基于“慕課+人工智能”的STEAM分級課程研究

李東

大數據和人工智能時代正在快速深刻地改變我們的學習方式、教學方式、思維方式，包括我們解決問題的方式，人工智能已經從多個層面上對教育課程體系提出了深層挑戰。因此，教育部提出了“人工智能+X”背景下的培養人才新目標，有助于升級傳統的教學模式，改革教學方法，創新教學實踐，讓教育教學跟AI深度融合并向智能化、高效化發展。

泉州五中是一所具有深厚文化積淀的百年老校，秉承“以人為本，追求卓越;和諧發展，服務社會”的辦學理念。近年來，學校更是以開拓創新的辦學理念、科學規范的管理實踐和全面豐收的辦學效益贏得社會各界的廣泛贊譽，《中國教育報》《福建日報》等媒體多次長篇報道學校全面推進素質教育的做法和成效。面對新的教育形式，泉州五中積極探索人工智能、創客教育和核心素養培養的關系，以培養學生的創新精神和實踐能力為切入點，在發展慕課，即通過大規模在線教育形成“共享名師和優課”模式的同時，與人工智能教育有機結合起來，形成了自己獨特的STEAM課程教育模式，由淺入深構建通識課程、校本課程和競賽課程 “人工智能+慕課”三級課程體系，積極探索人工智能背景下的混合式（在線慕課+課堂研討+實踐環境）教學方法，取得了可喜的成績。

一、開設“慕課+人工智能”STEAM分級特色化校本課程

如何提升傳統的教學模式、教學方法，讓教學內容和方式更加智能化和高效化，把教師從簡單、機械繁瑣的“教學”工作中解放出來，從而使學生將來的潛力和能力不落后于人工智能時代的發展，是新時代中小學面臨的必須盡快解決的課題。

泉州五中研究大數據以及人工智能輔助下的以學生為中心的課程體系設置，率先根據不同學段學生發展特點，開發或者選擇適合不同學段人工智能創客教育資源，形成有效銜接的、適合基礎教育階段的系列創客教育校本課程或體驗活動項目，為每個學生提供個性化、定制化、智能化的學習內容、方法，從而激發學生跨學科的知識和實踐學習欲望，實現線上線下教育模式的協同，及人工智能與慕課的深度融合。

1.課程的設立

課程設置以培養新一代勞動者為導向，以社會需求為目標，以實踐能力提高為核心，強調理論性與應用性的有機結合，突出案例分析和實踐教學。不斷創新開發能夠體現學科前沿性和實踐性的人工智能課程體系。

STEAM教育課程有三大類：跨學科的整合性課程、強調探究設計和創造的實踐性課程、內容豐富的開放性課程。具體包括：機器人、樂高積木、趣味科學實驗、編程教育、開源硬件、STEAM科學實驗、3D打印、激光切割創意手工等。STEAM教育特點是滿足學生發展的需求、注重學科知識的綜合應用、強化工程思維的培養。

（1）科學哲學先行——認識創新五階段

認識創新五階段分別是吃透背景——才有原動力（描述問題情境：做事情需要理由，了解背景就是了解做事的緣由，找到做事的動機和目標）;凝練問題——就是簡化、省略（如果將發生的事情簡單、省略、抽象化再看，就會清晰很多。以不同的劃分方式將問題拆分成若干個子問題，決定從哪個問題開始，像下棋一樣一步步來）;查閱文獻——才有前瞻性（查閱文獻=吸收、學習，注意探索歷史，了解發展規律。掌握知識點的5個W和1個H：What was done—做了什么工作，Who—工作是誰做的;When—什么時候做的;Where—在哪里做的;Why—為什么要做;How—這個工作怎么做）;大膽猜想;小心求證。

（2）開設校本選修課

學校有《Arduino創意電子設計與制作》《智能垃圾桶項目》《導游機器人項目》等科創項目的應用與開發。同時舉辦了暑假創客夏令營、周末創客班（針對小學生和初中生開設《樂高機器人的設計與編程》和《mbot機器人的設計與編程》）等創客學習活動。

2.課程分級目標

（1）總目標

“人工智能+慕課”以連通主義理論和網絡化學習的開放教育學為基礎，以提高每一個學生的STEAM素養為總目標。通過課程學習，學生能夠對STEAM領域產生學習興趣，親歷STEAM實踐活動過程，逐步形成價值觀、必備品格和STEAM關鍵能力，培養應用型、復合型、創新型人才，為高校自主招生輸送人才。

