區(qū)域開展中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)的策略與工作路徑

劉載興

人工智能是引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性技術(shù)，在廣州市的中小學(xué)推進(jìn)人工智能與教育融合創(chuàng)新發(fā)展，是人工智能時代賦予教育的重要使命。2019年8月，廣州市147所學(xué)校被遴選為市人工智能課程改革實(shí)驗(yàn)校，在3～6年級和7～8年級安排一定課時開展人工智能課程學(xué)習(xí)活動。2022年，要實(shí)現(xiàn)人工智能教育覆蓋全市學(xué)校，培養(yǎng)適合未來社會的創(chuàng)新型人才。筆者所在區(qū)域教育部門努力探索和實(shí)踐，爭取走出一條符合廣州市開展中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)的發(fā)展之路。

● 中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)

在中小學(xué)開展人工智能教育，旨在為培養(yǎng)符合智能化社會需求的、具備良好計算思維和編程能力的創(chuàng)新人才奠定基礎(chǔ)。一方面幫助中小學(xué)生了解人工智能對現(xiàn)代社會的影響，關(guān)注相關(guān)前沿知識，發(fā)展人工智能意識和信息倫理道德;另一方面幫助他們增長技術(shù)應(yīng)用技能，激發(fā)利用人工智能技術(shù)創(chuàng)建美好世界的情感。人工智能課程的核心素養(yǎng)主要包括人工智能意識、技術(shù)創(chuàng)新思維、應(yīng)用實(shí)踐能力和智慧社會責(zé)任。中小學(xué)開展人工智能是面向全體學(xué)生的普惠性地方課程，以人工智能通識學(xué)習(xí)為重點(diǎn)。

廣州市人工智能課程改革實(shí)驗(yàn)對象為中小學(xué)3～8年級學(xué)生，根據(jù)課程編排，廣州市中小學(xué)人工智能課程培養(yǎng)目標(biāo)按四大層面進(jìn)行了詳細(xì)的描述，具體如下表所示。

廣州市中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)重在“課程”。中小學(xué)課程建設(shè)應(yīng)該具備3個必要條件——教師、教材、教具（實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備），在這3個必要條件中最核心的部分是教材，因?yàn)榻滩膬?nèi)容決定了教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)要求，教材的建設(shè)成為開展人工智能課程實(shí)驗(yàn)的頂層設(shè)計。做好人工智能課程建設(shè)的頂層設(shè)計，才能保證中小學(xué)生人工智能課程的落地實(shí)踐。積極開展人工智能課程的師資培養(yǎng)和配備相應(yīng)的教學(xué)設(shè)備，是人工智能課程的發(fā)展基礎(chǔ)。進(jìn)一步創(chuàng)新人工智能課程教學(xué)模式，能夠形成區(qū)域特色。廣州市開展中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)的策略如圖1所示。

1.頂層設(shè)計，構(gòu)建中小學(xué)人工智能課程體系

廣州市教育研究院對教育部教育裝備研究與發(fā)展中心牽頭編寫的3～8年級《人工智能》教材開展本地化改編，建設(shè)具有廣州人工智能教育地方特色的課程體系，做好課程建設(shè)的頂層設(shè)計。廣州版的《人工智能》教材已通過廣東省教育廳的審核，成為國內(nèi)最早通過的中小學(xué)人工智能地方教材之一。

做好課程內(nèi)容的頂層設(shè)計，教材是最有效的載體。根據(jù)學(xué)生的認(rèn)識水平和學(xué)習(xí)進(jìn)階能力的發(fā)展，廣州市人工智能課程體系可以分成四個層次：人工智能通識、人工智能應(yīng)用、人工智能編程、智能機(jī)器人開發(fā)。結(jié)合人工智能課程培養(yǎng)目標(biāo)，構(gòu)建廣州市中小學(xué)人工智能課程知識體系設(shè)計，如圖2所示。

2.發(fā)展基礎(chǔ)，普及人工智能課程教學(xué)

（1）建設(shè)中小學(xué)人工智能課程師資培訓(xùn)基地，培訓(xùn)課程骨干教師隊(duì)伍。要實(shí)施中小學(xué)人工智能課程，師資是重中之重，而人工智能師資的嚴(yán)重缺乏是全球性的問題。因此，筆者所在單位立足于從信息技術(shù)教師中培養(yǎng)。2019年9月，在廣州教育學(xué)會的支持下，廣州信息工程學(xué)校與深圳某科技有限公司合作建成中小學(xué)人工智能課程師資培訓(xùn)基地，具備兩個培訓(xùn)實(shí)驗(yàn)室（含計算機(jī)40臺，人工智能機(jī)器人40套），建成一支由高校教師、中職學(xué)校教師、國內(nèi)外頂級人工智能企業(yè)專家、教科研機(jī)構(gòu)人員組成的培訓(xùn)師資團(tuán)隊(duì)，構(gòu)建中小學(xué)人工智能課程師資培訓(xùn)課程。2019年9月至2020年1月一共完成了四期的人工智能基礎(chǔ)培訓(xùn)。參與培訓(xùn)的實(shí)驗(yàn)學(xué)校教師達(dá)150多人，培訓(xùn)對象涵蓋了所有實(shí)驗(yàn)學(xué)校的主管教師，為開展廣州市中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)提供了人才保障。

