近年来，人工智能的突破性发展正在不断改变着人类的生活、生产方式和社会治理方式，也对教育改革产生了突破性的影响。首都师范大学附属玉泉学校开发了“智慧童心”人工智能校本课程，为学生提供真实的生活情境和问题情境，积极引导学生在生活、学习中发现科学问题，让学生学习人工智能技术，通过构建相关算法、编写相应程序来解决问题。
课程主要面向三至六年级学生，依据每个学段学生的不同认知特点和学习倾向，设置了基础模块、游戏拓展、智能技术、智能项目等进阶式学习阶段，每个阶段均配备不同的教材、课件等学习资料，采用循序渐进、由浅入深的学习方式，帮助学生树立信息意识、提升计算思维、锻炼实践能力，从而更好适应数字化的学习环境。此外，学校还对学生进行社会责任方面的教育，强化学生的信息社会责任意识。
打造编程基础
基础模块主要针对三年级学生，这个学段的学生刚开始接触人工智能编程，教学任务是帮助学生熟悉编程内容，培养学生的编程思维。由于学生的年龄较小，课堂思维集中程度较弱，所以单元主题学习主要依赖于创设比较有趣的学习情境，从而激发学生的学习兴趣，提升学生的学习专注度，帮助学生尽快熟悉编程的基础算法和逻辑结构。
传统节日是传承中华优秀传统文化的重要载体，教师以“春节贴对联、元宵节吃汤圆、端午节赛龙舟”等传统节日活动为情境，开设相应的绘本故事单元主题学习。
以“春节贴对联”单元主题为例，教师通过视频展示全国各地在春节期间进行的“贴春联、迎新年”活动，让学生分析在这个生活情境中，如何才能更好地完成这项活动。
教师提供相关的图片资源包，方便学生利用图形化编程软件完成场景搭建。通过一系列学习，学生可以掌握在图形化编程软件编程环境中，如何实现角色的隐藏和出现、不同场景的切换、角色的位置移动等知识点。
夯实编程能力
游戏拓展主要针对四年级学生，以训练学生的计算思维和逻辑运算能力为主，以游戏任务的形式进行单元主题学习。借助“打地鼠、打败新冠、五子棋、弹球”等游戏任务，教师将编程技术应用于游戏情境之中，培养学生的程序设计和调试能力。
在“打败新冠”单元主题学习中，学生需要对主题任务进行问题分析：如何打败新冠？可以从哪些方面入手？作品设计的立足点有哪些？学生基于问题提出了不同的设计方案，比如勤洗手勤通风、保持一米距离、主动接种疫苗等，每个方案都可以利用图形化编程软件来完成设计。
以“主动接种疫苗”为例，学生会通过编程设计相应的作品方案：医生利用注射器来注射疫苗对抗新冠病毒，而新冠病毒在传播过程中会发生变异，因此针对不同的病毒需要不同的注射器，同时还需要两名医生角色……学生先添加所需要的角色和场景，设计相应的编程程序，再进行测试和调试，最终实现作品的顺利演示。
选择这个主题来开展教学，一方面提醒学生在疫情期间如何保护自己和他人，提高学生对新冠病毒的认知和自我保护意识，另一方面实现对三年级基础编程知识的巩固，夯实学生的计算思维和编程能力，为五年级完成人工智能编程单元主题学习做好铺垫。
体验智能奥秘
智能技术主要针对五年级学生，开始涉及人工智能技术的学习，内容包括：体验人工智能在生活中的应用案例，了解语音技术与图像识别技术的发展历史和应用领域，掌握智能语音技术和图像识别技术编程模块的使用方法，辩证看待人工智能技术的潜在风险。对于小学阶段而言，人工智能技术的学习主要涉及智能语音技术和图像识别技术，智能语音部分开设的单元主题有天气查询助手、语言宠物等，图像识别部分开设的单元主题有超市导购员、疫情通行口罩检测等。
针对“超市导购员”单元主题，第一个任务是识别水果种类，让学生通过体验物体识别技术，认识相关编程模块的使用方法，编程实现机器人“小飞”识别不同水果的功能。教师展示生活中的物体识别应用，演示“小飞”识别水果的具体应用操作，进而形成问题链：“小飞”可以识别水果种类吗？你可以通过编程让“小飞”识别水果种类吗？你能描述“小飞”识别水果种类的过程吗？“小飞”是如何认识水果的？为什么会遇到“小飞”识别不成功的情况？如何提高“小飞”识别水果种类的成功率？一系列问题可以引导学生循序渐进开展思考和学习。
以伊丽莎白瓜的识别为例，“小飞”需要通过编程对伊丽莎白瓜进行特征提取：有梗、有瓤、果皮呈黄色等，经过大量图像采集后进行特征学习和特征存储，从而完成对伊丽莎白瓜的准确识别。教师借助直观的演示方式，帮助学生理解图像识别所依赖的机器学习原理，学生则根据问题链完成人工智能图像识别技术的学习，体验人工智能学习的重要作用和工作原理，进而拓展延伸到超市中其他物品的图像识别技术应用，完成后续学习环节的知识储备。
创造智能产品
智能项目主要针对六年级学生，较为简单的编程任务已经不能满足对这个阶段学生兴趣和能力的培养，所以需要教师带领学生发现真实生活和学习中的问题，利用人工智能技术解决问题，更好地锻炼学生的动手能力、思维能力，以及解决问题的能力。在智能灯光管家、智慧停车场、智能分类垃圾桶、智能垃圾运输车、智能机器人等项目学习中，教师从学生真实的生活和学习情境出发，激发学生的学习和探究欲望，培养学生利用计算机解决实际问题的能力和素养。
以“智能分类垃圾桶”项目为例，教师指出我国之前处理垃圾的方式一般采用卫生填埋甚至简易填埋，这种处理方式不仅占用了大量的土地，而且对环境造成了污染。因此，实施垃圾分类可以把有用的垃圾回收再利用并且减少垃圾填埋，从而降低对环境的危害。基于这个项目背景，教师引导学生发现问题、分析问题，经历设计方案、实施方案、优化方案的过程，最终解决问题。
许多人不清楚垃圾分类的具体标准，在投放垃圾时存在扔错垃圾桶的问题。教师引导学生思考并提出解决方案——制作智能分类垃圾桶。第一步，学生分析智能分类垃圾桶的功能，包括准确辨别不同类别的垃圾、准确识别后打开相应垃圾桶的盖子；第二步，设计解决方案，借助图像识别功能完成对不同垃圾图片的模拟识别，借助舵机功能打开垃圾桶的盖子；第三步，完成装置搭建，运用图像识别、逻辑运算、变量、列表等功能及模块，实现程序设计；第四步，运行程序，根据反馈情况进行程序设计的算法调整，最终完成方案优化。
通过“智能分类垃圾桶”项目的探究学习，学生既可以体验垃圾分类的重要性，了解垃圾分类对生活的意义，养成勤俭节约、低碳环保、自觉劳动的生活习惯，还可以综合锻炼程序设计能力，培养借助计算机合理解决实际问题的意识和能力，促进信息素养的不断进步。
经过不断探索和实践，“智慧童心”课程基本实现了小学阶段学生对于人工智能知识和技能的掌握，引导学生有意识运用和探索人工智能科技，为学生创新精神和创新能力发展奠定基础。学校会进一步提高课程跨学科教学的比重，让学生在动手动脑的过程中不断加深对所学知识技能的理解和掌握，有利于学生对各学科知识进行重新建构。
（作者单位系首都师范大学附属玉泉学校）
