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浅谈小学阶段基于人工智能课程的工程思维建立

摘要：随着科学技术的不断发展，机器人，人工智能，STEM教育等词在耳边出

现的频率呈上升趋势，国家也出台了很多相应的政策来推进人工智能的有关发展，

该类型课程为一门新兴的创新型技术教育课程。为此，本文将从人工智能的发展

和相关的技术、人工智能技术中的机器人教育与工程思维的关系、机器人教育对

小学生工程思维建立的帮助等方面介绍。

关键词：人工智能；机器人；STEM教育；工程思维

一、相关的背景介绍

、人工智能1

人工智能已经经过了孕育、形成和发展三个阶段；从古至今人民都希望能够

通过机器人来帮组我们劳作，甚至是替代我们劳作替代我们思考。现在正是处于

人工智能的发展阶段，其中主要包括了大数据，机器学习和人机交互等相关的技

术。

、STEM2教育和机器人教育

近些年来，很多学校都在开展STEM教育，尤其是大城市。STEM实际上就是

科学、技术、工程和数学的简写，起源于美国，它注重的是学生综合实践能力的

培养，但结合我们国家的基础教育范围和社会对学科的关注度，学生对于工程思

维方面较为薄弱。

机器人是指能够独立完成某项任务的机械设备或装置，它能够通过各种传感

器感知其身边的环境情况，结合自身的姿态状态采取某种策略去完成指定的任务，

在人工智能的课堂中学生对其充满奇心，兴趣浓厚，对学生的创新思维和设计能

力的培养都有极大帮助。

、工程思维3

工程思维实际上就是像工程师那样解决实际工程问题的思维，而工程思维其

核心就是解决工程问题时的决策思维、工程整体框架设计的思维、工程实施思维

和对工程评价的思维。就目前相关的课程来看，大多将重点并非放在对小学生工

程思维的培养中，认为在该年龄段不符合其认知发展。早在2011我国教育部就

提出了要培养出一批既有创新能力又有工程能力的高质量工程技术人才，由此可

见工程思维的建立是宜早不宜迟。

二、人工智能课程与工程思维建立的关系

、课程形1式

人工智能现在处于发展阶段，其核心技术——机器人技术呈逐渐成熟趋势，

也是必然趋势，随着人们的认知水平提高，机器人教育在社会的认可度也呈现上

升趋势。目前小学阶段的机器人教育大体上有两种形式：机器人创新实践活动

（机器人竞赛）和学校机器人兴趣课。以赛促教，利用机器人竞赛促进机器人教

育，旨在培养学生创新思维能力和动手实践能力，机器人竞赛可以有效实现机器

人教育，常见的小学生机器人竞赛有VEX-EDR工程挑战赛、VEX-IQ机器人挑战赛、

机器人创意设计等比赛项目。

、课程2优势

近年来人工智能取得了较大的进步，为此其核心机器人技术也得到了很好的

发展，加之人们的认知进步，社会认可度也得到了极大的肯定，所以很多学校都

引入了STEM课程，机器人课程等系列课程，其开展的形式也很多，例如科学课

实践课、课外活动课、选修课、信息技术课等等。因此，在小学阶段开展人工智

能课程，以机器人为载体，围绕机器人的结构设计、程序设计、硬件调试和程序

调试展开，会给学生带来多方面的能力培养，并且在该学段还具备很多优势，第

一，学生兴趣浓厚；第二，学生学业压力小；第三，课后时间充足。

、课程对思维建立的影响3

基于以上分析，小学阶段可以利用兴趣活动课，以兴趣小组为单位设计一台

能够完成某项任务的机器人，学生发挥空间大，可创造点多，因此小组需要有整

体的工程框架设计、工程实施步骤设计、工程验证……并且在整个过程中，学生需

要对机器人完成任务的行进路径和任务先后策略要有设计，程序实现难度与机械

结构实现难度的平衡，总之，一台机器人的设计并不是单一的设计，需要有多方

面的考究与研讨，所以在该过程中，学生既有动手实践能力的提升，又有工程思

维的培养，所以利用机器人为载体来进行教学能够帮助学生建立良好的工程思维

能力。

三、人工智能课程中如何实施工程思维建立

、内容选择1

首先是教学的内容，目前本课程是一门新兴的技术课程，还未形成良好的课

程体系，存在着课程内容散乱等问题，不利于工程思维培养，所以我们需要系统

的课程内容，从易到难，前后相关联，设计课程时还应该考虑到课程是否符合年

龄段特征。比如设计一款人机对战的机器人，机器人完成指定具有黑线白底的场

地上的搬运任务，两个小组实现对抗任务，一组为手动操作机器人，一组为程序

自动机器人，为此两组都需要设计两种不同的机器人。其中就有很多的子课程，

包括了机器身体机械