在初中阶段开展人工智能普及性教育的困境与思考

李佳琦

摘要：作者作为一线教师，在初中信息技术教学中开展了人工智能大班化教学的尝试，将探索过程所遇到的困境和痛点予以整理，并从教学活动设计、活动策略以及科技伦理等方面提出行之有效的策略，为初中阶段开展人工智能普及性教育提供参考。

关键词：人工智能教育;初中;普及性教育;教学策略

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2022）11-0085-03

● 引言

2017年，国务院发布了《新一代人工智能发展规划》，指出应在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励广大科技工作者投身人工智能的科普和推广。2018年，教育部先后印发《高等学校人工智能创新行动计划》和《教育信息化2.0行动计划》，进一步明确要“构建人工智能多层次教育体系，在中小学阶段引入人工智能普及教育”。[1]可见，发展人工智能已经成为国家战略的需要。那么，人工智能教育在初中阶段应如何开展？笔者作为一线教师，在基层教学中开展了人工智能大班化教学的尝试。

● 在初中阶段开展人工智能普及性教育的必要性

笔者在教学实践中发现，初中阶段的学生普遍存在信息能力差异较大。对人工智能方面的知识一知半解、知识呈现碎片化等现状。另外，由于人工智能技术本身的复杂性和综合性，学生对人工智能知识持有好奇、畏惧、对抗等复杂的心理。[2]

笔者通过比对收集到的5套地方性人工智能教材，从中发现大部分课程对各阶段学生的学习目标都有区分：小学阶段侧重感知智能、体会应用和了解人工智能发展;初中阶段强调动手体验应用、分析评估、制作简易人工智能作品;高中阶段则强调搭建应用模块、调配参数、制作具体案例、创造性地解决问题。

人工智能领域作为科技发展的重要组成部分，其重要性不言而喻。因此，基础教育阶段普及人工智能教育是国之所需，其探索应以大班化课程形态呈现，辅以科创训练队的“精英式教育”。在全面提升学生素养的同时，选取有天赋有兴趣的学生做小众教育，两者相辅相成，才能达到提升与储备人才的目的。

● 在初中阶段开展人工智能普及性教育的现实困境

1.教学内容艰深

人工智能作为一门技术性综合课程，主要涉及智能科学与技术、数据科学与大数據技术、机器人工程、智能制造工程等以技术为核心的专业学科。[3]近年来，人工智能教育主要放在大学本科或以上教育阶段，而在中小学阶段开展知识传授，不论是学生还是授课教师都倍感压力。

2.课程方面缺少顶层设计

人工智能课程目前并未有国家统一的课程和课程纲要，大部分以地方性校本性课程为主。同时，其授课时间一般发生在信息技术课堂、综合实践课堂或科学课堂上，能用于传授人工智能知识的时间难以得到保证。另外，授课教师本身知识欠缺，校本课程设计的科学性和实用性有待验证，导致学生掌握的知识不够系统。

3.授课缺乏成熟的课例示范和参考

由于人工智能课程是新型课程，其教学范例还在逐步摸索中，因此，对于处在开荒时期的教师而言缺乏成熟的课例示范。

4.混淆编程教育、机器人教育、创客教育与人工智能教育

由于编程教育、机器人教育、创客教育、人工智能教育这几门课程的教学内容和涉及的技术互相交叠、互相依托，所以许多线上课程或机构为了贴合时代热点，给教材冠以“人工智能”的头衔，它们表面上看是人工智能课程，内容实则为编程课程或机器人课程，对人工智能的教学内容一笔带过或仅停留在理论层面。

5.混淆人工智能应用和人工智能教育

“人工智能+”主要用于教学辅助、学习增强、课堂评价、考试测试等方面。简要地的说，人工智能应用就是人工智能技术运用于教育管理和学科教学，让技术赋能教育。而人工智能教育讨论的是技术本身，技术本就是知识，而非工具。但很多论文成果将人工智能应用和人工智能教育混为一谈，引起了大众的误解。

● 在初中阶段开展人工智能普及性教育的探索

1.使用微课讲解重要概念，将知识浅显化、具象化

Zaid Ali Alsagoff教授曾提出教学视频的作用是“激发、影响和告知”。因此，通过微视频能快速引起学生的兴趣，带有标号的步骤描述、关键操作的特写都会让学生更好地掌握课堂知识，从而快速突出教学重点，高效完成知识的传授。

例如，在教学《机器学习》一课时，授课对象是初中一年级学生。面对一群缺少基本知识铺垫的学生，笔者很有压力，他们应该了解哪些知识点？掌握到怎样的程度？使用何种学习形式？这些对笔者而言都是难题。经过思考，笔者将这节课的教学难度定位在“重了解、重体验”上，抛弃艰深晦涩的专业名词。因此，在突破“什么是机器学习”这一重要概念时，笔者制作了一个4分钟的科普微视频，以动画形式呈现，从类比人类婴幼儿学习过程入手，简述计算机机器学习的涵义。紧接着，以“Alphago与李世石的围棋大战”为例，强调机器学习与大数据之间的密切关系。最后，展示五种机器学习应用的生活实例，让学生体验科技应用就在身边。

