小学人工智能教学范例

摘要:在中小学阶段设置人工智能相关课程体现了国家对智能时代人才培养的高度重视。为使人工智能教育落地、有效，让学生了解人工智能、实现原理、应用领域；初步掌握计算机算法与编程，能够使用编程语言进行人工智能科普活动实践。探索人工智能普及教育各学段相关课程应该以怎样的形态存在，如何以最小的代价取得人工智能普及教育的最大效益。

关键词:人工智能教育；计算思维；算法编程；最大效益

1引言

人工智能作为连接未来的教育，面向中小学进行普及，很大程度上带来的是逻辑思维能力的提升和思维方式的改变。当今中小学人工智能教育已经成为一个炙手可热的话题，各类资源纷纷涌现：国家课程、校本课程和校内教育活动、相关学科竞赛活动、校外培训机构开展的相关教育活动等。以人工智能为主题的各类教学内容五花八门。信息技术教师要认真解读国务院颁发的《新一代人工智能发展规划》，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广[1]。以深入浅出、通俗易懂的教育方式，使学生理解人工智能教育与信息技术教育、编程教育与智能机器人教育的区别。探索通过选择合理的AI编程语言和设计AI活动情境，有效地实施人工智能教学，培育人工智能素养。展开计算与推理，模拟与拓展人类的认知和思维的人工智能科普活动，包括信息学、创意编程、智能设计、智能机器人项目。探索人工智能教育各学段相关课程存在的形态。构建基础教育人工智能课程内容框架和知识体系。

2人工智能核心概念

2.1人工智能教育。中小学人工智能教育的目的不是让学生做研究，而是要让他们对人工智能产生兴趣，进而确立职业目标，成长为AI技术领域人才。中小学的人工智能教育中，要关注的不应只是提供很多的硬件，而是应该关注给青少年培育人工智能的核心素养。从感知、认知、创新三个层次构建在教学中的学习任务和效果达成。从经历认识带来对人工智能特征识别等方面的了解,帮助学生识别和分辨人工智能应用、体验、理解、设计这一过程；从体验带来对人工智能真实场景的了解,帮助学生内化成为意识；从理解带来概念、原理的分析,帮助学生深层理解,从而学会主动选择人工智能；从设计带来学生动手实践的真实应用,帮助学生理解人工智能解决问题的方法设计。这样可以达成从不同层面对人工智能的能力素养培养。

2.2计算思维培养模式。人工智能教育的核心是计算思维。目前人工智能研究五个方面：自然语言处理、计算机视觉、语音识别、专家系统以及智能机器人。计算与推理、机器学习、传感与控制都与算法编程密不可分。算法编程是计算思维赋能的重要平台。理解人工智能核心素养概念，清晰计算思维在中小学人工智能教育中的地位和作用，培养学生的计算思维和问题求解能力，达到人工智能教育课程的核心目标。以此带动信息学竞赛、创意编程、创新AI作品、智能机器人的“四翼”蓬勃发展，培养出越来越多有创意、能创新、勇创业的新时代科技苗子。

【摘要】随着人工智能教育的迅速发展，如何在小学开展人工智能课程，达到发展学生科学素养的目的成为亟待研究的问题。广州市越秀区东风东路小学进行积极探索，构建了以情境化、网络化、结构化为主要特点的教学模式。实施过程包括创设情境、发现问题、分析问题、探究建模、初步制作以及迭代设计、分析讨论和作品发布等步骤，包含在激发思维、思维建模、拓展思维三个模块中。其中，激发思维和拓展思维模块放在课外进行，思维建模作为核心内容课上完成。

【关键词】人工智能；教学模式；网络空间

一、研究背景

为响应国家号召，经广州市教育局评审，广州市越秀区东风东路小学成为广州首批人工智能课程改革实验校，将人工智能课程纳入常规教学。作为一个新兴领域，人工智能教育发展迅速。但如何设计小学人工智能教学的流程、网络空间支持的小学人工智能教学模式以及如何对该模式的效果进行评价等成为亟待研究的问题。本文以科学理论为指导，分析小学人工智能教学流程，并结合网络空间支持人工智能教学的功能和作用，试图构建网络空间支持的小学人工智能教学模式。人工智能课堂教学应该以项目式学习开展，重构教学组织方式，创设有利于学生开展项目学习的数字化环境等。但实际上，项目式学习的开展仍需要进一步加强指导。现实中，大部分教师采用讲授法、体验式学习等教学方法落实知识传授与素养提升。因此，以科学理论为指导，结合教学实践，构建一个具有较强操作性的小学人工智能教学模式，对促进小学人工智能教育发展有着积极的意义。将人工智能纳入常规课堂，面临着很多的挑战。一是课时短，任务多。每周只有一节信息技术课，在40分钟时间内要完成多项任务是很困难的。二是常规课堂缺乏深度学习，学生只能是蜻蜓点水般带过所有任务。三是课堂上学生思维得不到充足的训练。因此，开发一种新的教学模式迫在眉睫。新模式应该具备以下特点：一是情境化，使学生将所学知识与实际生活联系，运用工具将创意转化为作品，让生活更美好；二是网络化，突破常规课堂限制，通过网络把学习空间延伸到校外，解决课时不足的问题；三是结构化，在学习过程中对问题进行分析归纳，建立思维模型，促进创新思维的发展。

