人工智能时代小学信息技术课程的定位、策略和实践探究 论文.docx

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1、人工智能时代小学信息技术课程的定位、策略和实践探究摘要：当今是一个科技快速发展，知识不断更新的时代，人工智能作为这个时 代引领科科学技术快速进步的引擎之一，已经融入到了社会生活中的方方面面。人 工智能时代的浪潮对人才培养提出了新的要求，而作为义务教育阶段学生接触人工 智能和计算机科学的第一门课，小学信息教育课程也急需更新和发展。在本文中， 笔者从背景和意义、定位和目标、挑战和实践三个角度，自上而下地分析探讨了人 工智能这一新的时代背景下小学信息技术课程发展的基础、方向和策略。关键词：人工智能，小学教育，信息技术一、人工智能时代中小学信息技术课程的背景和意义2017年7月，国务院印发了新一代人工

2、智能发展规划，指出在中小学阶段 设置人工智能相关课程，推广编程教育，将人工智能科普教育纳入常规教学。在 2019年3月，教育部又发布了2019年教育信息化和网络安全工作要点，再次明 确指出推动中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育的意见。这标志 着我国已经将人工智能领域的发展提升为国家战略的层次，并且高度重视人工智能 相关人才的培养。1 .国家和社会角度近些年来，以美国为首的西方国家在高新技术领域对我国展开围剿。为了解决 在关键技术上被国外卡脖子的问题，在整个计算机软硬件领域刮起了自研的风潮。 但是芯片制造等领域的商业模式决定了先入者独大，技术领先者开发出优秀的产品, 在全球范围内收

3、割巨额利润，反哺自己的研发从而实现良性循环。因此，自研可以 保证自主和可控，但很难做到繁荣。在这个人工智能迅速发展并深刻改变社会生活的时代，国家大力布局人工智能相关教育产业，不仅是为了顺应时代发展潮流, 更是为了抢抓人工智能发展的重大战略机遇，构筑我国在人工智能领域的先发优势, 实现弯道超车。箜曜fllAI人才播行怫15名CB名*英人才AI专寡总人数搏名国90103017120271186126921302115427714313mm626276902579723710344西IS牙276336中国4132066197印度386444308日*1172043219新加愫2912131210巴Q

4、2659274111961521112芬竺1294016913KS)1472116814686813615图IElementAl全球人工智能人才排行榜如图一所示，科技战就是人才战，人工智能领域的发展需要教育行业输送一批 又一批的人工智能行业的从业者、工程师和科学家。而小学信息教育课程作为很多 孩子接触信息领域的启蒙课，也就成为了人工智能时代人才培养战略的第一站。让 孩子从小就接触计算机科学和人工智能相关知识，为迎接未来智能时代的挑战做准 备，是世界上很多国家的共识。在人工智能的这场竞赛中，世界上有实力的国家， 都不想被时代落下。相信，在不久的将来，会有更多的国家把编程教育作为中小学 的必修课来

5、推广。2 .行业角度（1）人工智能行业在人工智能行业和与其密切相关的计算机、互联网行业中，往往存在着求职者 很多，但相关单位、实验室却招不到人的矛盾现象。究其原因，是人才的培训体系 和工业界、学术界的需求之间发生了偏差。缺人指的是缺少经过完整计算机科学、 统计科学、线性代数等相关知识教育的基础扎实的科研、工程人员相对缺失。饱和 指的是未经过系统的教学训练，由所谓培训班、速成班培训而成的相对低端的信息 产业从业者相对饱和。为了解决这种失衡的现象，就要求建立和开展系统的、层次 的、人工智能教学体系，为工业界和学术界输送高质量的人才。（2）非人工智能行业人工智能学科是一个综合了计算机科学、统计学、认