2.设计充分的体验活动，降低对高深知识的恐惧

去年由于新冠肺炎疫情肆虐，深圳市民纷纷响应政府号召居家隔离，原本面对面的教学方式转变为线上教学。此时的信息技术教学面临着参与课堂人数增多（学校要求同年级学生在同一时间段进行上课，学生人数从40～50人激增到200人左右）、失去统一的机房环境、难以配备教学软件等问题。那么，超大班额的线上课如何讲授人工智能课程呢？笔者对计算机通识课——《什么是人工智能》进行教学设计时，尝试在自由体验环节，让学生使用手机打开“讯飞AI体验栈”小程序，让学生感受AI各式各样的应用，并分享自己的体验，同时整理引出人工智能的概念和特点。

3.借助人工智能实验平台验证技术原理

在人工智能课程中，学习的知识往往比较抽象，因而，将抽象的知识形象化就显得尤为重要。验证技术原理就是一种行之有效的教学方式，它是将计算机思维的过程以形象化的形式展现出来，让学生经历与计算运行思维相似的过程，帮助他们深入理解人工智能的工作原理，学习科学家的设计方法，领悟科学的思想和精神。

笔者使用得较多的体验和验证原理平台是CocoBlockly人工智能实验室（https：//www.cocorobo.cn/），该平台提供视觉处理、语音识别和文本分析三个大模块的资源，无需安装任何插件，使用浏览器便可直接体验最前沿的人工智能研究、技术和应用，实现与机器的高效互动。例如，在讲解《手写数字识别》时，涉及深度神经网络的知识，需要分层，每一层需要有神经元，如何过滤、选用什么激活函数等需要逐步分析。艰深的知识容易把学生绕得云里雾里。该平台提供了原理验证，将层级可视化，将输入层、卷积层、池化层、连接层、输出层进行展示或隐藏。形象化的演示过程，让使用者能一目了然地看到每个神经元负责识别数字的哪一部分，最终到达识别数字的目的。

4.将人工智能技术融入虚拟编程作品

在人工智能技术学习过程中，必然涉及利用程序设计编写个性化作品。笔者认为，大班化授课应“重原理，轻语句”，“轻语句”即尽量降低编程语言的门槛，选择图形化语言教学，让学生动手做贴近生活的实例。

例如，笔者曾指导学生设计“智能家居”编程作品。“智能家居”项目利用图形化编程软件作为想象力的工具支撑，借助人工智能技术，模拟未来智能家居的功能与样式，希望通过智能家居优化人们的生活方式，激发人們对未来生活的向往和热爱。在项目中，有大量使用人工智能技术作为现实生活输入、虚拟环境作为响应的例子。①人脸识别技术。使用人脸识别实现房屋的门禁，感应能否进入房屋;使用表情识别分辨主人的情绪，机器人可以根据主人的情绪做出不同的反馈。②语音识别技术。使用语音识别技术，让家居设备做出相应响应，模拟物联网环境，如开关灯、换灯光颜色、开关空调、开启电视等;使用语音识别技术和语言翻译技术，制作游戏厅中的古诗词问答游戏和英文练习的语音对答。③姿态识别技术。使用姿态识别技术，识别不同肢体动作，实现体感换衣体验。

实际上，上述的技术使用并不需要进行底层编程，学生只需要了解人工智能技术的原理以及语句的调用方法即可轻松实现现实控制虚拟世界效果，大大提高了学生的学习成就感。有了上述的案例示范，在后期大班化常态化教学中，笔者就可侧重于利用小编程互动案例开拓学生思维，激发学生创作人工智能作品的欲望。

5.在课程中渗透信息道德和伦理意识

教育的目的并不只是学习知识、习得技能，更重要是“育人”，培育有正确价值观、生活观、人生观的人。当人与人之间隔着屏幕和网络交往时，传统的道德约束显得越发无力，这就容易引发一系列伦理风险。教师在课程设计过程中，应当注意渗透信息道德和伦理意识，强调对自身和他人隐私的保护，不随意攻击他人，传递国际普遍接受的网络公约。

笔者曾在课堂上借助云平台，设置“人工智能与机器智能孰高孰低”的讨论，希望通过观点的相互交流碰撞，引发学生思考人类与技术的关系，摆正自身的位置。

● 结语

在中小学阶段设置人工智能相关课程，能够帮助学生适应瞬息万变的信息时代，从长远意义上看，能够推动国家人工智能技术的蓬勃发展，因此，普及人工智能教育已势在必行。作为科创教师，应秉承“开放创新、探究体验”的教育理念，保持学习，更新知识库，并勇于探索人工智能优秀课例，为开发新型教学模式做积累，为学生播撒科创的种子，为提升全民科学素养做贡献。

参考文献：

[1]贺德富，杨莉.中小学人工智能普及教育的难点与探索[J].科教文汇，2021（08）：160-162.

[2]胡胜华.佛山市中小学人工智能教育现状及发展路径[J].中国教育信息化，2021（02）：40-43.

[3]刘俊波，乐进军.中小学人工智能课程建设初探[J].基础教育课程，2020（01）：16-20.