摘要：加强小学生科学素养教育，是培养未来创新型人才的重要途径之一，在科技进步与社会需求的共同促进下，人工智能的发展日新月异，成为如今最热门的一项科技。人工智能走进中小学的课堂，对于提高中小学生科技素养有极大的推动作用。通过学习创客教育和编程，不仅掌握计算机基本知识与技能，更能培养学生的逻辑思维和解决问题的能力，对小学生科技素养的提升尤为重要。
关键词：人工智能；
科技素养；
创客教育
一、引言
人工智能（Artificial Intelligencn），英文缩写AI，它主要是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。现如今不仅在各大高校开设人工智能相关专业，而且在中小学阶段也设置人工智能相关课程，并逐步推广编程教育。编程对于锻炼学生的思维能力，激发学生的学习兴趣，培养学生的学习综合能力，锻炼逻辑思维、创造性思维，提高小学生科技素养的重要作用。在实际生活中如何引导孩子们接触编程，喜欢编程，并对培养学生的科技素养有什么帮助？如何发展和普及人工智能教育进行个人意见阐述。
二、人工智能对小学生科技素养的培养
（一）引发学生科技素养的兴趣爱好
孔子曾说：“知之者不如好之者，好之者不如乐之者。”“乐之”就是兴趣，当学生对人工智能产生浓厚的兴趣，就能产生强大的内驱力，就可以充分发挥学生主体的聪明才智，而兴趣的产生往往要以相应的知识技能作为基础。对于初次接触编程的三四年级学生，我们应该怎么培养他们对人工智能的兴趣呢？科技发展就是为我们的生活服务的，例如我们每天上下学，在十字路口或者学校门口都会遇到交通信号灯，想必是学生非常熟悉的东西，交通信号灯通常由红、黄、绿三种颜色灯组成，按照设定好的时间节点顺次运行来指挥交通。小学生就会产生很多的疑问：红灯、黄灯、绿灯是按照什么顺序依次闪烁的？闪烁的时间有什么样的规律？能不能调节时间？当学生对这些现象产生疑问以后，我们就引导学生了解人工智能中的编程，并让学生自己猜想假设某个红绿信号灯的亮灭次序为：绿灯点亮30秒然后熄灭，接着黄灯点亮3秒然后熄灭，最后是红灯点亮30秒再熄灭，并循环完成。那么学生先搭建红绿灯结构架模型，然后组装控制器、LED灯和电源，然后编写程序：在“控制”列表中找到“程序开始”指令，添加到编辑区，然后添加外设模块“LED灯”当“外设”列表中出现与LED相对于的指令时，编写：打开“绿灯”端口电灯，延时30秒，关闭。打开“黄灯”端口电灯，延时3秒，关闭；
打开“红灯”端口电灯，延时30秒，关闭；
打开“黄灯”端口电灯，延时3秒，关闭；
添加“循环”模块。然后点击“上传程序”，就可以看到绿灯、黄灯、红灯顺序点亮。
当学生看到自己编程就能控制红绿灯的信号灯闪烁时间和顺序，满满的自豪感，不知不觉中就会引发学生对人工智能的兴趣。其中有些爱思考的学生会想到在红绿灯的编程上加以改进，缩短红黄绿灯的时间设置，都设定为5秒，就可以形成彩灯循环模式，学生忽然发现晚上高楼大厦周围循环闪烁的彩灯原来是这么简单的原理，只是人工智能中的初级应用就能解决，从而产生对人工智能继续探索的兴趣。同时引发学生再次思考：在现有的红绿交通灯样式和功能基础上，想一想有没有办法能够改良传统的交通灯，让色盲人群也可以正常的开车出行？学生通过自己动手组装模型，自己动手编写小程序，亲自控制交通灯，感觉到成就感和自豪感，并对人工智能产生很高的兴趣，想学习更多关于人工智能的知识来解决更复杂的问题。
（二）培养学生科技素养的探究能力