二、课例分析

基于多元融合的人工智能教学模式具有情境化、网络化、结构化特点。其具体实施过程分为创设情境、发现问题、分析问题、探究建模、初步制作，还有不断迭代设计、分析讨论和作品发布等步骤。原来这些过程都是在一节课完成的，时间明显不够。所以，教师把整个教学流程分成激发思维、思维建模、拓展思维三个模块。依靠网络空间把第一、第三模块放在课外进行，而最核心的思维建模部分则留在常规课堂中。笔者将以“智创节能校园”为例，展示该模式在小学人工智能教学的具体流程以及网络空间对各个环节的支持作用。

（一）激发思维

【摘要】随着信息技术的不断发展，各式各样先进的计算机技术、信息化技术得以在音乐教育领域得到不断推广，作为信息技术发展的重要产物，人工智能涉及诸多交叉性的综合性学科内容，为音乐教育增添了诸多新的元素和内容。本文通过分析人工智能在音乐教育中的作用，对人工智能在音乐教育中的应用以及人工智能在音乐教育中应用的发展趋势展开研究探讨，以期为促进我国音乐教育的健康稳定发展提供一些帮助。

【关键词】人工智能；音乐教育；应用

引言

人工智能，即为AI，作为计算机科学的一个重要分支，主要作用于人类智能的模拟、开发及扩展，其涉及十分广泛的学科内容，诸如计算机视觉、机器学习等。总的而言，人工智能研究的一项主要目标即为让机器可从事一些常规情况下需要人类智能方可实现的复杂工作。近年来，人工智能在诸多学科领域得到推广应用，并收获了丰硕的应用成果。音乐教育领域便是人工智能的应用领域之一，并逐渐转变成音乐教育的发展趋势，人工智能在音乐教育中的应用不断收获获得进展，并对音乐教育的教学理念、教学方式方法等带来了极大冲击。基于此，本文对人工智能在音乐教育中的应用展开研究探讨。

一、人工智能在音乐教育中的作用

人工智能在音乐教育中起到至关重要的作用，且主要表现为：其一，可促进优化师资水平。近年来，人工智能不断呈现出取代低技能功能的趋势，对于音乐教育而言，人工智能可直接优化音乐教师师资水平，究其原因在于人工智能可有效取代一些严格意义上算不上是“音乐教师”的教学人员，学生和家长将不断提高对智能机器的认同度。另外，音乐教师借助人工智能可更为高效、便捷地开展自我学习，进而使师资水平得以不断优化。其二，可促进提高教师教学质量及效率。依托人工智能的大数据分析，教师可迅速了解学生的学习水平、学习背景等情况，如此一来，教师便可迅速地进入教学工作者的角色，为学生开展有效的教学工作，满足每一位学生的教育需求，有效提高教师的教学质量及效率。其三，可提高学生学习效率。音乐学习是快乐的，也是枯燥的，要想掌握一定的音乐技能，需要学习者投入大量的时间、精力，而并非每个学习者都能坚持到最后。通过引入人工智能，可调动起学生学习音乐的主观能动性，帮助学生认识到自身学习中存在的不足，督促学生学习，进而切实提高学生学习效率。

二、人工智能在音乐教育中的应用

摘要:人工智能对高等教育产生的影响主要在虚拟导师、互动数据分析、全球课堂机会等方面，但人工智能在大学教育的具体运用方面，仍处于初级阶段，没有真正融入教育核心当中。而且在部分教育领域方面，人工智能的运用，虽然能够提升教学效率，但是不会带来革命性的转变。

关键词:大学教育;人工智能;方略

随着人工智能理念的不断普及，为避免在大学教育过程当中违背教学理念，忽略教学本身的现象，在当前改进过程当中，要把握人工智能对大学教育带来的技术变革，从大学教育的本质出发，科学运用人工智能的同时，还要积极地采取应对策略，时刻秉持大学教育的初心。那么，针对人工智能对于大学教育带来的冲击，应当采取哪些应对措施呢?

