数实融合：小学人工智能三级课程体系的构建与实践

摘要：本文立足人工智能时代的教育发展需求，从培养小学生数字素养与创新能力、人工智能素养等出发，构建了小学人工智能“普及—拓展—培优”三级课程体系，详细阐述了课程目标、内容、实施等关键要素的设计策略，并通过三个案例，分别展示了三个层级人工智能课程实践过程，旨在为小学人工智能教育的普及与推广提供实践指导和案例借鉴。

关键词：小学人工智能教育；数实融合；三级课程体系；实践案例

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2025）01-0042-04

教育部办公厅2024年印发的《关于加强中小学人工智能教育的通知》强调：“进一步完善相关课程中人工智能教育要求，小学低年级段侧重感知和体验人工智能技术，小学高年级段和初中阶段侧重理解和应用人工智能技术，高中阶段侧重项目创作和前沿应用。”[1]在小学阶段，学生正处于人生观和价值观形成的关键时期，对新兴科技充满好奇心，这为开展人工智能教育提供了“黄金期”。然而，目前我国小学人工智能课程体系的研究与实践仍处于起步阶段，存在课程目标不明确、内容碎片化、实施途径单一等问题。[2]同时，部分学校对人工智能课程的重视程度不够，师资队伍建设滞后，教学模式缺乏创新，难以满足智能时代对创新人才培养的需求。因此，小学人工智能教育的普及与推广迫切需要从理念、内容、方法等方面进行整体设计，构建一个内容完整、梯度合理、融合创新的小学人工智能课程体系。在本研究中，笔者以皮亚杰的认知发展理论为支撑，从实践角度出发，探索构建“普及（兴智）—拓展（优智）—培优（极智）”的小学人工智能三级课程体系，并进行教学实践，以期为小学阶段人工智能教育的开展提供参考。

小学人工智能三级课程体系的构建

1.课程目标：分层设置，循序渐进

小学人工智能课程旨在帮助学生认识人工智能的基本概念，理解人工智能给生活带来的影响，掌握运用人工智能解决简单问题的方法，增强人工智能意识，提升数字素养，为未来发展奠基。所以笔者认为，围绕总目标，小学课程设置应采取分层递进、螺旋上升的进阶模式，分为“普及—拓展—培优”三个层级，循序渐进地提升学生的知识理解、实践应用和创新能力，具体如下页图1所示。

普及课程兴智，重在感知体验，为生奠基，播撒AI种子。该层级主要面向一、二年级学生，重在激发学生对人工智能的兴趣，引导学生体验人工智能在生活中的应用，了解人工智能的基本概念，培养人工智能意识。

拓展课程优智，重在理解应用、编程实现，为生拓视，助生根发芽。该层级主要面向三、四年级学生，在普及课程基础上，引导学生进一步理解人工智能的关键技术与核心原理，提升分析问题、解决问题的能力，培养学生的计算思维与创新意识。

培优课程极智，重在跨学科整合，为生创境，促开花结果。该层级主要面向五、六年级学生，旨在进一步拓宽学生的人工智能视野，培养学生的跨学科整合能力，增强学生的人工智能应用与创新能力。

2.课程内容：数实融合，项目驱动

小学人工智能课程内容应坚持“数实融合，项目驱动”的设计理念，强调将数字化工具和资源与实体教育内容相结合，围绕课程目标，遴选契合小学生认知特点、联系生活实际的人工智能项目，并整合相关数学、计算机科学、艺术等知识，形成富有逻辑性、连续性的课程内容序列，引导学生在动手实践中感悟人工智能魅力，增强运用人工智能解决问题的综合能力，目前已形成“普及—拓展—培优”三级课程群，课程体系如图2所示。

普及课程内容聚焦人工智能应用的感知和体验。教师以小学生日常接触的人工智能应用为切入点，通过讲故事、做游戏等方式，激发学生兴趣，引导学生了解人工智能的含义、特点，增强人工智能意识。

拓展课程内容聚焦人工智能关键技术与核心原理的理解和简单应用。教师围绕智能语音、智能视觉、自然语言处理等热点技术，设计基于真实情境的人工智能项目，引导学生在动手实践中探究人工智能的关键技术与核心原理，掌握运用人工智能解决简单问题的方法，培养学生的计算思维能力。