6、知科学和脑科学的多学科 融合的交叉学科，人工智能学科的包容性也为其带来了对其它行业和学科的适应性。 事实上，人工智能已经深入渗透进了很多传统行业之中，深刻的改变了传统行业的 模式。在这种全社会全行业的人工智能化潮流中，另一个巨大的人才缺口就是既掌 握人工智能的相关知识和应用能力，又深入了解传统行业运行模式的跨界人才，能 够把人工智能技术应用在传统行业中提升该行业的生产效率，实现行业的智能化。而这就需要教育行业提供面向全社会全行业人员的人工智能相关知识的科普和教育, 加速产业智能化升级。3 .个人发展角度在未来的十到二十年间，随着人工智能的快速发展和在各个行业领域的大面积 应用，很多重复性劳作、

7、简单的脑力和体力劳动可能会被人工智能所取代。具体有 多少工作会被取代还是个未知数，白宫的报告给的数字是47%,麦肯锡的报告估计 是49%；苹果的智能语音助手Siri的创始人之一 NormanWinarsky估计的数字是70%o 但人工智能的发展也会创造出新的岗位，而个人则需要不断适应这种发展带来的转 变。每个人都因该具有人工智能意识，这种意识的养成需要从小学阶段就建立起来。 让孩子学习和机器沟通的语言，培养符合智能时代要求的思维能力和技能，无疑能 给他们增添更多的求学机会以及未来职场竞争力。因此，把包括人工智能在内的信 息技术内容纳入到小学相关课程中除了战略意义之外还具有重大的现实意义。二、人

8、工智能教育在小学阶段的定位和目标人工智能教育是长期的、分层次、有体系的，小学阶段的人工智能教育应当以 科普性的教育为基础，获得认识、激发思考、培养兴趣。小学阶段的人工智能教育 其定位是认识性的基础教育，目标主要有两个：一是培养学生的数理逻辑能力，二 是激发对人工智能相关领域知识的兴趣。1 .数理逻辑世界的认识、思考和创造事实上，小学时期的人工智能教学和与其密切相关的计算机科学、少儿编程教 学一样，并不是为了在小学阶段就教会学生一项技能，而是为了启发学生对这个他 们身处的世界的另一面的观察和思考。如果说美术和音乐是为了教会学生从美学的 角度认识世界，学习人工智能和数理知识则是为了让学生们学会从逻

9、辑的角度看待 这个世界。不论是音乐美术，还是数理编程，其深层目标是统一的：让我们能够全 面地、多角度地观察、思考，并最终学会创造。青少年时期的创造主要分为两类： 快乐创造和理性创造。快乐创造指的是绘画、手工、过家家等活动，其过程是天马 行空的，是不可控的，是不遵循固定的模式守则的。而数学和与人工智能密切相关 的少儿编程，则是少年时代为数不多的可以接触到的数理逻辑训练。理性创造是有 严格定式的活动，其输入需要符合规则要求，输出则是可以预期的。相比于快乐创 造的天马行空，理性创造带来的是遵守规则的乐趣。2 .人工智能的概念认识和兴趣培养人工智能学科是一个交叉性学科，想要真正深入研究学习需要计算机科

10、学、统 计学、概率论、线性代数等一系列先修知识。想要在小学阶段涵盖这些知识内容显 然是不合适也不可能的。因此，小学阶段的人工智能教学更偏向于概念性的、科普 性的教学。让孩子们在无需相关知识背景的前提下对人工智能有一个直观的认识， 同时向学生传递人工智能意识，有助于他们在之后的学习生活中接触到了相关知识 能够更加游刃有余地应对。比如，人工智能中数据的规模往往是海量的，这时候为 了处理的效率，往往不是把海量的数据看成是一个一个相对独立的数字组成的，而 是把数据组合成一个完整的整体，把数据看成是数字矩阵，或者更高维的数据张量。 当然，在教学过程中不必陷于其中的细节，而是要强调这种向量化、矩阵化的处理