一、丰富教育项目

在大学教育开展过程当中，随着教育方式的变革，机器带来的变化越来越大。学生越来越多地借助网络技术，在线搜索工具等方式，实现在网络上课在家学习。单个院校的概念消失，学期教育模式也被全年学习逐渐取代。为此，要重点强调合作的关系，要不断地对教育项目进行开发，在节省经济成本的基础上，以学生就业方向为主，融入更加灵活的教育项目。在满足学生兴趣和需要的同时，更加便利学生学习方式［1］。

二、加强国际合作

在人工智能发展的影响下，也逐渐地延伸了全球课堂，为进一步提升学生的学习信心，要加强国际合作。通过跨国学科的开展，为学生将来更好地接受教育，积极地参与到学习过程当中，为更好地就业提供基础。例如，在新加坡院校改进过程当中，政府采用了未来技术项目，通过明确建立两个发展指标，为学生培育提供一定的渠道。通过发挥学生适应性的学习技能，来对国际当中的气候变化、金融等国际性问题进行探讨，鼓励学生勇于尝试，强化学生认知能力，为社会提供更加优秀的人才。

信息技术是一门新学科，它对学生的动手能力和实践能力有着比较高的要求，对培养学生创新能力具备一定的优势[1]。教师开展数字化教学，将多学科知识进行融合，可以满足学生综合性和深层次的学习需求，促进课堂教与学的方式变革。小学信息技术课堂上，教师开展数字化教学，以学生为学习主体，让学生在项目活动中践行“做中学”的理念，既能体现学科的整合性和知识的整体性，又能让学生愉悦地探索，在探索过程中强化对知识的理解，提高创新意识和应用能力。笔者在信息技术支持下，尝试对整合课程“四无粮仓”进行整体建构，组织学生参与项目式学习，注重学生的实践与体验，引导学生利用信息技术把握各学科的知识关联，让他们在跨学科的课程整合教学中获得更为全面的认知。

一、“四无粮仓”整合课程的框架

随着课程改革的推进，小学课程呈现多元化和生活化的特点，教师可将富有趣味性、探究性的学习素材作为课程主题，引导学生从生活中发现问题，自主学习与合作探究，激发自身潜力，促进个性发展。笔者在开发项目式学习课程的过程中，坚持用信息技术整合多学科的数字化教学理念，采用多样化的课堂教学形式，开展整合式学科课程教学活动，旨在培养学生的综合素养。在实施过程中，笔者强调学生的主体地位，根据学生的年段和学习特点，设计了不同的教学内容，以学生体验、探究和互动为核心，培养学生的实践能力。以小学三至六年级跨学科整合拓展课程“四无粮仓”为例，笔者将仓前古建筑“四无（无虫、无霉、无鼠、无雀）粮仓”作为学习活动素材，分年段开展教学：从粮仓的电脑绘画到三维设计，再到3D打印与人工智能创意，让学生经历调查、研究、构图、设计与创造等过程，实现学科知识的整合和优化，对知识形成全面的认知（如图1）。

二、细品“粮仓”构造，探索绘画技术

笔者在建构课程过程中，注重学生的操作与实践，引领学生通过个性化的创造性学习，对不同学科的知识内容进行感知、整合，在掌握信息技术知识的基础上发展创新思维。

（一）收集学习素材

电脑绘画课教学前，笔者引导学生学习“四无粮仓陈列馆”的内容知识，让学生初步了解粮仓：粮仓是用于存储粮食的场所，用于安全存放粮食。学生借助移动终端搜索有关“四无粮仓”的资料，了解粮仓的基本构造。笔者以“四无粮仓”为素材，用PPT呈现三年级学生的传统美术作品，研究“粮仓”的构图、着色特点（如图2-1）。在此基础上，笔者呈现多幅粮仓图片，为学生提供参考素材。以此帮助学生建立绘画的理念与空间意识，提高学生的观察能力和审美能力。

［摘要］人工智能正在深刻地改变着人们的生活方式、思维方式乃至生存方式，人们对知识的认知在一定程度上发生了新的转向，这对传统教育而言无疑是个巨大挑战。幼儿园教育活动与人工智能对幼儿的培养具有契合性，这促进了培养目标的新转向和方法的新变化。基于人工智能支持的幼儿园教育活动应遵循以下几条原则:以幼儿的发展为前提，以幼儿的需求为根本，以幼儿的体验为基础。

