人工智能技术 与小学信息技术课程的融合

摘要：本文首先分析了当下我国小学教育生态体系改革的必然性和可行性，然后从实现技术融合的先决条件入手，重点探究人工智能技术为我国小学信息技术课程建设与发展带来的新契机，最后通过具体案例，从教学目标、教学设计和软硬件设备需求等方面，全面地分析了现阶段人工智能走进小学课堂，是机遇与挑战并存的关键时刻。帮助人工智能在小学信息技术课程中落地生根打开一个新的局面，对促进我国教育生态体系现代化建设和新时代人才培养具有积极意义。

关键词：人工智能;信息技术;小学教育;人才培养;信息素养

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2021）15-0088-04

● 引言

2015年，教育部颁发文件强调大力发展信息技术中人工智能教育的培养，包括STEM教育、创客教育等，重视培养学生的创新能力与实际解决问题的能力。2017年7月，国务院發布《新一代人工智能发展规划》，将人工智能上升为国家发展策略。2018年1月，教育部在《普通高中课程方案和语文等学科课程标准的有关情况》中将三维设计、开源硬件、人工智能正式列入新课标，成为高中学习的必修课。2018年4月教育部发布《教育信息化2.0行动计划》，提出人工智能、编程课程将会被纳入初、高中学业水平考试。2018年8月教育部办公厅发布关于开展人工智能助推教师队伍建设行动试点工作的通知，表示要推进教师主动适应信息化、人工智能等技术变革，积极有效开展教育教学。2019年3月教育部办公厅在印发的《2019年教育信息化和网络安全工作要点》通知中透露：2019年将启动中小学信息素养测评，并推动在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，同时推动大数据、虚拟现实、人工智能等新技术在教育教学中的深入应用。

然而目前，传统的教育生态体系与信息化时代间的天平呈现出明显的失衡状态，作为新一代信息技术中关键性一环，人工智能技术受到越来越多的教育界学者的关注。如何推进技术支持的教育结构性变革，将信息技术真正融入教育主、客体，教育理念以及教育环境当中，成为我们面临的一个全新的课题。

● 基于人工智能的小学信息技术课程改革

1.必然性与可行性分析

（1）必然性分析

《中国教育现代化2035》确立了我国2035年总体实现教育现代化，迈入教育强国行列。其中，智慧性、科技型、发展性、融合性、引领性等都是促进教育现代化的重要影响因素，上述因素都在推进教育生态体系改革的步伐。智慧与智能时代的最大特征是创新创造，教育现代化的智慧性最重要的内涵是将学生造就为具有创新创造能力的全面发展之人。这无疑对教育者、学习者以及课程设计与安排都提出了更高的要求，而新时代的创新创造更多的是基于信息技术。因此，造就创新创造之人的智慧性，必须要以先进的教育信息化作为条件支持。

人工智能是一个复合型新兴交叉学科，包括数学、物理、电子信息、通信、物联网和大数据，以及微电子集成电路等多个领域，还包括类脑研究，是新一轮产业变革的核心驱动力和引领未来技术的战略技术。无论是立足于时代大背景还是立足于学习者长远发展的角度，作为新时代的信息技术教师，在不断提升个人信息技术能力的同时，应思考如何将前沿技术在最合适的时间，以最合适的方式教授给学生。

（2）可行性分析

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》指出，应从体验层面认识人工智能，初步理解人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。高中阶段：以专题性人工智能技术理解为重点，以人工智能教育发展与应用前沿为辅助。初中阶段：以高级计算思维培养为重点，以初步理解人工智能实现知识体系为辅助。小学阶段：以计算思维培养为重点，以感知和体验人工智能为辅助。

因此，从学生角度，小学学段的学生或许无法真正理解人工智能领域的高端技术，但是学习人工智能发展历程，体验人工智能在各个领域的实际应用，甚至接触人工智能基础算法，对他们而言是完全可以接受的，并且他们有很高的学习兴趣，愿意积极参与人工智能的各类活动;从学校角度，学校对课程开发基于高度支持与放权，把握好人工智能教育的方向，做到从实际出发推广落地;从教师角度，保持开放的心态，主动了解人工智能前沿技术，与教材知识体系结合，与软硬结合，大胆尝试，努力让课堂更有趣，实现边学习边摸索边上课。

