淺談人工智能在校外教育中的理念和策略

秦東

[摘 要]作為現代教育生態的重要方式，校外教育承擔著和學校教育協同育人的重要作用。隨著人工智能技術的不斷發展進步，研究的深入以及在教育領域的逐步推廣應用，人工智能在推動教育發展改革和教學現代化進程中起著越來越重要的作用，對教育教學產生了深遠的影響。校外教育往往對科技的發展響應更加迅速，在開展人工智能教育過程中也呈現出自身的特點。本文以黑河中俄青少年活動中心為例，探討人工智能視角下學與教的規律，以及人工智能如何融入現有的校外教育活動。

[關鍵詞]人工智能;教育;應用

人工智能（簡稱AI）是計算機科學、控制論、信息論、神經生理學、語言學等多種學科交叉發展起來的一門綜合性的前沿學科。著名的美國麻省理工學院的溫斯頓教授認為：“人工智能就是研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作。”這些說法反映了人工智能學科的基本思想和基本內容，即人工智能是研究人類智能活動的規律，構造具有一定智能的人工系統，研究如何讓計算機去完成以往需要人的智力才能勝任的工作，也就是研究如何應用計算機的軟硬件來模擬人類某些智能行為的基本理論、方法和技術。國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》中也指出：實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育，寓教于樂的編程教學軟件、游戲的開發和推廣。

一、校外開展人工智能科普教育的理念和策略

1.教學目標定位精準，培養適應AI時代的素養能力

校外開展人工智能科普教育活動，可以從認知、思維、創造三個層面制訂目標：通過體驗和操作等方式了解人工智能的技術構成、基本原理、常見應用，讓學生對人工智能領域有一定的感性認知和理性欣賞;通過編程體驗訓練計算思維，讓學生像計算機科學家一樣工作和思考，嘗試運用計算機科學的基礎概念求解問題、設計系統;發展創造力表達創意想法，實踐創新。

2.教學設計與時俱進，基于STEAM的創客教育理念

在教學中，可以采用任務驅動、基于項目的學習。教師可以將教學內容設計成1個或者多個任務，甚至是1個真實問題的項目，讓學生在解決綜合性、復雜性的問題中學習。在設定具體任務或項目時，選用符合STEAM理念的跨學科學習任務或項目，可以充分發揮學生的主動性、創造性、團隊合作精神。在學習過程中，由學生自己完成信息收集、方案設計、項目實施和改進，最后得到解決問題的成就感。

3.堅持以人為本的教學策略，基于分層次教學的個性化學習

策略一：針對學習興趣——先玩后做，注重體驗過程。激發求知欲、培養學生發散思維技巧是STEAM課程活動的要點之一?！跋韧婧笞觥奔聪茸寣W會體驗成果的樂趣再去探索制作過程，讓學生在實踐活動中體驗和理解相關的概念，加深體會，力爭最大程度地激發學生的學習需求及求知欲。這里所說的“玩”，是有目的、有計劃、有引導的玩，而玩的目的是為了更好地理解和設計，從而提高思維技巧。

策略二：針對思維發展——循序漸進，激活學生思維。提高解決問題的能力是STEAM教育的目的之一，提高辯證思維能力可以使學生全面、動態地看待問題和解決問題。而要調動每一位學生思維的主動性和積極性，就先要讓他們的思維“動起來”。每個學生的初始想法是不全面不完整的，學生的每個想法對于解決問題的能力和程度也是不一樣的。教師在STEAM課堂中不僅要引導學生用幾個想法解決一個問題，還要要求學生會比較問題解決的有效性和最優性。

校外教育面對的群體中，學生的學情、年齡、知識面的寬廣度不一、差異較大，這些是校外教育的特性。首先對于不同的課程，教師往往要準備基礎背景知識閱讀和延伸知識閱讀，滿足基礎單薄和學有余力等不同需要;其次在教學任務設計中綜合不同層次水平階段的基礎任務和進階任務;再次學習效果評價時，要充分根據年齡水平和過往表現做出適當的評價;最后要充分運用學生之間的差異性，將其轉化為教學資源，讓進步較快的學生作為學習經驗分享的帶動者，充分發揮以人為本的教育理念，促進學生創造力和創新精神素養的提升，構建團隊協作能力，讓學生主動分享知識，幫助同伴，深化對知識的理解與應用;來自學生的分享也會激勵其他同學更加投入學習，發揮榜樣效應，促進學生的個性發展。

二、校外開展AI科普教育的實踐

人工智能課程需要聚焦創新力和計算、編程思維、英語、數學建構能力，能充分調動學生的積極探索欲和求知欲，提升學生的學科發散思維能力和學科之間的融合能力。黑河中俄青少年活動中心針對不同的學生團隊及不同年齡段的特點，有主題、有目的地設計了不同層次的教育活動。