［关键词］人工智能;幼儿园;教育活动

近年来，人工智能技术正在深刻地改变着人们的生活方式、思维方式乃至生存方式。2017年7月，国务院《新一代人工智能发展规划》，首次将人工智能提升到国家发展的战略层面，意味着我国对人工智能的重视达到前所未有的高度。为了培养信息技术人才，我国长期以来将学生的创新精神和实践能力作为国民素质教育的重点。《中国学生发展核心素养》研究报告中指出:“核心素养以培养‘全面发展的人’为核心。”［1］学前教育是基础教育的起始阶段，儿童是国家的希望和民族的未来。随着国家对人工智能的高度重视，幼儿园将人工智能技术应用于教育活动之中，不仅有助于促进教育发展战略的落实，更有助于促进幼儿信息素养的提高。

一、人工智能与幼儿园教育活动的适切性

人工智能(ArificialIntelligence)是指能够模拟人类智能活动的智能机器或智能系统。［2］人工智能的最突出特征是与人类行为智能的相似性，具体包括推理、学习、寻求目标、解决问题和适应性等要素［3］。人工智能时代的到来，对人类的生产和生活造成全方位冲击。进入21世纪以来，人工智能对教育领域的发展也产生重要影响。在此形势下，如何借助人工智能技术实现教育模式的变革和人才培养方式的创新，成为世界改革发展的重要议题与挑战。在人工智能的冲击下，国务院于2017年颁布了《新一代人工智能发展规划》和《国家教育事业发展“十三五”规划》，旨在推动人才培养模式和教学方法的完善。目前，人工智能走进高校与中小学课堂的现象已屡见不鲜，然而学前教育领域对人工智能的应用还较少见。人工智能的发展势必对学前教育的发展产生影响。基于二者之间的契合性，本文主要有以下两点思考。

(一)培养目标的新转向

人工智能作为一门新兴的技术科学，其宗旨是尝试模拟甚至超越人类的思考和工作方式。人工智能不仅给人类发展带来前所未有的福利，而且为人类带来了前所未有的挑战。在此背景下，人类究竟何去何从成为世界性议题。从知识层面而言，传统教育模式以硬性知识学习为主，而这些硬性知识正是当前人工智能发展的数据基础，人工智能技术下的产物很容易替代人类完成这部分内容。因此，人工智能使人才培养目标发生新的转向，即不仅追求人才的硬性知识水平，而且更加关注人才的软性知识程度，如信息搜索与加工、问题发现与解决、技术完善与创新等。教育是国家培养人才的主要途径，人才培养目标的定位决定国家改革与发展的价值取向。无论我国还是发达国家，都已充分认识到人才培养目标的重要性。进入21世纪以来，我国相继出台诸多政策法规，改进与完善人才培养模式和教育教学方法，其根本目的在于培养具有全新价值观和知识技能的人。“人生百年，立于幼学”，学前教育是国民教育体系的重要组成部分，对幼儿的培养情况直接关系到未来的人才培养质量。因此，学前教育阶段是人才培养的奠基时期。什么样的儿童才能符合国家未来的人才培养目标?结合新世纪人才培养的具体指向来看，我们要培养具有好奇心和主动探索能力的儿童，培养具有软性知识和能力的儿童，培养具有创新意识和能力的儿童，培养具有思考意识和解决问题能力的儿童。人工智能时代的来临，正在让幼儿园的教育目标悄然无息地发生变化。

摘要：随着计算机技术的逐渐发展，计算机的普及已经十分全面，涉及各个行业。计算机基本操作技术也成为大学生的必备技能，在未来的工作岗位上有很重要的应用。高等院校是人才培养的重要场所，计算机基础课程教学也是大学生的必修内容。本文通过对当下信息技术形成的社会环境进行分析，提出了高校计算机教学存在的问题，并简要提出改进的思路，为高校计算机课程改革提供一份理论参考。

关键词：计算机课程；高校教育；计算机应用

0引言

高校计算机教学是基础课程，学生通过对计算机基础的学习，掌握必备的计算机办公知识，提高学生对信息技术的基本认识，提升学生对计算机以及信息技术的兴趣。更有必要的是，使学生能够认识和了解计算机语言，为今后的技能提升奠定一定的基础。目前高校的计算机基础课程教育理念还存在一些问题，制约着课程的建设和学生计算机能力的提升，需要教学人员能够从自身工作中明确认识到不足之处。