（2）市區(qū)聯(lián)動，共建課程實(shí)驗(yàn)室樣板間。廣州市各區(qū)域積極建設(shè)中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)室工程。在市、區(qū)教育基建和裝備中心的指導(dǎo)、支持下，黃埔區(qū)實(shí)驗(yàn)學(xué)校已全部完成人工智能科創(chuàng)室建設(shè)工作，安裝人工智能課程教學(xué)硬件包，配備線上人工智能教學(xué)資源，配套語音識別、可編程人工智能實(shí)驗(yàn)機(jī)器人等，保證人工智能課程實(shí)施有必備的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備。在政府沒有投入相關(guān)資金前，鼓勵學(xué)校自己解決人工智能教學(xué)設(shè)備問題。

3.創(chuàng)新應(yīng)用，探索中小學(xué)人工智能課堂教學(xué)廣州模式

做好中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)，教學(xué)模式是關(guān)鍵。經(jīng)過一段時間的實(shí)驗(yàn)研究，形成了“以通識教育為主線，通過體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)”的中小學(xué)人工智能課堂教學(xué)廣州模式，即以人工智能通識為主線，以體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用三個層次展開（如圖3），通過視頻、實(shí)物讓學(xué)生體驗(yàn)人工智能技術(shù)，在此基礎(chǔ)上提供相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)講解、驗(yàn)證，最終落實(shí)到應(yīng)用層次，學(xué)生能夠運(yùn)用人工智能技術(shù)解決生活中的簡單問題。

小學(xué)人工智能教育以體驗(yàn)為主、實(shí)驗(yàn)為進(jìn)階、應(yīng)用為拓展這一主線，自上而下，側(cè)重學(xué)生的人工智能技術(shù)體驗(yàn)與實(shí)踐實(shí)驗(yàn)。如能夠利用美顏軟件對頭像進(jìn)行美化，會使用開放性人工智能平臺中的人臉識別功能;認(rèn)識增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用價值，以及人工智能的支撐作用;了解圖像識別技術(shù)對科學(xué)實(shí)踐和生活的影響;能夠使用識別軟件將包含文本的圖片轉(zhuǎn)為數(shù)字文本，對手寫輸入與文本識別的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)有所認(rèn)識;能夠使用智能語音技術(shù)工具，認(rèn)識人工智能技術(shù)支持的人機(jī)交互方式，了解語音識別技術(shù)對社會生活的意義;能夠利用語音合成技術(shù)將文本信息轉(zhuǎn)化為語音效果輸出，認(rèn)識語音識別技術(shù)對社會生活的影響;掌握使用機(jī)器翻譯技術(shù)幫助語言學(xué)習(xí)，能夠描述機(jī)器翻譯的優(yōu)勢和不足。

中學(xué)人工智能教育則是以實(shí)驗(yàn)應(yīng)用為主，自下而上，著重培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用人工智能技術(shù)解決身邊簡單問題的能力。學(xué)生通過體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)，在充分了解人工智能基礎(chǔ)知識后，學(xué)習(xí)使用人工智能技術(shù)解決實(shí)際問題。課程的教育著重培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新應(yīng)用能力。例如，學(xué)生對智能家居的工作原理及信息智能推送的工作原理有初步了解，能設(shè)計未來家居，認(rèn)識人工智能對生活品質(zhì)的作用;對計算機(jī)程序和人工智能技術(shù)的關(guān)系有一定認(rèn)識，可以使用圖形化編程工具編寫簡單程序;了解傳感器在智能機(jī)器人系統(tǒng)中的作用，能利用各種傳感器搭建具有一定功能的智能機(jī)器人或智能系統(tǒng)，包括避障移動機(jī)器人、分揀機(jī)器人、循跡機(jī)器人等。同時，學(xué)生可以利用圖形化編程工具編程，控制機(jī)器人完成規(guī)定的任務(wù)，深刻理解人工智能在各領(lǐng)域的應(yīng)用價值。

● 人工智能課程實(shí)驗(yàn)的路徑

按照“統(tǒng)籌規(guī)劃、分步實(shí)施、點(diǎn)面結(jié)合、特色發(fā)展”的原則，廣州中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)分四個層面、四個步驟開展，逐步深入推進(jìn)實(shí)施，實(shí)施路徑如圖4所示。

