔滔不绝地说出了自己的想法。更有些思维活跃的学生，说出了让所有师生都意想不到的想法，如体验人脸识别的学生说：“可以将它放在镜子上，加上情绪指数显示，这样当你在照镜子的时候，就可以知道自己的情绪如何，然后提醒你做出适当调整。”还有的学生体验完果蔬识别后说：“可以应用于菜市场，可以测果蔬的新鲜度和真假，不仅让我们更健康， 还可以防止欺骗。”

课后反思

在小学阶段，人工智能课程以学生体验为主，让学生感受人工智能在生活中的应用，以及感受人工智能正在改变着我们的生活。这种体验式的教学方式，学生能较好地理解课程内容，课堂中生成的都是从学生口中获得的;使授课教师感受到身心愉悦，学生能带给教师很多惊喜，同时需要教师有更多的知识储备和应变能力;师生互动平等、顺畅、愉快，学生在情感上有良好的体验。因此对以体验为导向的小学人工智能教学，我有以下几点体会。

（1）体验式学习更加注重学生的主体地位。它更加关注学生亲身经历作用的发挥，教师与学生平等交流，使学生获取更为良好的情感体验，还可以充分发挥学生的差异性与个性化特点。

（2）帮助学生深刻理解知识。体验式学习方式可以让学生更深刻地理解知识内容，促进后续的学习与记忆效果优化，会让学生感受到人工智能并不复杂，其新鲜有趣的特点十分符合学生的心理期待，因此学生的自信心与成就感容易建立起来。当教师顺着学生的兴趣点提示更具深度的人工智能知识与相关问题时，学生的畏难情绪将极大降低，取而代之的是探索与思考的热情，体验式学习使得课堂教学效果达到优化。

（3）帮助学生应用知识。在知识理解之后，学生还可以借助体验式学习，让知识与实践应用发生更紧密的联系，进一步促进学生创新能力的提升。从这个意义上讲，教师给予学生的体验式学习机会，还会在知识应用方面起到帮助，学生由此观察并感知生活中的人工智能，并将理论学习与实践应用相联系，让人工智能学习上升到一个全新的层次。

我们的目的是通过人工智能课程的学习，培养学生的科学素养，包括理性思维、批判思维、勇于探究的科学思维、逻辑思维和信息素养。并能用这样的思维去观察身边的一切，去发现问题，并用这样的思维去解决问题。在人工智能已经到來的时代，我们要让学生具备相应的素养，在伦理道德的约束下，能够与人工智能友好相处，创造更多的可能。

参考文献

[1]高燕. 认知发展阶段理论对教育实践的启示[J]. 中小学心理健康教育，2018（11）： 15-17.