科学素养中需要小学生培养出科学探究的能力，重视培养学生独立解决问题的能力。在人工智能的学习中会综合学习到许多机械、电子、自动化、计算机软硬件等知识，同时会运用许多传感设备来实现，对学生拓宽视野，提高科学素养有很大帮助。走在马路上，我们会发现路上铺着黄色凸起的地砖，这是专门为盲人设计的盲道。盲人独自出门的时候，都会使用拐杖探路，但是遇到前方有障碍物时，只有拐杖碰上障碍物才能知道，不小心碰上就会导致受伤，学生发现这个问题以后，就想帮助盲人解决难题，有的学生建议盲人出行时带一个呼啦圈，有的学生建议拐杖前面水平安装一节探测的木棍，各种意见如果实施起来，虽然可以解决问题但是也增加了盲人出行的负担。这时有几位机器人小组的学生提出：“如果拐杖能提前检测前方是否有障碍物，就可以让盲人出行更安全。”那么如何让拐杖能够检测前方有无障碍物呢？善于细心观察的学生就发现，汽车在倒车的时间，车上的倒车雷达会根据后方障碍物的距离而发出不同的声音，来提示停车的距离。能不能把这个原理应用到拐杖呢？学生发现可以采用超声波传感器来检测，利用超声波遇到障碍物会反射的原理，只需要反复判断拐杖距离前方障碍物的距离，如果小于安全距离，就发出提示音，提醒盲人。那么学生利用动手客控制板，超声波测距器，蜂鸣器及结构件。
首先把控制器和测距仪、蜂鸣器固定安装到拐杖，然后自己设计程序：在“控制”列表中找到“程序开始”指令，添加到编辑区，然后添加外设模块“超声波測距器”，当“外设”列表中出现与超声波测距器相对的指令时，编写：当条件从超声波测距器到障碍物之间距离小于20厘米，成立时执行打开拐杖上的蜂鸣器，蜂鸣器发出急促的提示音，延时500毫秒；
当条件从A到障碍物之间距离大于20厘米，关闭蜂鸣器，反复条件循环。然后点击“上传程序”，学生利用程序和结构件巧妙地完成导盲拐杖，并组装完成进行测试，发现效果非常好。整个过程中，学生们独立发现问题、猜想、假设、设计程序、实验验证、总结经验，很大程度提高了科学探究能力，激励学生在科技道路上继续探究的信心。
（三）培养学生科技素养的创造能力
创造性思维是一种打破惯性思维从而解决问题的新方式，对同一个问题采取打破常规重新组合，实验探究并探索规律，得到新思维成果的思维过程。要求小学生在掌握人工智能的基本知识和基本技能的同时，对身边的事物采取改进措施，大胆创新，并可以把自己天马行空的想法亲手制作出来。
例如，①智能过马路神器：在十字路口，行人过马路时，当对面的绿灯还剩一秒钟，总有一些人急急忙忙赶最后的一秒抢着跑过马路，这样的情况很容易出现车祸，所以很多城市都在十字路口安排志愿者服务，指挥行人过马路，可是总有个别人好像看不见听不见，等到出现危险才后悔莫及。我们的学生发现这个现象后，积极动脑思考：怎么样才能采用人工智能解决行人过马路的问题？善于观察思考的学生发现小区门口指挥汽车进出的起落杆，于是学生利用动手客控制板、计时器、结构件。首先搭建模型，安装结构件，然后自己设计程序：在“控制”列表中找到“程序开始”指令，添加到编辑区，然后添加外设模块“计时器”当“外设”列表中出现与计时器相对于的指令时，编写：打开“舵机”端口为“开”旋转，升起起落杆，延时30秒，关闭舵机端口为“关闭”降落起落杆；
延时3秒，关闭；
添加“循环”模块。然后点击“上传程序”。这样只需要在马路的两端都放置一组起落杆装置，配合红绿灯的时间就可以起到智能指挥作用，这个发明不仅能有效地指挥行人，还能够节约人力资源。
②智能药品快递器。当我们生病了需要到药店里面买药时，药品超市，目前还是采取人工超市模式，品种繁多的药品摆放在不同的货架上，全靠工作人员的脑子记忆各种药品放置的位置，如果遇到工作经验不足或者比较少见的药品或者药品名称相近的，寻找起来比较的麻烦，耽误病人宝贵的时间，学生发现这个现象以后，积极的动脑思考：“能否应用人工智能解决这个问题？”最终找到合适的方法：首先对药品货架进行改进，采用车站自动售货架的模式，并将每种商品按照分类编写顺序贴上电子二维码，比如设置三九医药的999复方感冒灵颗粒为0001号药品，然后采用结构件搭建转运小车，并安装数码传感器和机械手臂，然后编写程序：在“控制”列表中找到“条件”添加到编辑区，然后添加外设模块“数码传感器”，当“外设”列表中出现与数码传感器相对于的指令时，编写：输入程序药品编号：0001，数量：1，设置舵机“机械手臂”端口为开，添加“循环”模块。然后点击“上传程序”，执行程序，返回。当转运小车运行到相对于的药品时，数码传感器扫描药品二维码，然后伸出机械手臂取来放置在小车上，返回到柜台进行结算。如何需要多个药品可以一次性输入，转运小车一次性全部取来，也可以多部转运小车同时工作，快捷方便，节约人工成本，更好地为病人服务。
