中小学人工智能教育课程探究

文 /蔡晓程

引 言

在科学技术领域，人工智能取得了较大的发展，同时也在教育领域发挥了重要的价值和作用。在教育领域，人工智能产生的影响主要包括两大方面：一方面是基于人工智能技术的智慧教育，主要是充分利用人工智能的成果，使其助力教育过程；另一方面是中小学人工智能课程，主要是指引导学生掌握人工智能技术，使其具备良好的人工智能素养。在具体的课程中，人工智能课程具有交叉学科知识的内容，对学生的动手能力有较高的要求，并且在落实的过程中对课程、师资、设备等方面也有较高要求，需要根据实际的教学情况不断地进行完善和改进。

一、人工智能课程概述

人工智能属于计算机科学，从字面上看是指利用人工方法和技术，通过模仿来拓展人的智能，使机器变得智能化。该技术主要研究计算机模拟和延伸人脑功能的内容。人工智能技术不仅影响了人类的生活，还对人类的工作过程和思维模式产生了较大的推动作用[1]。如今，人工智能技术已经作为教育内容纳入了中小学课程体系中。人工智能课程的主要内容是针对人工智能知识的集合学习以及进行与之对应的活动，但具体的课程内容并没有局限在编程软件的学习和使用上，还包括了机器人、模式识别及各种开源硬件等工具的学习。

二、人工智能课程特点

（一）交叉学科知识

在人工智能课程的学习过程中，学生需要在掌握计算机编程相关知识的基础上，对物理、数学等学科知识拥有一定程度的了解。由此便能看出，人工智能课程是由多学科的知识融会贯通而形成的，这些学科知识相互融合，共同为人工智能课程提供支撑，进而有效推进人工智能课程的开展和落实。

另外，这门课程涉及的知识十分丰富，理论性较强，知识内容十分抽象、难懂。因此，学生在学习时需要具备较强的数学基础和逻辑能力。其内容涉及的其他科目也较多，包括物理、数学、计算机科学等。因此，编者在编写教材时，还需要对其他科目的知识内容进行考虑和填充，使教材内容能够实现与其他学科的衔接。

（二）重视实践操作

人工智能课程对学生的实践能力要求较高。在课程进行的过程中，教师应注重让学生动手实操，使学生能够在学习过程中将理论知识充分落实。另外，这门课程开展的主要目的是让学生能够将自己的想法和创意实物化，让学生能够在学习中提高创新思维和动手能力。

丰富的实践活动能在一定程度上增强学生在课堂上的体验感，使他们能够更积极主动地投入课程学习，逐渐发现学习人工智能课程的乐趣，并对此产生较大的热情和动力，进而主动、积极地进行知识的学习和探究。这同时也是人工智能课程独具的特色。

（三）拓展教学资源

灵活而丰富的教学始终是人工智能课程的教学主旨。综合能力的培养最重要的就是要引入大量的教学资源。常规的人工智能课程设置缺少教学手段和内容的变化，教学资源倾向于理论传授，教学步骤完全按部就班，学生很难得到足够的拓展空间，对于一些技术性理论知识的理解也不够透彻。小学生需要丰富的学习资源来提高自己的技术能力。资源越多，涉及的范围越广泛，学生的思维就会得到更大的拓展。

人工智能教学本是以拓展教学为主，应该成为锻炼学生多方面能力的教学平台，但目前很多人工智能课堂教学并没有发挥出应有的作用。另外，在人工智能教学过程中，还有一点需要教师注意，那就是怎样能培养学生的技术素养，不能仅仅依靠教师的讲解进行有限的操作。学生在实际操作过程中可能会遇到很多教材上未曾讲过的问题，如果没有良好的技术素养，只凭借书本内容解决实际问题，那么学生将会遇到很多困难。

三、中小学人工智能教育课程实施的现状

（一）课程设置滞后

如今，虽然许多学校已经开始编写人工智能相关教材，但从总体上看，大部分学校还是难以开展系统的人工智能课程，还依赖信息技术课程进行人工智能知识的渗透，这样的人工智能知识具有片面性。同时，学生在学习时也难以将自己的学习重点放在掌握人工智能相关知识方面。在信息技术课堂上，学生主要是利用编程语言和软件进行操作和学习。在学习人工智能相关知识时，他们很难从虚拟的学习环境转换到现实的学习过程中。

（二）专业教师匮乏

作为一门新兴的交叉学科，人工智能教育的开展仍然存在许多难以解决的问题。其中，师资力量的匮乏便是明显的问题。部分教师并没有经历过系统的培训，甚至部分教师仅仅是通过自学相关的知识内容而进行教学，并没有真正了解人工智能。这种现象的出现主要有两方面原因。

一方面，各个高校输出的人工智能专业人才大多不会进入中小学任教，这也进一步导致人工智能教育方面专业教师匮乏，成为开展人工智能课程的重大阻碍。另一方面，在中小学阶段，教师很难系统地接触人工智能方面的知识。虽然有一些教师投身于创客教育，对人工智能相关的知识有一定的了解，但这些教师的掌握还是不够系统的，仅仅是了解零散的知识，很难迅速成长为这项课程的专业教师。

