小学阶段人工智能校本课程的开发与实施

    王欣

    

    

    人工智能教育正呈现出蓬勃发展之势，如何让生活中的人工智能步入课堂，如何让学生对人工智能深度理解与实践而不再停留于浅层认识，，还需要不断探索突破。下面，笔者将简述所在学校人工智能校本课程开发与实施路径，并以自己设计的《智能结算》一课为例，梳理总结经验策略。

    ● 小学阶段人工智能校本课程开发策略

    2019年，笔者所在学校开始开发小学人工智能校本课程，以期让身边的人工智能技术走近学生，让学生对人工智能技术有所了解，并可以用人工智能技术进行仿真与建模。

    1.教材方向选取与课时保障

    在开发人工智能教材时，注重从突破原理性知识、仿真建模等方向着手，将学生身边可以接触到的扫码智能结算、智能声控灯、AR体感游戏、视频侦测、文字朗读等人工智能技术纳入课程开发内容。在设计人工智能程序时，教学目标不再停留在对人工智能技术的浅层认识，而是深入学习人工智能的工作原理，理解算法，再通过图形化编程平台设计出人工智能程序。

    在研究过程中，笔者发现，目前全国专门开设人工智能课程的学校较少，多数学校以社团的形式或者利用较少的信息技术课时传授人工智能知识。因受课时限制，人工智能教学的普及率较低，同时又因场地受限，理论知识多于实践活动。为确保人工智能课程的有效实施，保障教学课时，笔者所在学校从地方课程校本化角度出发，将人工智能校本课程开发与粤教版信息技术课程融合，把地方课程教学目标与人工智能培养目标结合起来，为人工智能教学的有效实施提供保障路径。这样，通过每周一次的信息技术课，就可以对学生进行常态化的人工智能思维与能力培养。

    2.创建人工智能学习环境

    （1）课堂内环境建设。人工智能课堂建设一般包含教学资源、软件平台、机器人拼装套件等。教学资源由学校人工智能团队教师结合校本教材进行开发，目前已建立了8课时的教学资源库;因为面向小学生，软件平台选择图形化编程软件。经过筛选对比，选择了有人脸识别、二维码识别、语音识别、AR等人工智能模块的某猫平台进行教学。学生可以通过相关内容的学习，仿真建模人工智能程序，同时，还配套了机器人硬件，以体验为主，让学生体验与专家系统对话的过程，还可以通过修改程序，给机器人增加技能。这些准备，为课堂教学提供了丰富的教学资源。

    （2）课堂外环境建设。人工智能思维培养不能局限在课堂空间，更应该走入学生的生活，因此在校园建设上，加入了大量的人工智能应用，为学生创设更多元的人工智能学习环境。例如，在教室门口、功能室设置了电子班牌、人脸门禁系统，让学生常态化体验人脸识别技术;在教室安装温度、湿度传感器，自动感应调节教室温度;同时，搭建智慧物联平台，师生可以通过平台远程控制空调、灯光、窗帘等设施，让教室变得智慧起来。接下来，还将在校园内建设智慧图书亭，通过平台，学生可以随时了解自己的借书情况，学校也能掌握图书借阅的数据，为评出学校的阅读之星及最受学生喜欢的图书提供数据支持。为学生营造全方位的人工智能技术应用，也会在潜移默化中，给学生带来知识与情感的内化体验。

    ● 基于图形化编程的人工智能校本课程设计

    在查阅目前市面上出版的人工智能教材后，笔者发现，课程多以体验、理论为主，少有较为系统的人工智能编程课程。同时，如何将地方课程校本化，以保障教学课时，是需要集中解决的问题。通过研究粤教版信息技术教材发现，第三册（上）教材内容是用软件学习图形化编程，更容易与人工智能技术融合。因此，笔者所在学校研究团队用图形化编程软件模仿人工智能技术的工作原理，找到了问题解决的突破口，从而实现地方课程校本化的目的。