三、在小学校园普及人工智能的困难及建议
（一）缺乏人工智能相关的配套设施
人工智能在西北地区的发展很不均衡，城市学校最早接触并积极投入资金开设机器人、创客、编程等课程，但是更多的县城学校和农村学校，由于资金投入不足，教师配备缺少，根本无力开设编程课程。希望教育行政部门能够加大对薄弱学校资金和师资力量的投入，采取专项资金专用，采购设备，加强对教师的培训，使更多的教师能够胜任简单的编程教学。
（二）缺乏专业的教师。
县城办学规模较大的学校，还能配备1-2名专业的计算机教师，但是这些教师要担任全校的信息技术课程，课时量早就满负荷，很难有多余的课时来上编程等课程，更多的乡村学校很少有计算机专业的教师，很多学校的教师都没有接触过编程，更别说人工智能专业的教师。因此也特别希望人工智能专业的毕业生，能够走进基层教育，学校加强对专业人才的引进，可以相应提高这些专业教师的待遇和福利，让更多优秀的人工智能人才进入小学，让更多的学生能够接触编程，感受人工智能带来的方便快捷。
（三）缺乏参加国内比赛的机会
近几年来，国内外已经举办了很多人工智能相关的比赛，例如全国青少年人工智能创新挑战赛、世界机器人大会、青少年电子信息智能创新大赛等，但是县城、农村小学由于受设备、相关培训等限制，没有机会参加此类比赛获取知识和经验。希望国家级、省级的比赛面向更多的县城、农村小学发出邀请函，让他们有机会参加或者观摩比赛，面对面地向优秀团队的队员虚心请教，互相探讨人工智能的知识和技能，以此来增加学生的见识和经验。
四、在小学校园普及人工智能的策略
（一）开设人工智能相关的课程。
人工智能学习是一个完全靠自己动手搭建、编程、调试、操作和运行的过程，在小学阶段主要开设Wedo系列、EV3系列、（阿尔法套装—初级）、Scratch图形界面编程、Python人工智能编程、Nol 系列课程等。少儿编程教育由于接触的知识还不够，并不是学习如何写代码或者直接编制应用程序，而是通过软硬件设施，直接使用可视化的图形编程课程，通过融合编程游戏，培养学生的逻辑思维能力。比如学生想独立完成一个动画设计，就需要独立分析问题，拆分任务，思考图形模块的排列顺序，控制进度进程，理解“并行”“时间处理”“目标实现”等概念。
（二）开设人工智能相关的兴趣班
人工智能在青少年领域包含少儿机器人、少儿编程、创客教育和STEAM等，主要融合了物理基础知识、机械基础原理、电子传感器教学、计算机软硬件等。学校里面开设计算机基础知识，让学生学会了计算机的理论知识和基础使用技能，但是对于编程还没有正式教，个别感兴趣的学生除了在家自学以外应该积极参加校外机器人辅导班，在校外辅导班里面就可以接触最新的设备和知识，有专业的辅导教师，并能够自己动手动脑进行实践活动，鼓励学生创造与创意的互相分享，从而更注重多重能力，多重思考能力，追求科学知识与跨学科的能力，培养学生全面发展。
（三）积极参加人工智能相关的比赛
教育部发布的2022-2025学年面向中小学生的全国性竞赛活动名单中，和人工智能有关的比赛有很多，省教育厅、少工委等部门也经常举办各级各类的比赛。因此我们积极组织教师和学生参加全国青少年人工智能创新挑战赛、全国青少年科技教育成果展示大赛等一系列比赛，并在甘肃省教育厅承办的第二届（2021-2022学年）少年硅谷——全国青少年人工智能教育成果展示大赛火星环境探测挑战赛中取得一等奖、二等奖的好名次。
五、结束语
总之，在小学校园开设人工智能课程，不仅对小学生科技素养的提高有切实的帮助，也是为未来培养科技创新型人才夯实基础，小学教师要与时俱进，刻苦钻研，重视人工智能人才培养，为全民智能教育的发展努力奮斗。
作者单位：罗小伟 甘肃省临洮县金泽小学
参 考 文 献
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罗小伟（1983.03-），男，汉族，甘肃临洮，本科学历，中小学一级教师，研究方向：数学教学、小学计算机教学等。
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