Ration（探究）是“5E”教學模式的中心環節，學生在資料探究和實驗探究中，面對新的知識和信息與之前概念形成的認知沖突，進行概念的重建。在此過程中，教師需要適當進行提示和引導。Explanation（解釋）是“5E”教學模式的關鍵環節。主要是對探究過程和結果的展示，給他們提供一個機會表達其對概念和技能等的理解和掌握，學生嘗試用自己的理解閘述他們對概念的認知，同時也為教師呈現正確概念提供機會。Elaboration（遷移）是在教師引導下發展學生對概念的理解和應用，建立概念間的關系。Evaluaton（評估）指教師和學生用各種方法評價學生對新知識的理解和應用能力，主要是學生檢驗自己對概念的掌握情況。

以活動中心為代表的校外機構往往承擔著區域內中小學生的科普教育職能，經常面向全市中小學發布科普活動，活動內容的設計注重零基礎、趣味性和普惠性。近年來，黑河中俄青少年活動中心率先引進船模、航模、無人機等，為學生提供科普課程的場所及創建開放的智慧體驗空間。學生來到活動中心科技創意館，可以組裝機器人、船模、航母，學習無人機飛行技術，嘗試搭建簡易無人機，并在中心的室外專用場地進行實地操作，實地感受科技帶給他們的創新感受。

1.漸進式AI科普課程

通過體驗式科普活動產生興趣、報名團隊繼續學習的學生不在少數。面對這些有共同興趣愛好且年齡不一的學生，校外教師應設計有層次、漸進式的人工智能課程和活動。目前，我們主要采取“智能硬件+互動編程+應用程序接口（API）”的教學方式，將人工智能知識逐步滲透到現有的校外教育科技課程中。對于年齡較小的學生，盡量選擇效果外顯、趣味性強、成本不高的編程工具和活動主題。只要熟練掌握編程語言就可以是人工智能的開發語言，但在教育初期階段選擇編程工具，需要符合學生的年齡特點和認知發展規律的語言進行授課。

2.互動編程

它是人工智能教育的其中一個落腳點，但人工智能科普教育不能狹義為編程教學，要在編程中融入人工智能知識，以對學生進行人工智能內涵外延知識的普及，還可以調用各大人工智能開放平臺，帶領學生開發人工智能產品，體驗人工智能技術的魅力。在百度云智能開放平臺上，獲得一些開源工具包、完整的幫助文檔和免費的調用機會，通過調試這些API獲得高水平的人工智能產品研發體驗，并不用涉及人工智能的底層開發，從而降低學生的學習難度。

3.個別化AI研究項目

基于項目的學習能讓學生快速成長。針對小學、初中學段設置不同課程。小學的課程以增進學生對科學、技術的好奇心與學習興趣，通過解釋科學現象、善用技術工具的游戲化教學，發展學生的計算思維，養成良好的學習習慣。開設了點讀編程、主題課程、線下互動課程。初中的課程以提升學生對科學、技術和工程的理解與應用能力為目標。通過分析工程問題、巧用技術手段的學習項目，發展學生的設計思維，培育初步的工程設計素養和職業認知。開設了圖形化編程、Python、代碼編程、代碼編程、人工智能機器人競賽課程。

例如，近年全國不遺余力地推進垃圾分類，學生富若軒發現雖然部分小區設置了分類垃圾箱，但人們對于垃圾分類的普及知識認識不多，已經設立了四分類垃圾桶，但由于垃圾分類相關知識普及不到位，分類效果收效甚微，所以他想設計一個幫助人們認識垃圾類別的手機App。

在課題的推進過程中，富若軒既深入學習垃圾分類的相關知識，又要運用所學知識進行互動編程學習和調試，還要提高對人工智能的圖像識別領域的認識，甚至在各大平臺尋找API的過程中激發出了更多的創新靈感。最后，他完成了一個可以用語音、圖像、文字搜索等方式識別分類垃圾物品App，并顯示推薦垃圾所屬分類并投放的智能分類垃圾桶模型。

校外教育機構在人工智能教育之路上不斷探索前行之中，給基礎教育階段的學生提供了更廣闊的空間、更豐富的活動和更多的技術支持。目前各地基礎和條件各不相同，也面臨缺少智能裝備支撐，但通過科普活動啟迪學生的認知，激發求知欲進而培養專長，相信這些教學活動的開展對培養符合AI時代變革與發展的創新人才有著積極的意義。

參考文獻：

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（責任編輯 付淑霞）