1计算机技术在工作中的具体应用

随着信息化程度的不断提高，计算机作为终端设备已经在各行各业中广泛应用，计算机技术也逐渐成为企业和机构日常办公的基本内容。因此，对于人员的计算机操作能力也逐渐成为重要的技能要求。目前除了专业计算机方向的岗位之外，其他岗位对计算机技术要求最多的就是基础软件和行业专业软件的操作。高校在进行计算机基础的教学时，往往以基础软件的操作为主，其他专业软件由各个专业的教学开展教学活动。随着计算机技术的不断提高，各个行业都已经研发了相关的专业软件。尤其是工程专业，计算机应用软件的开发为工程建设技术和管理内容提供了很有利的支持，极大地提高了工程建设的整体效率。不管是计算机基础应用还是专业软件应用，都需要高校学生通过在校学习来熟练掌握。

2信息技术在高校教育中未来的发展方向

摘要：在教育教学中，教育人员无法全面掌握学生数据，导致对学生的教学和管理效率低、难度高。本文思考基于学生数据分析的教学改革，其以学生的多项主观和客观信息作为输入。综合应用深度学习、大数据处理等计算机技术，对学生进行多方面的智能分析，并将分析结果分享给教育教学人员，以期提高学生学习效果，降低问题学生概率，从总体上提高教育教学效率和质量。

关键词：问题学生；学生数据分析；教育教学；教学质量

一、教学改革背景

因材施教长期以来备受教育界的推崇，但是其实施有大的难度[1]。在教育教学中，教育人员难以全面准确地了解学生，导致对学生教学和管理效率低、难度高。以问题学生为例，其是指那些与同年龄段学生相比，由于受到家庭、社会、学校等方面的不良因素的影响及自身的因素，从而导致在思想、认识、心理、行为、学习等方面偏离常态，需要在特殊帮助下才能解决问题的学生[2]。主要表现在品德、学习、行为、心理等方面，如大学生中较为常见的心理健康问题和厌学问题[3]。下面以大学生心理健康为例展开讨论。研究数据表明，大学生心理问题严重影响大学生的健康，据统计有20%至30%的大学生存在心理问题，其中有10%的心理问题障碍严重，直接影响日常学习和生活，严重的心理健康问题甚至引起校园暴力和自杀行为[4]。并且，心理健康与学生自身的出勤率、考试成绩等客观指标存在密切的关系。丁澍等基于某重点理工类高校2002级学生入学时的心理健康调查表结果及大学成绩，用数理统计方法分析入学时的心理状态等属性数据对大学各个时期平均成绩及各类课程平均成绩的影响[5]。结果表明：存在心理问题的学生成绩显著低于正常学生，心理健康是大学阶段取得较好成绩的重要保证。考试成绩的波动会极大影响大学生的心理健康，而心理健康反过来又阻碍了考试成绩的提高。目前各大高校对大学生的心理健康问题均投入了大量的人力物力[6]。以笔者所在的深圳大学和武汉大学为例，主要包括：辅导员、班主任、心理班委、心理健康咨询中心等。但是，这些基于人力的管理模式存在以下几点问题：（1）学生基数庞大，有限的人力难于顾及到所有的学生。高校的师生比基准为1：14，但较少高校能符合这一标准。针对专任教师数量超过1000名的重点大学统计结果表明，245所中仅有41所（占比16.7%）大学师生比在1：14之内，其余83.3%的高校高于此数。投入到大学生心理健康问题上的师生比则更少[7]。（2）管理人员难于获取到学生的全部信息，依靠人力检查的方式对大学生的判定较为困难。（3）发现学生心理问题具有迟滞性，发现时学生已经具有了很严重的心理问题。（4）作为最为了解和关心学生本人的父母等亲属往往被排除在外，构成了严重的信息不对称[8]。以上各种因素减弱了高校对心理健康问题学生教育教学效果。随着现在计算机技术的迅速发展，互联网、人工智能等计算机数据处理技术可以自动、快速、准确地提取和分析数据中所隐藏的信息，从而提高人类进行管理和决策的效率[9][10]。如何准确高效的评价、分析、预测一名学生的状态，从而对学生进行有差别化的管理教育，是高等教育长期以来存在的难点问题。启发于以上分析，本文提出基于学生数据分析的教学改革，该系统以学生的客观数据为主要输入，学生的主观数据为次要输入，对学生的思想、认识、心理、行为、学习等方面进行全面的分析，实时输出学生全方位的分析结果，进而将结果数据反馈给辅导员、班主任、学生家长等，使得学校人力和学生家长互享学生信息，达到防患未然、降低问题学生比例、提高学校教育教学效果。

二、学生数据分析系统

本部分主要简介学生数据分析系统的框架，如附图所示。该系统框架可以根据教学中的需求，扩展到更加多样化的数据输入和输出结果。该简化框架主要分为以下几个部分：系统输入、学生数据分析、分析结果、结果接收端。

（一）系统输入