小學(xué)信息技術(shù)課中人工智能的應(yīng)用

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摘要：隨著科技的進(jìn)步，人工智能技術(shù)發(fā)展的步伐不斷加快，人工智能的技術(shù)和理論甚至代表著信息技術(shù)的最前沿，將人工智能融入到信息技術(shù)課程體系中來，能夠更加系統(tǒng)化地培養(yǎng)小學(xué)生的信息素養(yǎng)。對(duì)小學(xué)信息技術(shù)課中人工智能教育進(jìn)行了深入分析和研究。

關(guān)鍵詞：小學(xué)；人工智能；信息技術(shù)

當(dāng)今科技研發(fā)領(lǐng)域中，人工智能一直處于信息技術(shù)的前沿，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展定位在很大程度上取決于信息技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用和研究。與此同時(shí)，由于信息化發(fā)展的需要，也為人工智能技術(shù)的發(fā)展提出了更高要求。所以，作為信息技術(shù)中的核心組成部分，人工智能中的內(nèi)容是小學(xué)信息技術(shù)課程中重點(diǎn)講授的內(nèi)容。

1開展人工智能教育的意義

作為計(jì)算機(jī)科學(xué)中一個(gè)分支的信息技術(shù)，更具體來講主要是一門運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬的學(xué)科。它的研究方向是通過計(jì)算機(jī)模擬大腦所從事的問題求解、推理、規(guī)劃、證明、思考、識(shí)別、學(xué)習(xí)、理解和設(shè)計(jì)等思維活動(dòng)，以此來解決較為復(fù)雜的問題，這其中包括規(guī)劃、咨詢、預(yù)測(cè)和診斷等問題。與此同時(shí)，人工智能技術(shù)也涉及多個(gè)學(xué)科，例如哲學(xué)、數(shù)學(xué)、信息學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)和控制論等。和普通的信息技術(shù)相比，人工智能技術(shù)在處理方法和解決策略方面具有獨(dú)特的風(fēng)格。將人工智能基本內(nèi)容融入到小學(xué)信息技術(shù)教育中來，可以使學(xué)生在認(rèn)識(shí)和體驗(yàn)人工智能技術(shù)與知識(shí)的過程中體會(huì)到半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化問題解決的便捷，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生多角度看待問題，實(shí)現(xiàn)小學(xué)生信息素養(yǎng)的提升。經(jīng)過階段化的人工智能教育，學(xué)生還能夠了解并熟悉人工智能語言的特性，從而領(lǐng)會(huì)到問題智能化求解的主要策略，這樣有利于培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)其對(duì)人工智能技術(shù)的探索，為將來深入學(xué)習(xí)信息技術(shù)奠定基礎(chǔ)。

2融入人工智能教育內(nèi)容的特點(diǎn)

2.1重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的感知思維和編程能力

在進(jìn)行計(jì)算機(jī)教育的初始階段，信息技術(shù)教育只是對(duì)學(xué)生使用計(jì)算機(jī)的實(shí)際操作能力的提升，將計(jì)算機(jī)看作是工具供學(xué)生使用。但是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)教育已經(jīng)無法滿足學(xué)生操作計(jì)算機(jī)的實(shí)際需求，其教育的重點(diǎn)需要轉(zhuǎn)換為信息技術(shù)素養(yǎng)的培養(yǎng)，其課程目標(biāo)也與過去有所不同，目前的培養(yǎng)目標(biāo)更符合時(shí)展的需求。2017年，我國教育頒發(fā)的文件中明確指出要大力發(fā)展人工智能教育的培養(yǎng)，其中包括創(chuàng)客教育和STEM教育等，其教育的重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力和創(chuàng)新能力。

2.2重點(diǎn)教育內(nèi)容是AI技術(shù)及其運(yùn)用

在2017版《義務(wù)教育小學(xué)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中明確指出：小學(xué)學(xué)科教育內(nèi)容分為4個(gè)部分，將信息技術(shù)教育劃分到“技術(shù)與工程”部分。重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)其感性認(rèn)知，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。小學(xué)階段的信息技術(shù)課程中人工智能技術(shù)也有所體現(xiàn)，其教學(xué)目標(biāo)是提升學(xué)生計(jì)算機(jī)操作能力和編程能力，該階段的教育重點(diǎn)是體驗(yàn)AI技術(shù)產(chǎn)品，同時(shí)具備該技術(shù)的操作能力。