（2）分級目標

這些課程跟傳統中學課程一樣循序漸進地讓學生從初學者成長為有一定人工智能水平的實踐者，少數學生參加上級相關比賽。通識課程與校本課程非常豐富，精彩紛呈，基本上都是我校名師開設的。

3.STEAM教育的策略

（1）項目式學習是核心

通過電腦編程、硬件搭建、造型設計等創作智能實物作品，如趣味電子裝置、互動多媒體、智能機器等;基于項目式學習的PBL：提出問題，調查研究，設計制作，分享評價，拓展提高。

（2）注重學生編程、設計思維的訓練

例如植樹問題、農夫過河問題、雞兔同籠等用編程的方法、動畫的形式展現出來。像這樣的PBL項目式學習，會先給孩子們描述要解決的問題。其中很重要的一點是要具備工程思維：基于證據優化設計。引導學生按照科學規律創新設計，選擇材料物化設計，基于證據優化設計。引導學生從系統的可靠性、安全性、經濟性等視角思考解決方案在真實情境下應用的可行性，通過嚴謹的工程設計與實踐過程，幫助學生認識和理解客觀世界的科學規律，培養學生向真實生活遷移的工程理念。

（3）逐級推進

全國青少年創客基礎技能測評標準分電子電路、結構傳動、編程算法、數字制造四個模塊，每個模塊分四個等級標準，我們從一級開始，逐級推進。學生學習創客過程可以原創，可以引進與借鑒，可以拓展與改編。玩中學（小學，注重趣味性學習）—做中學（初中，注重探究性學習）—思中學（高中，注重問題和設計的學習）。

4.構建課程分級評價體系

從2012年9月開始，泉州五中以給學生的終身發展奠定堅實的基礎為落腳點，根據自身管理的需求自主研發了學生綜合素質多元評價管理系統。學生綜合素質的多元評價體系為學生提供個性化的幫助，充分彰顯學生個性特色，滿足學生個性化、多元化發展需要，實現學生綜合發展和終身發展狀況的記錄和評價，為同一領域的研究提供了成功的范例。福建省教育廳下發閩教綜[2016]17號文件，委托我校研發適用于全省的綜合素質管理系統。2017年8月，該項目入選福建省中小學德育建設十佳示范項目。學校的綜合素質多元評價體系，以每學期的綜合素質等級評價結果為獎勵表彰學生的重要依據。

（1）通識課程評價

全校學生點擊慕課課程后，網絡中會有學習時間的記錄，有相關問卷調查和相關簡單問題的回答，這些數據可作為每位學生綜合素質評價中科學意識評價的依據。

（2）校本課程評價

在學校網站的校本課程學習管理區中，任課教師可對學生選修的創客課程的理論知識、實踐能力、出勤情況、作業完成、考試成績情況等進行課程的評價。科創中心的老師開設許多校本課程，每門課都有相對頻繁的小測驗，有時還有期中和期末考試。考試通常采用小組評價和老師評價，其中小組評價可以由同學評分（比如一門課的每份試卷由同班的五位同學評分，最后分數為平均數）。一些學生成立了網上學習小組，或跟附近的同學組成面對面的學習小組。

（3）競賽課程評價

根據興趣愛好和基礎水平，選報不同級別的人工智能競賽和機器人大賽，根據參賽成績和授課過程的表現評價成績。這類學生綜合素質評價中的科學素養評分往往比較高。

總之，在綜合素質評價環境下，學校也將創客教育相關校本課程納入這個評價體系中，根據學生的創客教育校本課程研修情況，評選個性發展突出的優秀學生，讓更多學生體驗成功、感受激勵。該系統能為學生和家長選擇適宜學生發展的高等院校及工作崗位提供參考，也能為學校更好地了解學生成長狀況，適時調整辦學策略提供科學的參考。

二、創建人工智能慕課學習平臺

人工智能技術用于教育最重要、最迫切的就是網絡學習空間建設，我校大力推進人工智能技術和教育教學的深度融合，創建人工智能慕課學習平臺，推動智能教育的快速高效發展，讓更多學生受益。

慕課的主要特點是大規模的開放課程、網絡課程，這些課程掛在校園網的人工智能教育專題欄中，除了供選修該校本課程的學生學習外，非校本課程學生也可學習。這樣，學生聽課的地點不受局限。對于學校評出的精品課程，平臺會加以特別注明，點擊量往往特別多。目前，我校線上人工智能慕課數量已達64門，學習人數突破10萬人次，慕課總量、參與開課老師數量、學習人數均處于泉州領先地位。