（三）硬件设施不足

当下，部分地区的教材中已经开始涉及机器人项目的学习。例如，灯光闪烁有规律、声波测距离障碍等。但对应的设备没有到位。这一问题在大部分的学校中都出现了，普遍现象是有充足的编程软件，但与之相匹配的设备十分缺乏。这就导致学生在学习时只能通过编程对知识进行理解和掌握，无法结合实物进行实践体验，其实践能力和动手能力难以得到有效提升，也难以实现人工智能教育的目标。当前，人工智能设备价格昂贵，许多学校引进的设备数量不足，在一定程度上降低了普及人工智能课程的可能性。

四、中小学实施人工智能课程的相关策略

（一）研发人工智能课程教材

具有指导性的教材是开展人工智能课程的基础和迫切需求。只有研发出适合的教材，才能为人工智能教师提供理论依据。教材的设计需要遵循人工智能的课程特点，充分体现交叉学科知识，并将一些实践操作的主题进行详细具体的阐述。教材开发既要考虑到学校课程的整体性，也要遵循学生知识学习的整体性。学校要从校本教材开发过程的整体性出发，全程确定好目标，配置内容，组织实施，改革课堂评价，培训实验教师及保障教学条件。

人工智能的教材开发要通过学生自身经历而实现，所以学校要引导学生联系实际，主动调查，主动实践，主动查阅文献，收集资料，提出和探讨问题。教材应符合学生生活和社会生活的实际，遵从“教材从问题开始，问题来源于生活”的实践性原则。学校在教材开发的过程中，要根据学生的需求、学校以及社会教育资源的实际，确立校本课程开发的内容，不跟风、不盲从，量力而行。

（二）打造“双师双聘”教师队伍

在中小学阶段，虽然有一些教师具备计算机专业基础，但目前仍然普遍缺乏人工智能的专业人才。因此，各学校需要通过培养或引进教师资源来增强学校的师资力量。学校可以从高校聘请人工智能专家，开展人工智能主题讲座，为教师提供优质的人工智能学习环境，使教师能够通过讲座了解到全面、丰富的人工智能知识，其中包括人工智能的发展与应用、人工智能现状、机器学习概述、模式识别概述等内容。

此外，学校还可以定期进行人工智能专题培训，内容包括机器人培训、无人机培训等，让教师通过实际的操作，逐渐提升实践意识和动手能力。通过这些活动，中小学教师能够不断提升自己，逐渐成长为专业性较强的中小学人工智能教师。

（三）加强对优秀教师队伍的建设

人才的培养靠教育，教师也需要不断学习。只有进行多元化的教师队伍建设，才能激发教师对人工智能教学的工作热情，并把全部精力投放到对学生的教育中去，促进教学水平的进步。教育环境的改变是外部保障，而培养教师要从激发教师的内驱力入手。作为新时代的教师，尊重自己的职业，理解自己的职责，提升职业素养是发展之本。青年教师工作应当注重实效，而不是成绩，让学生能够学会知识，能用技术，热爱和享受学习。

基于此，学校应投入更多的时间与精力，结合人文管理的教学理念，提升教师的专业素养，努力优化教学方案，使人工智能教育能够与时代的发展同步，与新时代的发展思想同步，在不断的创新中为教学改革做出贡献。另外，学校还应制订合理的鼓励性措施，注重对教师的创新鼓励，充分结合荣誉评比、评优制度，激励教师积极进行管理工作创新，完成人工智能教师队伍的优化[2]。

（四）加强场馆教学资源开发

未来，科技馆、智能技术馆可以带来真实场景、模拟设备、音响效果等立体的体验。利用丰富的教学素材和教学情境把抽象化的书本学习转化成更直接的感官感受，能够显著提升学生的学习欲望和教师的教学效果。学习兴趣的培养对于学习质量的提高有着显著的促进作用。单纯的课堂教学和语言授课很难让学生充分理解教材上的诸多的公式和定理。场馆课程将为学生创造一个真实的、立体的授课环境，加强学生多方位的感官感受。学生在模拟的教学情境中可以更容易融入人工智能的学习内容，接受教师的指导并完成探究性学习，还能强化对人工智能知识的理解程度，加深学习的印象。同时，立体化教学将理解与运用相结合，能够显著提升学生对理论知识和相关定理的理解能力和逻辑思维能力，从而在根本上提升学生的学习效果。

教师利用逼真的教学情境可以优化课程的设计，创新教学方法，充分调动学生的好奇心和兴趣，使其期待能够在教师的指导下学习到新的东西。场馆课程提供了丰富的教学内容和新鲜的学习体验，学生能够在活灵活现的情境中掌握教材的知识点，全方位提高感官体验，在大脑中留下深刻的记忆。斯宾塞说过：“硬塞知识的办法经常引起人对书籍的厌恶，这样就无法使人得到合理的教育所培养的那种自学能力，反而会使这种能力不断地退步”。可见，相比于被动的灌输式学习，开发场馆资源能够激发学生的学习兴趣，培养学生主动学习的习惯，拓宽学生的视野，让学生发自内心地热爱学习、享受学习，养成良好的思考和观察习惯[3]。

结 语

文章在阐述人工智能课程概念的基础上，从几方面讲述了人工智能的课程特点，主要包括交叉学科知识、重视实践操作这两方面，同时指出，在中小学落实人工智能教育的过程中仍然存在着许多难以解决的问题，其中包括课程设置滞后、专业教师匮乏、硬件设施不足等问题。最后，文章又从几方面提出了在中小学落实人工智能课程的相关策略，主要包括研发人工智能课程教材、打造“双师双聘”教师队伍这两方面。希望文章的内容能够给相关工作人员提供一些帮助。