小学人工智能教学资源开发与应用研究——基于图形化编程在人工智能课程中的设计与应用
摘要:人工智能是信息时代的最尖端技术。在人工智能信息技术蓬勃发展的时代背景下,对少年儿童程序设计能力的训练正成为社会新的广泛关注的焦点,并呈低龄化趋势，图形化程序设计取代指令型程序设计,将是开展青少年新一代人工智能程序设计教学有着重要的意义。
关键字:人工智能图形化编程编程教学
随着信息时代的进展和高等教育科学技术的提高,国家教育部制定了《2019年教育信息化和网络安全工作要点》,为了深入贯彻实施教育部《中国教育现代化2035》、《教育信息化2.0行动计划》等重大实施方案,提出将启动全国中小学信息技术素质评估管理工作,并将引导在全国中小学校各个阶段设有人工智能的有关学科,同时逐步推广程序设计教学方法,并将把计算机技术融入教学实践课程之中，将信息科技和人工智能在小学普及推广。
二、研究目标和方法
此次研究目标主要以我校人工智能课程示范校的课程为依据，以学习该课程的学生为对象体，以3D动画编程平台为载体来实现图形化编程在人工智能课程教学中的设计与应用为主要
研究目标。
目标分析:
小学程序设计教育起点相对低,以程序设计为主题来训练学生的创造性思维,很适合作为中小学生进行计算创新思想教学的载体。主要内容是采用编程训练与创新思考的方式,以小学生3D动画编程教学为例来探讨从编程中训练其计算机的创新能力、审美能力、创新思维研究培养的模式、策略及方式方法运用。
例如:陆原从四年级开始学习程序设计,并制作了智慧信箱;6年级时制作了智慧垃圾桶,得过国家级竞赛头等奖;还开发了"爸爸查房报警器"。前几年,陆原的大外婆确诊为阿尔茨海默症前期,陆原用自已学的电脑编程技术设计了"勿忘我"智慧项圈,除了帮大外婆识人,项圈还会指导并帮助大外婆回家,并报出家中地址。发明颈环的整个过程花了一个多月的时间,其颈环的设计、编程和生产都由陆原独立完成。
看到这里,很多人一定会说"自古英雄出少年"。但是作为新时代的信息老师我想说,让孩子从小学编程,对于培养孩子的领悟能力和志向有多么重要。
实施方法:小学创意编程学什么
帕拉卡(Paracraft)是一款使用本土原创编程语言(国产语言NPL开发)自主研发的3D动画编程工具,我校通过纯3D编程寓教于乐沉浸式的学习环境,可培养孩子的计算机能力、审美能力、创造能力等。 
1、通过编程学习,有助于培养孩子的思维能力和抽象想像力。
为使计算机可以了解人的意思,人们需要把待处理的问题的基本思路、方式和手段通过计算机可以理解的形式通知给计算机,从而使计算机可以按照人的意思指示一步一步去工作,并完成每一个指定的任务。
2、通过编程提升孩子们的创造力。
通过编程学习,能够帮助小朋友们跳出传统思维定式。通过调查研究,儿童约在15岁后便会产生思维定式,如果儿童在此前并没有实现独一无二的创意的时机或者将来没有面临任何挑战,人脑将会惯性地告知儿童这种事是无能为力的,儿童的一生由此走向了平庸,而通过编程的步骤“就像艺术一般在写作”,儿童们将会体验到创新的快乐。
3、通过编程学习可以提高儿童的创造力。
在编程练习的过程中,也能够增强孩子学习的专注能力。因为小朋友们在进行一个完整程序的制作时,思维一定要非常清晰,而且每一步都有计划,一个由自己一步步搭建起来的作品更是可以提高小朋友的信心,使孩子们能够更有信心地面对将来学业、生活中可能出现的挫折。
三、研究过程与结果
1、研究过程
在实践研究的过程中,我们主要是采用目标问题的分析;图形化代码的寻;排列组合代码,修改相关信息;结果查看四部分作为教学课件的设计流程。
(1)分析问题
想问题,先要会分析问题。在整个教育过程中,教师重点训练孩子分析问题的能力,如果分析问题的能力强了,那么孩子解决问题的能力自然也会增强,所以说分析问题就是孩子解决问题的敲门砖。
例如:人工智能课程中《迎宾机器人》一课,首先要分析迎宾机器人是如何做到迎宾的,它怎么知道有人来了,是通过什么感受到的呢?感受之后要做什么呢,在感受的过程中是否有限制等等?先把问题分析完之后再逐步的解决这些问题。
(2)寻图形化代码
在小学阶段如果采用指令式的教学,对于学生来讲是很难理解，拖拉图形化代码主要都是经过后,让人一看就懂,三年级以上的学生对于的代码基本能够理解。学生们可以先到需要解决问题时用到的代码,然后将代码拖放到编辑区,这种操作方式非常适合小学生的编程学习了。
(3)排列组合代码,修改相关信息
学生们将到的图形化代码,按照解决问题的逻辑进行合理嵌套,嵌套后根据实际情况将相关的参数和变量进行修改,然后进行测试。
(4)结果查看
任何人对于成功的喜悦都是溢于言表的,学生们看到自己的成果与分析问题、解决问题一致时,是最开心的时候,同样也提升了学生们编辑程序的自信心和兴趣;当学生有了兴趣和自信心的时候,老师进行授课就容易了。
2、结果描述
在采用图形化代码作为人工智能编程的主要语言时,学生们在接受的程度上会大大提高,理解上会更加容易,操作起来也会更加的方便。它有助于促进小学生的心智发展、有助于激发小学生对数字文化的创造、有助于锻炼小学生的逻辑思维能力、有助于培养学生解决问题的能力等。
四、研究结论
在小学生编程的学习阶段,主要让孩子们学习逻辑性思维。如果学生已经有了合理的思维,能将想创作的作品合理地来分析,学生们就能预见将会出现的新事物。编程主要学习最简单的编程语言,而对于年龄比较低的儿童主要是掌握把最复杂的编程语言转化成图形化、命令化、模块化的方法,有游戏、歌曲、动画、积木等多种形式表现,以及训练动手操作能力、逻
辑思维能力等。针对年纪稍稍大一些的儿童,可接触一些比较复杂的编程语言,从而使儿童逐渐掌握程序设计能力,并养成了信息意识。在学习的过程中让孩子体会编程的乐趣。如果人工智能课堂教育正确,还会有助于孩子们增强语言和计算能力。孩子们通过运用电脑解决问题,一定要有一个算法,同时输入一定的命令,如果我们的学生能拥有这项技术,那孩子们就未来可期了!
本文为广州市增城区教育科学规划课题《小学人工智能教学微课资源开发与应用研究》阶段性成果，课题编号：ZC2020016

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