摘要：本文圍繞“人工智能”的邏輯主線和相關(guān)大概念，篩選了既符合科學(xué)原理又兼顧技術(shù)應(yīng)用的學(xué)習(xí)內(nèi)容，并針對(duì)不同年段學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，提出了基于“不插電活動(dòng)”“問題導(dǎo)向”及“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”策略的教學(xué)實(shí)施方案，力求在教學(xué)中兼顧科學(xué)原理的普及和技術(shù)應(yīng)用的實(shí)踐操作，為一線教師落實(shí)新課標(biāo)課程理念提供可行的參考。關(guān)鍵詞：人工智能；“科”“技”并重；核心素養(yǎng)《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）將“人工智能”列為課程六大邏輯主線之一，明確指出小學(xué)低年級(jí)應(yīng)注重生活中的人工智能體驗(yàn)，而中高年級(jí)則應(yīng)初步學(xué)習(xí)其基本概念和原理，并進(jìn)行應(yīng)用實(shí)踐。人工智能的基本原理是課程的重要組成部分，但由于其涉及的概念復(fù)雜，且對(duì)小學(xué)生而言，這些概念較難直接解釋，簡(jiǎn)潔的定義往往讓學(xué)生感到晦澀難懂。如果僅停留在應(yīng)用體驗(yàn)上，學(xué)生對(duì)原理的理解也會(huì)顯得膚淺，難以形成深入的知識(shí)體系。因此，如何在小學(xué)階段合理把握人工智能教學(xué)的深度和廣度，明確教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)方法和預(yù)期成果，并為初中和高中階段的人工智能教育銜接做好準(zhǔn)備，是當(dāng)前面臨的重要挑戰(zhàn)。目前，小學(xué)人工智能課程通常安排在高年級(jí)，實(shí)際教學(xué)大多是拓展內(nèi)容或校本課程，依托于機(jī)器人、創(chuàng)客課程開展實(shí)踐，對(duì)硬件設(shè)備要求高，教學(xué)重視實(shí)踐應(yīng)用，忽視科學(xué)原理的普及，仍停留在“技”，缺少“科”的元素。本文旨在根據(jù)新課標(biāo)中“人工智能”課程的邏輯主線和大概念框架，系統(tǒng)梳理教學(xué)內(nèi)容，并提出在小學(xué)階段實(shí)施“科學(xué)與技術(shù)并重”教學(xué)策略的可行方案，力求打破以往過度依賴硬件設(shè)備和操作實(shí)踐的教學(xué)狀態(tài)。整體設(shè)計(jì)：遴選科技并重的學(xué)習(xí)內(nèi)容新課標(biāo)將“人工智能”作為核心主線，設(shè)立了“人工智能與智慧社會(huì)”模塊，涵蓋了人工智能的基本概念與應(yīng)用、人工智能的實(shí)現(xiàn)方式、智慧社會(huì)中的人工智能倫理以及人工智能的安全與發(fā)展四個(gè)基本主題。其中，“人工智能的基本概念與應(yīng)用”作為基礎(chǔ)模塊，特別適合小學(xué)階段的人工智能啟蒙教育。在小學(xué)階段，學(xué)生的“人工智能初體驗(yàn)”主要聚焦于兩個(gè)核心問題：“人工智能是什么”及“人工智能能做什么”。通過這些問題的探索，學(xué)生首先能夠?qū)θ斯ぶ悄艿幕靖拍詈蛯?shí)現(xiàn)原理形成初步理解，認(rèn)識(shí)到人工智能與計(jì)算機(jī)科學(xué)之間的密切關(guān)系，并通過身邊的人工智能應(yīng)用，初步感知其工作原理。圍繞新課標(biāo)的內(nèi)容要求和學(xué)業(yè)目標(biāo)，筆者構(gòu)建了小學(xué)階段“人工智能初體驗(yàn)”的結(jié)構(gòu)化知識(shí)體系，如圖1所示。該體系包括“知識(shí)建構(gòu)”和“應(yīng)用體驗(yàn)”兩部分?！爸R(shí)建構(gòu)”部分從低年級(jí)到高年級(jí)逐步介紹人工智能的起源與發(fā)展，幫助學(xué)生將對(duì)人工智能的感性認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為理性理解；“應(yīng)用體驗(yàn)”部分則通過讓學(xué)生親自操作人工智能應(yīng)用，幫助他們感知其背后的技術(shù)原理與實(shí)現(xiàn)機(jī)制。根據(jù)這一體系，筆者設(shè)計(jì)并實(shí)施了系列教學(xué)活動(dòng)，旨在幫助學(xué)生樹立“學(xué)AI”“用AI”和“創(chuàng)AI”的意識(shí)，為其未來的人工智能學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。