除了慕課平臺以外，我校還拓寬渠道利用科普講座、圖片展覽、報刊等各種形式進行廣泛宣傳教育，篩選出一批可借鑒的整合案例或獲獎的成功案例，供后續學生學習與創新。

三、構建“慕課+人工智能”STEAM分級課程的運行機制

1.政策引領——創客教育實施框架

全校老師學習《國家教育事業發展“十三五”規劃》《新一代人工智能發展規劃的通知》《教育信息化“十三五”規劃》等文件，對創客教育進行頂層規劃、課程設置、課程開發、實施保障、課程實施、學習評價等方面的深入研究。

2.組織管理——領導機構、組成成員與活動機制

創建校級人工智能創客教育管理與激勵機制。人工智能教育是創新教育的重要途徑，也是學校教育變革的重要方向。學校實施人工智能創客教育絕不是建設一個人工智能創客教室和單純開設一門校本課程那么簡單，而是一項系統工程，需要一個包含目標規劃、實施路徑、保障條件等要素的行動框架，從而避免實踐中的盲目跟風和無的放矢。

3.硬件建設——基礎保障

學校領導高度重視，將在資金、技術、人員、外出學習等各方面予以全力支持。將不斷加大資金投入，完善硬件條件，加強人工智能創客教育環境建設，因地制宜，依據本土化和低成本原則，根據學校現有條件就地取材，把學校現有的發明創造室、物理實驗室、電子制作室、航模車模室、木工雕刻室、剪紙創作坊、陶藝制作坊等功能室升級改造為人工智能教育創客空間。

學校組建科創中心高端實驗室，目前學校科創中心擁有以Leg6、Arduino、Stm32為主題的三間高端創客實驗室，及以機器人社和科創社為主的學生創客活動中心。

4.學習培訓——后續人才的培養

學校致力于研究人工智能教育指導教師必須掌握的理論、指導技能，和人工智能創客教育教師的培養機制。為了更深入地學習，學校組織科創中心成員到廣東參加創客培訓，了解到創客文化、創客精神的內涵，以及創客的基本技術、基本技能。

同時，我校注重與本地高校對接，與附近的華僑大學和泉州師院共同建設師資合作基地，打造標準化的師資培訓隊伍。

5.資源整合——可持續發展

泉州五中聯合泉州市直三所學校，從幼兒園到高中，凝聚了十幾位老師，組建有創客教育經驗或者意向的教師隊伍，組建課題團隊，課題組成員由多名中高級教師組成，每周舉行一次課題實施集備會，每月進行校際人工智能創客教育交流研究，目前已取得豐碩成果，受到上級機關的肯定和贊譽。

四、實踐創新與收獲

我校幾年來基于“慕課+人工智能”STEAM分級課程的探索之路，實現了多學科交叉融合，有效培養了學生解決實際問題的能力，體驗性活動引導了學生經歷實踐性知識的生成過程，多樣化技術的支持使STEAM教育更有效。

首先是基本技能的進步與提高，在創作的過程，可能會遇到不同的困難就會驅使學生掌握更多的技能，以便更好地完成任務;其次是綜合實踐能力的進步與提高，當然，我們還需要培養學生語言表達能力、藝術加工能力，這對學生的綜合實踐能力就是一種升華和造就;再者，就是創造性思維的發展與提升，學生通過想象、創造，開發了一個新項目;在玩耍、與同伴分享的過程中產生新的點子，進一步反思、想象，創造。近幾年來，我校已有20多個項目在全省、全國比賽中獲獎。

人工智能時代，教育改變的不僅是邊界和方式，更多觸及的是內核的改變，滿足每個人的差異需求，“讓每個孩子都成功”不再是口號，“教育個性化”將真正得以實現。泉州五中近幾年基于“慕課+人工智能”STEAM分級課程的探索之路，使STEAM教育不再只是滿足少數人，并開發出一系列新作品和課程資源，逐步建成一支基礎教育階段學校創客教育的教師團隊，認真總結“慕課+人工智能”STEAM分級課程的資源開發、課程建設、教師培養等方式方法，形成發展機制，實現推廣應用，為培養人工智能時代新公民做出自己應有的努力和貢獻，在福建省中小學中豎起了一面旗幟。

編輯 王彥清