培优课程内容聚焦培养学生综合运用人工智能的创新实践能力。教师围绕智慧生活、未来社区、绿色出行等主题，创设跨学科项目情境，引导学生运用机器视觉、自然语言处理、知识图谱等技术创作智能作品，培养学生的知识整合与迁移能力。引导学生综合运用编程、工程设计、数字建模等方法，开展人工智能创新实践，在解决复杂问题中提升创新能力。同时，鼓励学生“走出去”，参与人工智能相关的竞赛，开阔视野，培养创新能力。

小学人工智能三级课程的实施

1.普及课程

（1）普及课程的实施路径

普及课程的实施分为课前准备、课堂教学、课堂评价和课程反思四部分。在课前准备阶段，教师需提前录制人工智能的微视频，上传至在线学习平台。学生通过观看视频，初步了解其原理与应用。在课堂教学环节，教师根据小学低段学生的特点，采用游戏导入的方式开展教学，具体过程包括“游戏导入—知识学习—实践活动—项目体验—拓展延伸”。课程评价主要采用教师评价、学生互评与自评和成果评价，其中成果评价主要采用召开人工智能应用创意方案分享会的形式。在课程反思方面，教师课后自行进行总结反思。

（2）普及课程典型案例

《神奇的人脸识别》是一节普及课，属于“AI上智慧生活”板块中的内容，旨在激发一、二年级学生对人工智能的兴趣，引导学生初步感知人工智能技术在生活中的应用，培养人工智能意识。课程目标为：通过人脸识别小游戏，了解人脸识别技术的工作原理，感知人工智能的神奇魅力；通过人脸属性分析实验，探究面部特征与数学的关系，初步建立人工智能与数学的联系；通过人脸识别考勤系统的设计与制作，体验人工智能的创作乐趣，激发运用人工智能的兴趣。

课堂教学具体流程为：①在游戏导入环节，教师以“找朋友”人脸识别小游戏导入，学生随机抽取同学照片，在全班同学中找出相应的人脸。②在知识学习环节，学生先观看微视频，了解人脸识别系统的组成及工作流程，再结合日常经验讨论人脸识别在生活中的应用，如人脸考勤、人脸支付等。③在实践活动环节，学生分组进行人脸属性分析实验，利用在线人脸属性分析工具，上传自拍照，分析面部特征信息，如年龄、性别、情绪等。教师引导学生探究面部特征与性别、年龄的数学关系，如男女生面部轮廓差异、不同年龄段面部皱纹数量的变化规律等，初步建立人工智能与数学的联系。④在项目体验环节，学生利用教师事先准备的可视化编程工具设计人脸识别考勤系统，教师引导学生利用计算机摄像头采集人脸图像，运用人脸检测模块实现人脸定位，再结合数据库进行人脸比对，判断考勤结果。⑤在拓展延伸环节，教师组织学生开展“我是人脸识别小达人”主题演讲，分享人工智能学习的收获与感悟。

2.拓展课程

（1）拓展课程的实施路径

拓展课程的实施步骤与普及课程相似，不同的是课堂教学环节，其过程包括“情境导入—案例分析—知识学习—项目实践—拓展延伸”。课程评价主要采用教师评价、小组评价和项目评价，其中项目评价主要通过开展优秀作品评选活动，从创意、技术、性能等角度评估学生的项目实践作品，肯定学生在项目实践中的进步与创新。

（2）拓展课程典型案例

《我是聊天机器人之父》是一节面向三、四年级学生的拓展级人工智能课，属于“行空板人工智能”板块的内容。本课以聊天机器人为载体，引导学生探究其核心原理，掌握基本的自然语言处理技术，提升学生分析问题、解决问题的能力。课程目标为：通过分析聊天机器人的工作原理，了解自然语言处理的基本概念与关键技术；通过编程实践，掌握简单的字符串匹配、关键词提取等自然语言处理算法，初步感受人机对话的乐趣；通过小组协作完成简易聊天机器人的开发，提升团队协作与计算思维能力，培养创新意识。

