将人工智能与编程技术融入初级STEM教育

在迅速发展的STEM领域，早期培养人工智能与编程技能显得尤为关键。本文旨在分享若干实践项目，以协助教育工作者有效地向学生传授这些关键概念。

鉴于STEM领域就业市场的日益竞争，特别是在人工智能时代背景下，早期接触这些技术能够使学生掌握解决问题、创新及批判性思维等核心能力，为未来职业生涯奠定坚实基础。无论学生将来是否选择计算机科学作为职业道路，这些技能都将对他们产生长远的积极影响。

以下介绍的四种工具，因其操作简便与趣味性，非常适合不同年龄段的学生使用：

Scratch: 由麻省理工学院开发的基于积木的编程平台，可用于制作游戏、动画和故事，即便是复杂的算法亦能轻松掌握。

Blockly: 谷歌开发的基于积木的编程平台，支持与JavaScript、Python等多种编程语言的集成，并能将积木代码转换为文本代码。

Google Teachable Machine: 一个无需编程经验即可使用的AI训练平台，通过不同类型的数据创建模型，提供互动式学习和即时反馈。

乐高SPIKE Prime: 一个基于积木的可视化编程平台，结合乐高套件，并提供配套课程计划，使学习过程更具互动性。

这些工具能教授学生哪些内容？

· Scratch: 循环、条件语句和事件驱动编程。

· Blockly: 多种编程语言及其语法，从可视化编程过渡到文本编程。

· Google Teachable Machine: 机器学习基础，通过数据驱动决策进行模式识别。

· 乐高SPIKE Prime: 机器人技术，传感器集成和解决问题，模拟机器如何利用数据与环境交互。

教学案例：

以下是一些针对不同工具的教学方案：

Scratch:

· 目标: 制作运用循环和条件语句的简单动画。

· 导入: 激发学生兴趣，例如：是否希望你的绘画作品能够动起来？是否愿意探索编程的创意世界？

· 演示: 展示Scratch界面，并制作一个简单动画作为示例。

· 实践: 学生自行创作动画，互相协助，教师进行巡视指导。

Blockly:

· 目标: 编写一个包含循环和条件语句的计数器程序。

· 导入: 提出问题：如何重复执行一个动作？如何检查条件？改变条件会产生什么结果？

· 演示: 使用C语言编写一个从1到10计数并判断素数的程序。

· 实践: 学生尝试切换编程语言、修改数字或条件，鼓励创新思维并拓展代码功能。

Google Teachable Machine:

· 目标: 训练一个图像分类模型。

· 导入: 提出问题：如何让计算机识别图像？什么类型的数据最适合训练模型？

· 演示: 展示如何收集图像、将其上传到不同类别（例如“猫”和“狗”），训练模型并用新图像进行测试。

· 实践: 学生收集、上传并分类图像，训练模型并进行测试，教师提供必要的帮助。

乐高 SPIKE Prime:

· 目标: 搭建一个能够避开障碍物的机器人。

· 导入: 询问学生是否接触过乐高。

· 演示: 介绍乐高SPIKE Prime套件，演示如何搭建一个简单的机器人，并使用距离传感器检测障碍物。

· 实践: 学生使用传感器搭建并编程机器人，教师巡视指导，解决问题。

结论：将人工智能与编程融入初级STEM教育至关重要。Scratch、Blockly、Google Teachable Machine和乐高 SPIKE Prime等工具，为学生提供了实践机会，培养了编程、解决问题、创造力和批判性思维等宝贵技能，为他们在技术驱动的未来做好准备。让我们为下一代提供必要的工具和知识，帮助他们在科技时代蓬勃发展！