将人工智能和编程融入早期 STEM 教育

在蓬勃发展的STEM领域，及早培养人工智能和编程技能至关重要。本文将分享一些实践项目，帮助教师有效地向学生传授这些关键概念。

面对日益激烈的STEM就业竞争，尤其在人工智能时代，尽早接触这些技术能让学生掌握解决问题、创新和批判性思维等核心技能，为未来做好准备。 无论学生未来是否从事计算机科学相关工作，这些技能都将受益终生。

以下四个工具，凭借其易用性和趣味性，非常适合不同年龄段的学生：

1. Scratch: 麻省理工学院开发的基于积木的编程平台，可用于创建游戏、动画和故事，即使是复杂的算法也能轻松掌握。

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

3. Google 可教学机器: 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。

4. 乐高 SPIKE Prime: 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，让学习更具互动性。

这些工具能教会学生什么？

• 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 可教学机器: 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。

教学示例：

以下是一些针对不同工具的课堂教学方案：

1. Scratch:

   • 目标: 创建运用循环和条件语句的简单动画。
   • 导入: 激发学生兴趣，例如：想让你的绘画动起来吗？想探索编程的创意世界吗？
   • 演示: 演示Scratch界面，并制作一个简单的动画作为示例。
   • 实践: 学生自行创作动画，互相帮助，教师巡视指导。

2. 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？改变条件会有什么结果？
   • 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，鼓励发挥创意并拓展代码功能。

3. Google 可教学机器:

   • 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: 演示如何收集图像、将其上传到不同的类别（例如“猫”和“狗”），训练模型并用新图像测试。
   • 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。

4. 乐高 SPIKE Prime:

   • 目标: 搭建一个能够避开障碍物的机器人。
   • 导入: 询问学生是否玩过乐高。
   • 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：

将人工智能和编程融入早期STEM教育至关重要。 Scratch、Blockly、Google 可教学机器和乐高 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！