课堂教学具体流程为：①在情境导入环节，教师通过播放Siri、小爱同学等聊天机器人的对话视频，引出本节课的学习主题。②在案例分析环节，教师引导学生进行案例分析，分组调研聊天机器人的应用案例，如客服机器人、心理咨询机器人等，总结其应用特点。③在知识学习环节，教师引出探究问题“聊天机器人是如何理解人类的问题并给出回答的”，启发学生探究其背后的技术原理。学生自主观看微视频，了解其关键技术，教师结合案例，解释字符串匹配、关键词提取、模板匹配等常见的聊天机器人工作原理，引导学生思考如何利用这些技术实现人机对话。③在项目实践环节，教师引导学生利用Python编程工具，设计简易的问答型聊天机器人。教师演示问答知识库的构建方法，指导学生利用字符串匹配实现关键词匹配，利用分支语句实现多轮对话。学生分组协作，开发“生活助手”“学习顾问”等不同类型的聊天机器人，通过角色扮演测试机器人性能，体验人机对话的乐趣。

④在拓展延伸环节，教师组织“与AI对话”主题活动，让学生通过扮演不同生活场景的角色，与聊天机器人进行对话，反思机器人回答的合理性与创造性；引导学生探讨聊天机器人的优缺点，展望人工智能时代人机交互的发展前景。

3.培优课程

（1）培优课程的实施路径

培优课程实施路径的不同之处在于课前准备阶段学生需要通过问卷调查、查阅资料等方式，了解相关现状。课堂教学过程包括“需求分析—技术学习—方案设计—编程实现—测试优化-成果展示”六部分。课程评价主要采用前后测问卷调查、项目评价和能力评价，其中能力评价主要通过学生自评、学生互评、教师评价相结合的方式，全面评估学生在项目实践中表现出的计算思维能力、工程实践能力和团队协作能力。

（2）培优课程典型案例

“AI护眼小管家”是面向五、六年级学生的培优级人工智能课程，属于“创意发明”板块中的内容。课程以“爱眼护眼”为主题，引导学生综合运用编程、数学、工程设计等知识，开发一款基于人工智能的护眼提醒系统，培养学生的跨学科整合能力和创新实践能力。课程目标为：调查分析青少年用眼健康现状，理解过度用眼对视力的危害，增强护眼意识；了解人脸检测、人脸关键点定位等计算机视觉技术在护眼领域的应用前景；运用Python编程工具，开发“AI护眼小管家”，掌握人工智能的工程实现方法；通过小组协作完成产品开发，提升团队协作能力与工程实践能力，培养创新意识。

课堂教学具体流程为：①在需求分析环节，教师在课前准备阶段布置了“通过问卷调查、查阅资料等方式，了解青少年用眼健康现状，并总结过度用眼的危害”的调查任务，在正式授课时，基于前期调研结果，引导学生进行需求分析：小组讨论“AI护眼小管家”应具备哪些功能，如提醒用户眨眼、纠正用眼姿势、记录用眼时长等，明确系统的功能需求。

②在技术学习环节，针对技术学习的难点，教师利用OpenCV库演示人脸检测、提取眼睛区域、检测眨眼动作的方法，引导学生思考如何将这些技术应用于护眼系统。③在方案设计环节，教师组织学生分组讨论护眼系统的整体架构与模块化设计，绘制流程图，确定系统的输入输出、功能模块、交互方式等内容，重点引导学生将整体设计任务分解成若干子任务，并合理进行分工协作。④在编程实现环节，学生利用Python和OpenCV库进行程序开发，教师提供必要的学习支架，如示例代码，帮助学生理解关键算法。⑤在测试优化环节，在完成护眼提醒、用眼数据统计、个性化报告等不同功能模块的开发后，小组成员互相测试对方的模块，提出改进意见并调试优化合成一个完整的护眼系统。课后邀请低年级学生试用护眼系统，根据反馈意见进一步完善功能。⑥在成果展示环节，开展“AI护眼小管家”优秀作品展示活动，各小组介绍设计理念、技术方案和创新点，现场演示系统功能，评选优秀项目。

结束语

在构建小学人工智能课程体系时，必须精准把握不同年龄段学生的认知发展特点和学习需求，立足人工智能学科特点，以分层次、分阶段的方法，逐步推进课程内容，让学生尝试用AI改造真实世界，让埋在学生内心的AI种子开花结果。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.教育部部署加强中小学人工智能教育[EB/OL].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202412/t20241202_1165500.html.

[2]沈鹏，马华彬.小学人工智能校本课程的设计与实施——以“AI上智慧古镇”校本课程为例[J].中小学信息技术教育，2024（01）：55-56.