3融入人工智能教育的方式

3.1加快構(gòu)建小學(xué)編程教學(xué)體系

一位教育學(xué)家曾說過：“在未來的幾十年中，你的孩子如果精通編程，他將是世界的創(chuàng)造者，他如果不懂，充其量只是一個(gè)使用者。”隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，AI技術(shù)將融入到社會(huì)民眾生活中的各個(gè)角落，編程也將成為計(jì)算機(jī)與人類溝通的橋梁。由此可見，編程將和語文、數(shù)學(xué)一樣，成為民眾所具備的素質(zhì)，它將是未來時(shí)展的主旋律。就目前人工智能應(yīng)用情況來看，其學(xué)習(xí)的核心是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法和機(jī)器學(xué)習(xí)算法，正是因?yàn)檫@些算法的存在使人工智能更加智慧，因此算法的學(xué)習(xí)是編程教育中的核心。根據(jù)以上的論述，需要根據(jù)特點(diǎn)，需要相關(guān)人員構(gòu)建完備的編程教學(xué)體系，該體系可分為5個(gè)階段。（1）創(chuàng)設(shè)情境，主要是以游戲?yàn)橹鳎鳛閷W(xué)習(xí)編程的切入點(diǎn)，該階段主要是面向零基礎(chǔ)學(xué)生，適合低年級(jí)小學(xué)生學(xué)習(xí)。（2）重點(diǎn)對(duì)Scratch圖形化編程進(jìn)行重點(diǎn)教學(xué)，在教學(xué)中需要要教師逐步引導(dǎo)學(xué)生理解和運(yùn)用Scratch圖形化編程，進(jìn)而幫助學(xué)生樹立利用編程的方法來解決相應(yīng)的問題。（3）教育重點(diǎn)是是項(xiàng)目學(xué)習(xí)，在進(jìn)行相應(yīng)的進(jìn)行測(cè)試與評(píng)估、提出問題、搭建與糾錯(cuò)、需求分析，進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行判斷和重復(fù)，該階段的主要面對(duì)的是小學(xué)后期階段的學(xué)生。（4）掌握冒泡、循環(huán)、遞歸、列表和分治等學(xué)習(xí)內(nèi)容，與此同時(shí)還可以把雞兔同籠、植樹問題、農(nóng)夫過河問題，甚至是畫出謝爾賓斯基三角形、二叉樹、科赫雪花，利用上述學(xué)習(xí)內(nèi)容來進(jìn)行算法的應(yīng)用，主要針對(duì)的是五年級(jí)小學(xué)生。（5）教授的是編程機(jī)器人學(xué)習(xí)，通過與各類硬件的結(jié)合，使學(xué)生通過編程來實(shí)現(xiàn)機(jī)器人動(dòng)作的組合，主要是面向六年級(jí)學(xué)生。3.2利用人工智能分析抽象問題問題分析一般是把比較復(fù)雜化的問題分解成為多個(gè)比較容易解決的小問題。比如說，利用人工智能分析“兔子如何繁殖”的問題為例子。如果說每一對(duì)出生2月的兔子就能繁殖出2只兔子，那么現(xiàn)在一對(duì)剛被繁殖出來的兔子，1年之后總共有多少對(duì)兔子？分析問題：兔子第1個(gè)月的繁殖數(shù)量為1對(duì)；第2個(gè)月的數(shù)量不變；第3個(gè)月的繁殖數(shù)量增加1對(duì)，也就是2對(duì)，這2對(duì)兔子1對(duì)為剛出生的幼兔，而另1對(duì)為出生2月的老兔；第4個(gè)月兔子的繁殖數(shù)量增加到3對(duì)，1對(duì)剛出生的幼兔，2對(duì)老兔，之后以此類推。利用人工智能分析抽象問題后得知，在這個(gè)問題中其規(guī)律在于，每月的老兔對(duì)數(shù)為上一月的兔子對(duì)數(shù)總和，而幼兔的對(duì)數(shù)則是上兩月的兔子對(duì)數(shù)總和，將兔子對(duì)數(shù)按月排序那么其結(jié)果為1，1，2，3，5，8，13……。通過人工智能，把“兔子如何繁殖”這種比復(fù)雜且抽象的問題進(jìn)行分析，然后逐個(gè)解決每一個(gè)小問題，以提高自身的問題分析能力。在現(xiàn)實(shí)生活中的問題是各種各樣的，而問題的分析方法也千差萬別，所以需要對(duì)問題進(jìn)行分析歸納，以便更好地培養(yǎng)抽象問題、分析問題的能力，而這種抽象及分析能力也正是人工智能思維的重要體現(xiàn)。