2.人工智能技术对教育生态体系的影响

（1）教育者角度：从传统教授到共同学习观念的转变

身处信息高速更迭、新技术新观点不断涌现的当代社会，教师需要不断地充实自己的知识储备，“吃老本”的教学理念已经不再适用。学生对信息技术的学习热情和获取新知识的途径不断提升，在某种程度上小学高学段学生对信息的敏感程度甚至会高于教师。因此，教育者是时候转变思想了，从知识传递者向共同学习者转变。

（2）学习者角度：全面提升学生信息素养

2017版高中新课标明确指出，信息技术课程是一门旨在全面提升学生信息素养，帮助学生掌握信息技术基础知识与技能、增强信息意识、发展计算思维、提高数字化学习与创新能力、树立正确的信息社会价值观和责任感的基础课程。信息技术的核心素养包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任。

（3）学科角度：多学科融合

人工智能作为一项多学科融合的复杂性课题，涉及哲学、数学、心理学等学科知识。在小学阶段，人工智能以独立的学科存在的可能性和价值性都不高，但基于其涉及领域的多样性，可以与多个学科融合。其中，关联性最高的是信息技术学科，同时，人工智能与科学、数学、道德与法制学科都有一定的关联性，是一项与多学科融合的课题。

● 人工智能走进小学信息技术课程

相比现阶段小学所开设的信息技术课程，人工智能所涉及的知识理论要更加深奥复杂。学生年龄的限制和相对薄弱的基础知识，使得传统的教学模式不仅不能发挥出应有的效果，反而会削减学生的学习兴趣。这就要求教师能够针对学生特点以及人工智能教学新要求，对现有教学模式进行改革与创新。以“认识和感悟”为核心的教学目标，在教学过程中可以通过认识、感悟和尝试人工智能这三个阶段，逐步引领学生走进人工智能的世界，体会人工智能为我们生活学习带来的便利和积极意义。

1.人工智能课程实施的困境及解决方法分析

目前，在人工智能走进小学信息技术课堂的过程中，仍然存在很多难题亟待解决。本文将重点从课程标准及教材、专业教师、基本设备和课程时间及类型这四个方面分别展开说明，并结合实际课堂和学校实际情况提出有针对性的解决方案。

（1）没有统一的课程标准和教材

目前，人工智能课程还没有统一的课程标准和教材，这就造成人工智能相关课程虽然出现在小学信息技术课堂上，但大多是以单独的课时形式出现，缺乏连贯性和标准性。因此，应尽快制订并出台全国性的中小学人工智能课程标准和专业性教材。当然，由于人工智能领域涉及的技术众多，且发展更迭速度较快，教师可根据学校实际情况和学生水平，积极开发符合本校实际情况的人工智能校本课程。

（2）专业教师不足

人工智能是一个以计算机科学为基础，由计算机、心理学、哲学等多个学科交叉融合成学科。学科内涉及内容多而复杂，且专业性较强。而信息技术只是人工智能学科体系中的一部分，传统的信息技术教师在人工智能课程的教学过程中会比较吃力。另外，基于人工智能学科自身性质，需要按照教学模块组织相对应的实践活动。因此，人工智能学科的教师团队，需要多个领域（如计算机科学、程序设计和图像处理等领域）的专业人才。

（3）课程所需基本设备缺乏

人工智能课程中对设备的硬件和软件环境均有较高要求，传统的信息技术授课教室无法满足教学要求。很多适合学生体验的语音识别和图像识别APP，由于设备的缺乏难以真正走进课堂，弱化了学生的参与感，影响教学效果。因此，教师应充分了解所在学校已有设备，将设备功能最大化;同时，借鉴兄弟学校的经验，尽量以低成本开展摸索阶段的教学工作。

（4）课程时间及类型安排问题

人工智能课程中所涉及的实践环节较多，每周一个课时无法支持实践环节的顺利进行。如果强行将课程划分为两部分，即将讲解和实践环节分割开，会严重影响学生的体验感受。因此，可以尝试将人工智能课程进行划分，将其分为普通课程和兴趣课程。普通课程侧重理论，兴趣课程侧重实践，让学生自主选择适合自己的课程，在有限的时间内将教学效果最优化。同时，充分利用课后社团活动，帮助学生在小范围内组织相关实践活动，积累经验。