11、 方式，这不仅仅是运算上的问题，更多的是思维上的转变。三、人工智能教育在小学开展的挑战和实践3 .挑战(1)对教师队伍提出了更高的要求人工智能学科是一门新兴学科，并且依然处于高速发展之中。需要教师对相关 新知识、新概念有一个准确、全面的认识，才能进入到之后的教学环节中。这对教 师团队的持续学习能力提出了更高的要求，而目前对教师团队的专业训练显然是欠 缺的。笔者在日常的学习调研中就发现了一些基础性的错误。比如，有教师把人工 智能中的深度学习理解成了以学生为主体的深度思考、深度理解。事实上， 深度学习指的是机器学习中的一种研究方法，通过堆叠多层神经网络提高模型的 表达能力，是人工智能领域当前最前沿

12、的研究方向。而这个对深度学习概念的错误 理解还被写成了一篇论文发表在相关期刊上，这说明从教师到审稿人都缺乏相关专 业知识的学习。（2）教材设计需要与时俱进在日常教学活动中，大部分教师开展教学依靠教材，但现有教材的更新速度往 往大幅度落后于技术发展速度。这一现象在人工之智能领域更被凸显了出来，很多 书籍经常存在刚出版就过时的现象。特别是很多学校沿用以办公软件、图像处理为 主体的技能性学习为主体的老教材，更是与时代的发展格格不入。（3）实验室建设水平高低不一人工智能时代的教学，只凭借计算机机房已经远远不够。人工智能技术催生出 的新的软硬件设施层出不穷。以AR、VR技术为基础的智能头盔，以自然语言处

13、理为 基础的智能语音助手，以计算机视觉为基础的视觉机器人等等，都对实验室的建设 提出了更高的要求。而这种需要大量人力物力资源的需求往往会造成各地区教育水 平的差距，教育公平也将成为在人工智能时代信息技术教育的重要议题。4 .实践探究（以hourofcode为例）针对少儿的人工智能教育在全球都已经开展了起来，这里以其中一个比较著名 的全球性的项目：编程一小时（hourofcode）为例，希望能够起到窥一斑而知全豹 的效果。（1）教学活动要兼具趣味性和启发性图2hourofcode编程游戏图2中是一个编程游戏，通过操作鼠标拖动排列程序语句，让一条条指令组 成一个可运行的程序，控制左边的小人实现给定

14、的目标。这种简单的游戏教学既保 留了编程中最主要的模块化、程序化的思想，又避免陷入真正的繁琐复杂的实际编 程之中去，同时具有很强的趣味性，寓教于乐，在游戏中体验了编程的乐趣。(2)重在理解性、概念性的教学图 3hourofcode 教学 PPT图3是人工智能中关于机器学习概念的一张ppt,阐明了所谓机器学习这个 概念的主体和流程。这里并没有引入严谨的、繁杂的数学公式或是严格的、难以理 解的准确定义，而是用漫画的方式举了一个例子，向学生展示机器是如何从训练数 据中学习至U 知识的。(3)尽可能让学生参与其中在实际教学中，拉近学生与人工智能的关系是一个关键点。要让学生认识到人 工智能就在我们身边，

15、而不是一个遥远的概念。这就需要让学生实际参与到人工智 能的观察、演示、实验甚至创造中去。比如，通过演示人脸识别、语音助手、虚拟 现实等市面上已经成熟的人工智能产品，让学生们对人工智能的应用有一个大体了 解；也可以通过搭建智能积木、组合传感器和简单编程，让学生自己动手实现一个 智能机器人；或者通过团队协作，使用图形化的编程工具控制无人机完成特定的任 务。总之，要让学生成为学习过程中的主体，自主参与到对人工智能的学习中去。如何综合以上的关键点，如何在发展程度不同的地区开展人工智能视域下的小 学信息技术教学，具有很高的现实意义，在未来的很长一段时间里都将是一个重要 的议题。参考文献国务院：关于印发新一代人工智能发展规划的通知EB/OL2教育部：教育部办公厅关于印发2019年教育信息化和网络安全工作要点 的通知EB/OL王毅，吴玉霞.人工智能时代中小学信息技术课程定位、挑战与对策几教育导 刊，2020(10)： 72-76.黄荣.基于人工智能发展视域下的小学信息技术教学探究一一以苏教版小学信 息技术6年级人工智能的应用