3.3通過算法尋找到解決方法

在進(jìn)行問題的解決時(shí)，可以利用較為成熟的工具、算法，經(jīng)過相應(yīng)的修改及加工，最終形成解決問題的方法，以此來提高對(duì)人工智能的理解及認(rèn)識(shí)。比較上述提到的實(shí)例問題，通過抽象分析找到解決的方法，然后利用人工智能進(jìn)行求解，最終找到問題的答案。如:3.4探索和發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)的載體，使創(chuàng)編人工智能實(shí)例成為現(xiàn)實(shí)很多創(chuàng)客對(duì)目前存在的產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)改造，使升級(jí)改造后的產(chǎn)品更加智能化，例如創(chuàng)造無人駕駛、mDe-signer3、思泰姆的奇樂方和小貓科技等，學(xué)生通過所學(xué)知識(shí)可以快速創(chuàng)作出弱智能項(xiàng)目。與此同時(shí)，開設(shè)系統(tǒng)化的課程體系、智能硬件和智能編程平臺(tái)等，使學(xué)生按部就班地進(jìn)行人工智能課程學(xué)習(xí)，體驗(yàn)人工智能算法、體驗(yàn)圖像識(shí)別技術(shù)、建模、大數(shù)據(jù)應(yīng)用和語音識(shí)別技術(shù)。例如，小貓科技中，以Scratch3.0圖形化框架軟件作為平臺(tái)，Kittenblock打通并支持Micro:bit、Arduino等開源硬件的編程運(yùn)行。這其中利用了TensorFlow算法，TensorFlow是由谷歌公司開發(fā)的，它是基于深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的通用化機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，它是當(dāng)今世界最流行的開源機(jī)器學(xué)習(xí)框架，具有適合產(chǎn)品級(jí)大規(guī)模應(yīng)用、快速和靈活等特點(diǎn)，能夠使每個(gè)研究者或者是開發(fā)者方便使用人工智能來解決相關(guān)問題。同樣，學(xué)生還可以基于人工智能的算法來建立游戲模型，例如“石頭、剪刀、布”游戲，經(jīng)過模型訓(xùn)練后，無論以什么方式進(jìn)行游戲，都無法戰(zhàn)勝電腦。在游戲制作過程中，學(xué)生可以充分感受到深度學(xué)習(xí)的意義，了解建模與算法在游戲制作中的作用。又如，美科AI模塊課創(chuàng)作出大量的IA的案例，例如在創(chuàng)作人臉識(shí)別游戲，通過攝像頭來實(shí)現(xiàn)人像識(shí)別，通過學(xué)生動(dòng)手創(chuàng)作在很短時(shí)間內(nèi)判斷識(shí)別人的相關(guān)特征。因此，人工智能進(jìn)入課堂，教師需要構(gòu)建完整的知識(shí)體系，該體系將融合趣味性、科學(xué)性和先進(jìn)性，使學(xué)生在快樂中學(xué)習(xí)到人工智能的相關(guān)知識(shí)，通過學(xué)習(xí)算法、編程，在智能項(xiàng)目中提升其創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力。

4結(jié)語

人工智能作為當(dāng)今主流技術(shù)之一，其實(shí)質(zhì)是信息技術(shù)中的一部分。從當(dāng)前的小學(xué)信息技術(shù)課程中可以發(fā)現(xiàn)，其教育的重點(diǎn)將轉(zhuǎn)變?yōu)槿斯ぶ悄芙逃Ｐ畔⒓夹g(shù)教育通過不斷地調(diào)整已經(jīng)形成了完整的知識(shí)體系，不斷滿足時(shí)代的需求。

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作者：張婷婷 單位：吉林市萬達(dá)實(shí)驗(yàn)小學(xué)