从信息科技课教学看引入AI的机遇与挑战

〔摘""要〕"本文探讨了在小学的基础教育中引入AI技术的机遇与挑战，并以2024年苏科版小学四年级的《信息科技》为例，剖析了当前小学的信息科技课程只关注基础教育，在深度广度上的不足，进而间接性地引出将AI引入信息科技课带来的好处。本文基于此研究了如何在四年级《信息科技》这门课程中加入AI的基础知识介绍，继而研究了将AI技术引入小学信息科技课的机遇与挑战。研究表明，将AI技术引入小学基础教育的好处是多重的，如提升学生的逻辑思维和问题解决能力、促进个性化学习和即时反馈、为学生的终身学习和职业发展打下坚实基础。本文还对引入AI所面临的挑战进行了深入探讨，特别是知识易得性对遗忘曲线的影响，以及可能导致的学习主动性与动机下降等问题。据此提出了一系列解决方案，旨在帮助教育者更好地应对并充分利用AI技术在小学信息科技教育中的潜力。〔关键词〕"信息科技；AI；机遇与挑战当今社会，人工智能（AI）技术已经渐渐渗入我们生活的方方面面，智能家居、智能驾驶等人工智能技术正在悄然改变着这个世界。作为未来世界的主人，小学阶段的学生正处于认知与能力发展的关键时期，引入AI教育不仅有利于帮助学生使用前沿科技产品，促进学生更好地了解科技发展的进度，也能让教育本身更贴近学生日常生活中面对的优秀科技产品，让学生在生活中感受到教育的适用性。苏科版四年级信息科技教材所介绍的相关内容，具有当下小学信息科技教育的显著时代特点，即虽然内容相对基础，但其中的每一个知识都是培养学生科技素养至关重要的基础。基于此，我们探索了将AI技术知识融入四年级信息科技课程内容，用前沿科技引领课堂教学，为学生打开认识世界、了解信息技术的窗口，同时也能为未来人才的培养奠定基础。本文将着重探讨在苏科版四年级信息科技的课堂教学中，引入AI教育的可行性，及其带来的机遇与挑战。一、信息科技课教材分析四年级的信息科技教材的主要内容包括，从数据到编码，再到数据的传输与解码，整体上介绍了在信息社会背景下，数据与编码作为底层逻辑，为人们带来了生活与工作上的方便。从整本书的角度来看，该教材虽为培养学生信息素养方面提供了坚实的基础，但在教学内容方面仍有提升空间。从深度上来说，本教材虽然已经涉及了信息科技的一些基本概念，但这些基本概念仍然停留在表层，比如在介绍智慧工厂以及智慧手术室的概念时也是一带而过。这就使得教材缺乏深入探讨的空间与机会。其实，我们可以在课堂教学中加入一些更深的内容。例如，在第一单元教学中，我们在讨论数据与生活时，或许还可以深入讨论我们在生活中创造的数据，是否也正在反过来影响我们？我们在创造数据的过程中，是否也会有人利用数据来控制我们？我们生活中哪些数据是可以公开的？哪些数据是隐私数据？我们应该如何保护数据不被坏人利用？从广度上来说，本教材在介绍相关概念的过程中，缺乏具有时代性的举例，使得内容更基础的同时，也与学生现实生活产生了脱节。我们仍以第一单元介绍数据的内容为例。虽然教材提到了城市规划、天气预报、智慧农植园、智慧工厂等概念，但其实很多并没有走入学生的具体生活，还不如更多地探讨互联网购物的推荐算法是如何通过我们的购买记录进行选择的，或者讨论大数据系统如何为汽车提供更便捷的路线导航等等。通过分析我们可以看出，如果以苏科版四年级信息科技的内容作为教材，我们还需要更深更广的课堂教学内容来拓宽学生的视野，用更贴近学生生活的视角让他们认识到当今信息社会发展的水平。将人工智能教育引入小学信息科技的课堂教学，不仅可以填补现有教材在科技前沿领域内容上的空白，还能让学生更好理解信息科技这门课程，为他们未来的学习与职业生涯发展奠定更加坚实的基础。二、AI在信息科技课堂的应用（一）AI技术基础知识的引入与实践纵观苏科版四年级信息科技教材，能引入AI相关基础知识的地方很多。我们经过讨论与分析，可以在第二单元、第三单元、第四单元分别引入不同的AI技术基础知识，进而将教材中对编码与数据的知识点作为跳板，设计更具时代性的AI教学内容。以第二单元为例。我们可以在《编码的规则》一课中，引入机器学习的基本概念。例如，如何让机器通过学习数据对不同形状的水果进行编码，帮助学生理解如何通过数据训练模型。引入AI概念，可以更好地让学生理解生活中的AI是如何在编码下进行工作的，激发他们对科学探索的兴趣。（二）适合小学阶段的AI教学内容在课堂教学中，我们需要设计适合小学阶段的AI教学内容，让学生在自己的认知范围内，更好地理解AI相关的基础知识。如，图像识别入门、编程与AI等内容都是可以让5～6年级学生了解与认识的基础知识，可以多用游戏化教学和项目式教学的方式作为课堂教学和课后教学的延伸，以增强信息科技这门课程的深度和广度。