    1.选定合适的图形化编程平台

    确定了课程开发的内容，就要选择合适的图形化编程平台。这个平台，应该具有动作、外观、事件、控制、侦测、数字与逻辑运算等基本模块，还应有人脸识别、语音识别等人工智能模块。结合实际，通过反复对比斟酌，笔者所在学校研究团队选用某猫软件为校本课程实践平台。

    2.课程内容融合设计

    在设计课程内容前，先调查了解学生能接触到的人工智能技术。通过调查发现，学生对二维码图像识别、人脸识别、声控开关、AR体验游戏等有所了解，所以笔者将这些技术融入到课程中来。通过对学生认知能力与知识建构解析，设计了人工智能五年级上册校本课程。具体课程目录如下表所示。

    ● 《智能结算》教学设计

    下面，笔者以《智能结算》一课为例展示课程设计思路。本课带着学生分析智能结算系统的工作原理，用图形化编程平台编写仿真的智能结算程序，再以小组为单位做职业体验，体验超市结算系统。

    1.了解智能结算系统原理

    智能结算对五年级的学生来说并不陌生，因为学生早就习惯不用纸币而是用手机“扫一扫”的支付形式购买物品。随着技術的发展，超市、商场、快餐店里的服务人员在不断减少，取而代之的是一台智能结算设备。只要让智能结算设备扫一下购买物品的二维码或条形码，即可在屏幕上显示出商品单价，点击结算按钮后，总价被计算出来即可通过手机进行支付。因此，在课堂设计之初，要先带着学生理清智能结算程序的设计流程图。

    2.建立商品信息库

    超市的物品要卖出，需要先将物品上架，即把商品信息输入到一个信息库中。信息库里都应该包含商品的哪些信息？通过学生讨论思考，明确商品名称与商品价格是关键信息，必不可少。如何给商品建立信息库呢？这里将用到图形化编程的模块类的“列表”，用其来储存商品信息，如下页图1所示。

    3.制作商品二维码

    本次编程设计涉及二维码的概念。什么是二维码？怎么制作二维码？机器又是如何识别二维码的呢？因此，本课设计了人物“安安”与AI博士的对话，从而引出二维码的概念。同时，在“不同‘视界”环节，为学生提供了制作二维码的简单方式，如下页图2所示。在学生学会操作后，请其制作出超市商品的二维码清单，并将商品二维码贴到对应商品上。

    4.编写扫码结算程序

    前面已经建立了两个列表，分别显示商品的名称和价格。如果要计算购买的商品总价，还需要模块的另一个成员“变量”来帮忙。什么是变量？变量是指没有固定的值，是可以改变的数。下面设计增加“和”变量用来记录实时变化的商品总价的程序，如图3所示。

    增加变量后，可搭建扫码结算程序。当开启摄像头扫描二维码时进行条件判断，如果二维码扫描结果等于商品编号1，则将商品库里的第1项显示到“结算列表”中，以此类推。当按结算按钮时，则计算“结算列表”中商品的价格之和，以得出最后的结算总价。

    5.模拟体验无人结算程序

    编写好程序，还需要测试检验。笔者将学生分为多个小组，以小组为单位，请小组展示设计的无人超市结算系统，其他同学模拟体验，并反馈自己的使用感受，以使设计者不断优化程序。

    至此，本课内容设计结束。本课涉及人工智能技术中的图像识别技术，即识别二维码图像。希望学生对生活中常用的二维码有进一步的认识，能运用列表、变量、AI模块编写出智能结算程序，通过这一过程，培养学生的综合实践能力与创新思维。

    ● 结语

    在小学阶段培养学生的计算思维、设计思维、交互思维等素养，开发和实践人工智能、信息技术课程可以说最直接有效的培养路径。目前，我国人工智能课程仍处于初级发展阶段，在开设人工智能课程时，还需要解决学什么、如何教、如何评价等问题。