2.人工智能课程设计方案

（1）目标

小学学段的学生还不具備理解人工智能复杂算法的能力。因此，在教学过程中以认知和感知为主，即结合学生实际情况，以了解和认识为主要目的，侧重体验教学，让学生了解人工智能的特点，感悟人工智能对生活和学习的影响。在教学过程中以拓展思维为核心，以活动—体验—提炼—思考—实践为新的教学模式，让学生在课堂上共享应用人工智能、协作开展学习交流的乐趣，在课程结束时做到“有所知、有所得、有所感、有所悟、有所乐”。让学生在轻松愉快的学习氛围中学习大数据、神经网络、机器学习等概念，体会它们在人工智能应用中的作用。在课程设置中注重案例与理论的结合，将语音识别、文字翻译、人脸识别、车牌识别、文字识别等内容模块化。低年级以兴趣培养为主，中年级扩展图像化编程，高年级进一步结合硬件操作，将知识进行整合，针对不同年龄阶段的学生，开展符合学情的课程类型。

（2）具体方案

①认识人工智能。通过课前调研，笔者发现学生对人工智能并不陌生。说到人工智能，他们可以联想到很多身边所见的实例，如扫地机器人、百度小度、商场导购机器人等。因此，人工智能课程设计的首要任务不是帮学生总结人工智能的概念、研究现状和核心技术，而是采用逆向教学的方式，从具体应用场景入手，让学生知道人工智能究竟可以做什么。在教学导入部分，以视频为载体，使用设问导入法，激发学生的好奇心，同时，明确学生的主体地位，增加学生交流讨论环节比重，引导学生自主研究。

②感悟人工智能。学生经过第一阶段的学习，对人工智能有了基本的认识，但并没有形成完整的知识体系。他们知道人工智能的很多应用，但对这些应用的分类和关系是模糊的。此时，是课程设计的关键时刻，也是将学生兴趣向感悟进行转化的合适时机。在第二阶段的教学中，笔者本着“轻技术，重感悟”的原则，从“看、听、说、想、动”五个方面开展感悟人工智能的教学。当然，“轻技术”并不是完全忽略技术的教学，而是将技术隐藏于具体应用之下，通过有形的实际应用，引导学生主动发掘隐藏在背后的无形的技术。以兴趣作为牵引，降低学生的接受难度。

③尝试人工智能。经过认识和感悟人工智能，学生初步掌握了人工智能，并对其应用场景有清晰的划分。学生在这一阶段拥有较强的表现欲望，教师可以划分出多个具有可操作性的小课题，让学生以小组为单位进行相关资料搜集和汇报演讲，使学生通过实际操作加深感悟与认识。以“人机交互”这一课题为例，在学生完成相关内容的演讲之后，教师提出“猜画小歌”这一微信小游戏，组织学生以小组为单位进行游戏，在游戏中加深对人机交互的理解。

（3）环境需求

①硬件环境：计算机或iPad。

②软件环境：图像识别（形色）、图像编辑（Prisma）、语音识别（讯飞输入法）、人机交互（百度小度）。

3.课程改革与创新的实施效果

（1）学生角度

人工智能走进小学信息技术课堂，帮助学生拓展思维，让学生在轻松愉悦的课堂氛围中了解“机器学习”“大数据”等专业概念，亲身体会“图像识别”“语音识别”和“人机交互”的实际操作，达到了在游戏中认识、在认识中感悟、在感悟中学习的目的。

（2）教师角度

人工智能学科的复杂性和交叉性，无疑向授课教师提出了更高的要求，加大了教师的备课难度。但与此同时也使得教师在课程中和学生共同进步，不断提升专业水平。

（3）学校角度

人工智能和信息技术学科间的融合，促进小学信息技术课程内容和体系的现代化建设，有利于学校培养出具备信息素养的新时代人才。

● 总结

在人工智能技术飞速发展的信息化时代，实施并推进新一代信息技术与教育教学工作融合，加速我国教育生态系统现代化建设进程，是教育领域研究者需要积极面对并认真思考的重要课题。在探究如何更好地将人工智能引入小学信息技术课程的实例中，笔者发现随着新一代信息技术的快速发展和成熟，信息技术与教育生态系统融合后形成的新场景、新功能和新模式，势必对未来的教育教学工作产生重要影响。今后，笔者将结合新时代教师及学生对知识多维度的需求，以人工智能浪潮为契机，逐步调整并平衡传统课程内容及模式在新技术面前存在的诸多问题，完善教育理念及教学模式，培养出具备信息素养的新时代人才。

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作者简介：陈紫扬，女，在北京信息科技大学获得信息与通信工程专业工学硕士学位，研究方向为5G移动通信和复杂网络舆情传播分析。