梯度學(xué)習(xí)：大概念統(tǒng)攝下的分層設(shè)置基于信息科技課程中的“人工智能”這一邏輯主線，筆者梳理了學(xué)科相關(guān)的大概念，并據(jù)此設(shè)定了各學(xué)段的學(xué)習(xí)目標(biāo)，如表1所示。鑒于小學(xué)生從具象到抽象的思維發(fā)展特點(diǎn)，課程設(shè)計(jì)將學(xué)習(xí)內(nèi)容分為了解、認(rèn)識(shí)、感悟、體驗(yàn)、實(shí)踐和應(yīng)用六個(gè)層次，并根據(jù)這一思維發(fā)展規(guī)律，構(gòu)建了三個(gè)梯度的內(nèi)容體系，如表2所示。這一設(shè)計(jì)既體現(xiàn)了學(xué)生認(rèn)知能力的遞進(jìn)過程，同時(shí)也為整個(gè)課程框架的形成奠定了基礎(chǔ)。在小學(xué)階段，一至三年級(jí)的教學(xué)重點(diǎn)是了解和認(rèn)識(shí)人工智能。此階段的學(xué)生思維直觀、具體，認(rèn)知以形象思維為主，且對(duì)人工智能的了解較為有限，計(jì)算機(jī)操作能力也相對(duì)較弱。因此，本階段的人工智能教育應(yīng)以激發(fā)學(xué)生的興趣為主，內(nèi)容側(cè)重于介紹人工智能的發(fā)展歷史、人機(jī)對(duì)弈的經(jīng)典故事及人工智能特征的基本概念，而非對(duì)具體算法的講解。教學(xué)目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和信息素養(yǎng)，為后續(xù)更深入的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。在四至五年級(jí)，教學(xué)內(nèi)容轉(zhuǎn)向感悟與體驗(yàn)。此時(shí)，學(xué)生已對(duì)人工智能有了初步了解，并開始形成自己的看法。借助數(shù)字設(shè)備和在線平臺(tái)中的人工智能應(yīng)用，學(xué)生能夠直接體驗(yàn)人工智能的功能與作用。到五年級(jí)，學(xué)生開始接觸簡(jiǎn)單的算法學(xué)習(xí)，能夠理解計(jì)算機(jī)如何對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽象、分解和建模，從而具備初步的計(jì)算思維能力。因此，教學(xué)應(yīng)側(cè)重于通過體驗(yàn)加深學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)的理解，并幫助他們感悟技術(shù)背后的原理。在六年級(jí)，學(xué)生的學(xué)習(xí)重點(diǎn)轉(zhuǎn)向?qū)嵺`與展望。隨著學(xué)生進(jìn)入青春期，抽象思維逐漸占據(jù)主導(dǎo)地位，他們能夠在已有知識(shí)基礎(chǔ)上進(jìn)行推理、假設(shè)和實(shí)驗(yàn)，進(jìn)一步開展探索與創(chuàng)新。此時(shí)，教師應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生通過解決實(shí)際問題來應(yīng)用知識(shí)，培養(yǎng)他們的獨(dú)立思考、實(shí)踐操作和創(chuàng)新能力，課程內(nèi)容應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生分析和評(píng)估智能硬件、編程方法和人工智能技術(shù)，鼓勵(lì)學(xué)生創(chuàng)作AI作品，以應(yīng)對(duì)實(shí)際問題的挑戰(zhàn)。策略架構(gòu)：關(guān)注不同層次的思維生長(zhǎng)基于上述分析，針對(duì)“AI初識(shí)、AI思維、AI實(shí)踐”三個(gè)層次，筆者分別對(duì)應(yīng)采用“不插電活動(dòng)”“問題導(dǎo)向”和“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”的教學(xué)策略開展有效教學(xué)，以實(shí)現(xiàn)學(xué)生的概念理解、思維發(fā)展。1.不插電AI活動(dòng)，深化概念理解不插電AI活動(dòng)是結(jié)合小學(xué)低年段認(rèn)知特點(diǎn)，以一個(gè)人工智能概念為核心，把概念的認(rèn)知學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化為趣味性、沉浸式探究活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生的理解，加強(qiáng)對(duì)人工智能本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。