开设人工智能教育有效提升小学生科学素养
摘要：随着人工智能时代的到来，人工智能科学素养作为小学适应智能化社会的核心能力应重点培养。对此，需要厘清人工智能科学素养的内涵。目前小学人工智能科学素养培养严重缺位，亟需从国家、学校、教师层面采取有效的培养策略，为小学提供高质量的人工智能教育，促使他们适应智能时代。
关键词：小学教育；人工智能；科学素养
前言
2017年国务院印发《新一代人工智能发展规划》，明确指出“在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”。随着人工智能时代浪潮的出现，为了积极响应人工智能教育的需要，人工智能科学素养迫切成为衡量小学适应智能化社会的关键能力。在人工智能时代下，如何促使当前小学更好地适应智能化社会发展，对其施行人工智能科学素养的培育具有重大意义。因此，对这一主题进行梳理与分析，有助于引导小学更好地适应智能化社会，掌握必备的科学素养。本文就从人工智能科学素养的内涵、培养策略等进行全面分析。
编程课的作用和意义1.小学人工智能课程现状及问题
1.1现状
我国在2003年正式启动小学人工智能教育，经过十几年的教育实践，当前的人工智能教育主要在信息技术课程、STEM课程、创客课程中开展。《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》将“人工智能初步”列为选择性必修模块，分为人工智能基础、简单智能系统开发、人工智能技术的发展与应用三部分内容。随着STEM课程和创客课程的广泛开展，部分学校和一线教师尝试在STEM和创客等跨学科课程中探索人工智能教育。比如，中国人民大学附属中学将人工智能教育内容和STEAM课程相整合，从感知、认知和创新三个层次构建了“STEAM+人工智能教育”校本课程体系。此外，在高中通用技术的“智能家居应用设计”模块和“机器人设计与制作”模块中，也将人工智能、大数据处理等技术的学习融入其中，深化学生对人机关系的认识。
1.2不足
尽管当前人工智能教育被给予足够的重视，但纵观国内小学人工智能课程现状，当前的课程尚存在如下不足。
1.2.1人工智能课程重视技能训练，轻视计算思维的培养
从当前的课程实践来看，小学的人工智能教育主要依托编程教育和机器人教育来开展。编程教育，无论是校内还是校外，多停留在指导学生利用程序设计语言完成具体的编程题目。机器人教育，多停留在简单的实体安装层次，在设计思维能力的培养方面并没有发挥机器人教育的自身优势。而小学大多以参加竞赛为目的而接受编程教育，在学习过程中更多地关注编程技能的提升。此外，现阶段小学人工智能教育的教材大多属于产品说明书或用户指南类，缺少对学生思维能力培养的科学引导。新一轮课改将我国基础教育的总目标落实到“学生发展科学素养”。其中，信息意识、计算思维、数字化实践能力、信息社会责任是学生需要具备的四个方面的信息技术科学素养[7]。人工智能可为计算思维培养提供生动案例，同时，人工智能的很多作品也是计算思维支持下的成果。因此，以计算思维的培养目标指引人工智能的课程设计与教学，能有效地将人工智能教学实践上升至更高水平。
1.2.2人工智能课程缺少完善的课程内容体系
从课程内容来看，人工智能教育主要依托于信息技术课程、STEM课程、创客课程、计算机科学课程来开展，人工智能教育的课程目标只是对应课程目标的一部分。虽然从小学、初中
到高中都有不同专题的人工智能相关课程，但是这些课程是碎片化的，缺少对人工智能意识、方法、能力目标的系统化设计。从课程的学段设置来看，人工智能教育多在初中、高中开展，小学甚少涉及。这种小学、初中、高中人工智能教育的脱节不仅会增加学生的学习障碍，也会因为认知延迟而降低学生的能力水平。因此，人工智能课程需要建立覆盖小学到高中的完善的课程体系，从而让学生接受系统的人工智能教育。
2.人工智能教育背景下提升小学生科学素养路径
2.1小学人工智能课程，重在感悟