三、信息科技教学引入AI的机遇（一）逻辑思维和问题解决能力从信息科技课程的基础知识中跳出来，尝试引入AI的基础知识，介绍AI的基本运行逻辑与具体算法，可以让学生进行更为严谨的逻辑推导，激发学生对编码、数据的探索兴趣。AI是处理编码和数据的高级呈现系统，学会实际使用AI，能更好地引导学生对思维逻辑的构建，令其直面与程序的交流与思考，促进学生用更严谨的方式去思考问题。思考问题就需要解决问题。学生在使用AI的过程中，必然会面对一些课本中从未出现过的挑战，这些挑战包括自己建立的模型不够准确或者数据方面的不足。学生自然需要自己思考哪方面数据不足，以及怎样修改模型等等，这些同样也是在锻炼学生的问题解决能力。（二）个性化学习和即时反馈随着学生越来越多地接触AI技术的知识，自然而然就会接触到成熟的AI产品。AI产品可以给学生提供更多个性化教学的机会，对AI技术感兴趣的学生，也就自然会通过询问AI获得更多的知识，而AI本身也在为学生提供一种有效的个性化学习路线。AI会根据学生的提问，不断为学生提供全面而有效的回答，并根据学生的下一步提问给出更适合学生个体理解的回答。随着提问的深入，AI会更多地了解使用者个体的理解能力，识别用户感兴趣的领域，进而为其提供更加个性化的学习空间。这种个性化学习体验的建立，也会间接激发学生对自主学习的兴趣。这是一种即时反馈带来的成就感，当知识变得更加易得时，学生所获得的成就感是丰沛的，进而能够推进学生更好地控制自己，进行深度学习，并形成这样一种习惯，掌握自我学习的主动权。（三）为终身学习和职业发展打基础AI提供的学习内容是具有专业性的，同时也是深度的。学生接触到全面而专业的知识，并进行个性化学习的过程中，自然而然就会形成一种终身学习的态度，并对某一专业领域产生长久学习的兴趣，这种兴趣会在漫长的学习过程中逐渐稳固，并产生跟随该领域发展的学习习惯。AI教学不同于师生间的教学，会随着学龄阶段的不同而转换。AI教学的优势之一就在于长久的陪伴性，它可以伴随学生进行终身学习，成为学生身边的“小秘书”，随时为学生获取知识而服务，因而是非常好的终身学习伴侣。四、信息科技教学引入AI的挑战（一）知识的易得性对遗忘曲线的破坏毫无疑问，AI提供的辅助性会使小学生在学习过程中，知识获取变得更加方便，即知识的易得性。当学生依赖AI提供即时答案的时候，就会丧失一定程度的深度学习能力，也会放弃通过思考去掌握知识带来的好处。丧失深度学习的能力，会使学生只能获得知识的浅层化理解。这是传统学习非常有优势的方面，传统学习可以通过反复练习进行深度学习，从而让知识在大脑中得到巩固。遗忘曲线表明，反复练习会让逐渐遗忘的知识快速重新巩固。这是AI学习无法比拟的。（二）学习主动性与动机的下降过度依赖AI的学生，同样也会出现学习主动性下降的情况。这是因为AI总是会及时提供系统的解决方案，这些解决方案系统而全面，能直接给学生提供全套的指导。这种由AI技术提供的分析问题和解决问题的能力，会让学生觉得主动学习毫无意义，只需要依赖AI的建议，就足够解决当下绝大部分的问题了。学习主动性和学习动机的建立是需要一个过程的，它不能从AI的及时反馈中获得，而是需要学生在更多的、复杂的学习过程中逐渐培养的。如果在整个学习过程中，学生没有遇到需要深度思考才能解决的挑战性问题，正反馈带来的成就感就会减少，从而削弱他们的内在学习动机。五、面对挑战的解决方案AI是不能代替传统的教学过程的，重复的练习与复习本身是符合人类获取知识、牢记知识的规律的。我们在小学基础教育中引入AI技术，要特别关注学生对AI的使用范围，不要让其形成依赖。AI的作用应更多地像是一本“超级课外书”，它给学生提供了更大的学习空间，但不能取代传统教学和基础教育。如果一定要用AI来提供更多的教学辅助，就要让学生接触更多的学习方法，来对抗浅层学习和知识的易得性。比如，我们可以多让学生将目前已得的知识绘制知识图谱，并将其串联起来，用图像与文字结合的方式，强化学生的记忆点，对抗遗忘曲线的变化。为了解决AI可能存在的造成学生学习主动性与学习动机下降的问题，我们应该更多地注重探究式学习带来的益处。探究式学习对促进学生深度学习，提高学生学习主动性有很大帮助，还能为学生提供更好的自我发展思路。综上所述，本文以2024年苏科版的四年级信息科技为研究切入口，认为目前小学信息科技教育虽然有着优秀的基础性，但仍表现出现代科技与生活贴合不紧密，且不具有深度和广度。在此基础上，我们提出了将AI相关的基础知识引入四年级信息科技课程的方法。教育工作者要在该课程中引入AI概念，自然需要评估AI应用对学生学习能力的影响，这也是本文题中应有之义。研究分析表明，AI对小学生接受基础教育带来的好处是多重的。AI的引入能显著提升学生的学习效果和兴趣，通过提供个性化和即时的反馈