例如，在引入人工智能教學(xué)時(shí)，“智能”是必須理解的一個(gè)基礎(chǔ)概念，判斷機(jī)器是否具有人工智能的標(biāo)準(zhǔn)需要通過圖靈測(cè)試，因此將“圖靈測(cè)試”作為活動(dòng)知識(shí)點(diǎn)，它的內(nèi)涵是：向與自己不在一個(gè)房間的人和機(jī)器提出同一問題，并且根據(jù)兩者的回答，判斷其是機(jī)器還是人?？紤]到與圖靈測(cè)試內(nèi)涵相近的“猜性別”，根據(jù)回答判斷性別是男是女，以及“機(jī)器—人”“男—女”的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以設(shè)計(jì)“身份游戲”來呈現(xiàn)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。在游戲中，讓男生以女生的方式回答問題或者讓女生以男生的方式回答問題，然后由其他同學(xué)猜測(cè)回答者的真正性別。2.問題引導(dǎo)，探尋原理本質(zhì)對(duì)于中年段的小學(xué)生來說，較為抽象的人工智能原理與應(yīng)用體驗(yàn)之間必然存在一個(gè)過渡層次，即思維發(fā)展的“發(fā)展區(qū)”。相比直接講授概念原理，教師應(yīng)通過提出問題引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)際體驗(yàn)中進(jìn)行深入探究，以促進(jìn)其對(duì)原理本質(zhì)的理解和思維能力的提升。例如，在學(xué)習(xí)《圖像識(shí)別》一課時(shí)，以“體驗(yàn)圖像識(shí)別是什么的應(yīng)用——分析怎樣識(shí)別的過程——探尋為什么能識(shí)別的本質(zhì)”為主線，把體驗(yàn)實(shí)踐作為思維活動(dòng)的載體，引導(dǎo)學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展螺旋上升。相對(duì)于以往的人工智能課，本課在應(yīng)用體驗(yàn)后又深入了一步，將整節(jié)課的重點(diǎn)放在分析圖像識(shí)別的過程上，圍繞教學(xué)重難點(diǎn)設(shè)計(jì)了四個(gè)核心問題——“為什么能通過圖像進(jìn)行識(shí)別”“計(jì)算機(jī)識(shí)別圖像的過程是什么”“圖像識(shí)別的步驟是什么”“圖像識(shí)別準(zhǔn)確度取決于什么”，以下頁圖2所示的流程開展教學(xué)。這四個(gè)核心問題是在直觀感性的操作后的追問思考，指向圖像識(shí)別的過程和技術(shù)支撐，是對(duì)機(jī)器識(shí)別原理的一種深入了解和研究。3.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，促進(jìn)思維發(fā)展高年段的人工智能課程則基于實(shí)際問題情境，通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式，結(jié)合人工智能知識(shí)進(jìn)行問題解決，并設(shè)計(jì)具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的解決方案。在這一過程中，學(xué)生在潛移默化中完成了“感知—理解—應(yīng)用—?jiǎng)?chuàng)造”的人工智能學(xué)習(xí)過程。在人工智能主題活動(dòng)中，學(xué)生通過親身體驗(yàn)智能產(chǎn)品的規(guī)劃設(shè)計(jì)與創(chuàng)意實(shí)現(xiàn)過程，借助“智能分類垃圾桶”項(xiàng)目，感受人工智能技術(shù)給生活帶來的改變與便利。在前期學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)學(xué)會(huì)AI平臺(tái)xDing軟件的使用，并能編寫簡(jiǎn)單的語音識(shí)別、圖像識(shí)別程序。本項(xiàng)目按照“需求—設(shè)想—規(guī)劃—物化—迭代”的項(xiàng)目設(shè)計(jì)流程展開，如下頁圖3所示。關(guān)于“垃圾分類”項(xiàng)目主題，學(xué)生選取身邊常見的場(chǎng)景，如學(xué)校、社區(qū)、公園等，進(jìn)行前期調(diào)研，觀察發(fā)現(xiàn)問題，緊接著結(jié)合人工智能知識(shí)提出解決問題的初步設(shè)想。這讓學(xué)生意識(shí)到，人工智能不僅是知識(shí)與實(shí)踐的結(jié)合，更是一種解決問題的思維方式。在項(xiàng)目實(shí)施過程中，學(xué)生通過觀察、搭建、操作、實(shí)踐等環(huán)節(jié)，進(jìn)行初步嘗試解決問題，這本身就是一種思維活動(dòng)。教師在此基礎(chǔ)上通過引導(dǎo)和提醒，