当前，小学人工智能科学素养的培养严重缺位，学生人工智能素养的培养是一项长期系统的工程,这既离不开国家、社会、学校等多方主体的共同努力,也需要自觉调动并充分发挥多种育人要素的合力。因此，亟需加强多方合力培养学生的人工智能科学素养，促使他们适应智能化社会的到来。小学人工智能课程应重在让学生感悟人工智能对生活和学习的影响，体验生活中的人工智能，直观地了解人工智能的特点，激发探究的热情和积极性。例如，通过播放科幻片、人工智能“人机大战”等相关视频让学生对人工智能的应用领域等建立直观的认识，让学生知道人工智能可以做什么、不可以做什么；从认知视角体验人工智能的用途，学
习如何与人工智能机器人合作，如何利用简单的人工智能工具来提高工作效率，让生活更加美好等。
2.2从国家层面看，要及时完善人工智能相关政策性文件
国家应提供相应的技术支持，推进小学人工智能科学素养的培育。小学掌握相关的人工智能知识和技能，能够利用智能技术进行学习、创作及游戏，能够互动地使用人工智能工具（如智能APP），具有一定的编程思想才能。这些都离不开人工智能相关政策性文件的大力支持与帮助，国家层面的政策性文件支持是培养小学人工智能科学素养的前提和基础。因此，小学的人工智能素养要想培育，国务院及相关教育行政部门需要制定相应的指导性文件，以供小学参考实施及培养，以此推动小学人工智能科学素养的顺利开展。
2.3从学校层面看，主要从以下几个方面努力
2.3.1学校管理层要加强专业教师的智能素养的培育
学校开展定期的人工智能知识培训，同时要为专业教师提供必备的教学资源及智能化工具的支持。教师的人工智能科学素养之于教育发展的重要性，是毋庸置疑的。要培育小学的人工
智能科学素养，理应先培养学校人工智能方面的专业教师。在学校教育中，教师是实施课程的主体，教师发挥着主导作用，教师自身的人工智能素养及能力直接影响着人工智能课程实施的效果，进而影响到学生学习的效果及自身素养的发展。因此，要培养小学适应智能时代的科学素养,就必须高度重视专业教师的人工智能科学素养,积极有效地改进人工智能教师的科学素养,从而为培育顺应人工智能时代的小学的科学素养打下牢固的基础。
2.3.2学校要开设专门的编程课程和组织相关比赛，培养学生的编程素养及问题解决能力
随着人工智能时代的到来，培养小学的编程素养逐渐成为许多国家育人的一门必修课程。美国苹果公司的CEO蒂姆·库克认为，编程应该成为每一所公立学校的必修课。芬兰的编程教育自2016年起，在小学一年级正式施行。瑞典也在2018年正式将编程引进包括一年级在内的学校课程。编程最初起源于国外，受其影响，逐渐传入国内。我国施行编程教育主要依托培训机构及学校社团组织等，在小学阶段，编程是培养学生的计算思维和编程素养的重要手段，受世界各国重视。编程已逐步成为小学校的独立学科，并成为数字原住民的一项基本技能。对低年级学生进行编程教育并不是为了让他们学会编程语言的语法规则和代码编写，而是为了激发他们对科技的兴趣，激发他们探究的好奇心，培养他们发现问题、分析问题、处
理问题的才能，为提升编程素养巩固基础，以便更好地顺应人工智能时代，掌握智能化工具。编程，是帮助实现人工智能的方法之一。
2.3.3从教师层面，要转换传统的教学模式，以学生为中心，培养学生学习的兴趣
随着现代教育技术手段的迅猛发展，慕课（MOOC）、微课和翻转课堂等新的教学模式使得小学实现了个性化学习、自适应学习，不受时间和空间的限制，自由自在地学习。在人工智能环境下，教师应认清网络和智能时代知识和学习发生的变化，不断革新自己的教学目标、教学内容，转变教育教学模式。传统教学模式下，教师只注重学生的成绩，授课内容局限于书本知识，而在人工智能背景下，教师采用新的教学模式，尤为重视学生的逻辑思想及处理问题的能力，要合理使用智能化工具促进学生主动学习，培养学生掌握学习工具的能力。
3.总结
人工智能科学素养顺应了人工智能教育开展的需要，旨在重点培养小学适应智能化时代的关键素养。国家、学校、教师要重点培养学生的人工智能素养，促使他们能够在人工智能时代促进自身的发展，发挥自身的价值。虽然目前关于人工智能科学素养的研究较少，但未来可期，期待人工智能研究专家及一线人工智能专业教师的共同努力。

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