1.協(xié)同創(chuàng)新，構(gòu)建課程實(shí)驗(yàn)四級體系

圍繞人工智能課程實(shí)驗(yàn)，廣州市構(gòu)建起“部—市—區(qū)—校”四級課程實(shí)驗(yàn)體系。一是市教研院參加教育部裝備中心組織的（北京、廣州、武漢、西安、深圳）五大教研院中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)共同體，合作研發(fā)課程指南、實(shí)驗(yàn)配置標(biāo)準(zhǔn)和教材等開創(chuàng)性工作。二是設(shè)立三個市級課程實(shí)驗(yàn)區(qū)和147所市級課程實(shí)驗(yàn)校，開展課程實(shí)驗(yàn)工作。三是市級課程實(shí)驗(yàn)區(qū)在區(qū)域內(nèi)選擇一批學(xué)校作為區(qū)級實(shí)驗(yàn)校開展人工智能教育實(shí)驗(yàn)，在此基礎(chǔ)上組織成立了廣州教育學(xué)會中小學(xué)人工智能專委會和中小學(xué)人工智能教學(xué)中心組，協(xié)助廣州市教育研究院指導(dǎo)全市課程實(shí)驗(yàn)。四是將廣州市課程實(shí)驗(yàn)成果通過實(shí)驗(yàn)共同體教材輻射到全國，在教材編寫過程中，吸納了廣州經(jīng)驗(yàn)，在教材中按體驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)和應(yīng)用三個層次增設(shè)學(xué)生動手活動項(xiàng)目，特色明顯。

2.課程保障，落實(shí)課程實(shí)驗(yàn)三級體系

人工智能課程要做到落地生根，學(xué)校要做到三保障：保障一定的課時、保障課程進(jìn)學(xué)校課表、保障課程進(jìn)學(xué)生課堂。實(shí)驗(yàn)學(xué)校可以參與課程實(shí)驗(yàn)的年級每周要從綜合實(shí)踐、校本課程等課程中，安排1個課時用于人工智能課程教學(xué)，確保每學(xué)期不少于12到16課時。同時，以社團(tuán)活動、興趣特長班等形式，遴選有興趣愛好的學(xué)生，在校內(nèi)開展提升拓展課程。

3.教研推進(jìn)，建立學(xué)教研思四級體系

教師是實(shí)施中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)的根本。在人工智能課程教學(xué)領(lǐng)域，不管是信息技術(shù)專業(yè)畢業(yè)的還是有信息技術(shù)基礎(chǔ)的教師，都是新手上任，只有采用邊學(xué)、邊教、邊研、邊思的方法，才能有效地提升自身的專業(yè)素質(zhì)。同時，實(shí)踐出真知，教師可以廣州市教育研究院主持改編的中小學(xué)《人工智能》教材內(nèi)容為主開展教育教學(xué)，并積極參與人工智能課程教學(xué)研究活動，從中反思進(jìn)步。另外，還可借助課題引領(lǐng)，走出新天地。“研”即課題研究，結(jié)合各自優(yōu)勢和資源特點(diǎn)，借助人工智能專業(yè)領(lǐng)域的專家力量、技術(shù)支持，努力探索新課程環(huán)境下的人工智能教育教學(xué)方式。通過反思建構(gòu)，不斷提高人工智能課程教育教學(xué)質(zhì)量。

4.活動提升，打造創(chuàng)新多元學(xué)習(xí)體系

人工智能課程實(shí)驗(yàn)的最終目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生具備良好的人工智能意識、技術(shù)創(chuàng)新思維、應(yīng)用實(shí)踐能力和智慧社會責(zé)任。常態(tài)的課堂學(xué)習(xí)，已無法滿足學(xué)生各種能力的發(fā)展需求，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)良好的人工智能學(xué)習(xí)環(huán)境，是高效開展人工智能課程實(shí)驗(yàn)的有效路徑。通過科技節(jié)、興趣小組、研學(xué)活動等形式，學(xué)生積極參與各類人工智能拓展活動，參與不同層級的交流、競賽活動等。在多元化的探索主題和實(shí)踐環(huán)境中，學(xué)生參與人工智能領(lǐng)域?qū)W習(xí)、研究的積極性進(jìn)一步激發(fā)，探究、溝通、創(chuàng)新和協(xié)作能力得到全面培養(yǎng)。只有積極構(gòu)建以賽促學(xué)、促教、促研的機(jī)制，打造創(chuàng)新多元競賽體系，提供利用人工智能相關(guān)技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計、技能展示和探索交流的平臺，學(xué)生才能在人工智能的學(xué)習(xí)環(huán)境中任意飛翔。

● 結(jié)束語

面對人工智能課程改革的浪潮，中小學(xué)人工智能課程評價研究工作也提上了議事日程。廣州市中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)本著“立足實(shí)際、協(xié)同創(chuàng)新”的原則，從人工智能課程實(shí)驗(yàn)的目標(biāo)、策略和路徑三方面進(jìn)行探索和實(shí)踐，努力構(gòu)建符合區(qū)域特色、層次分明、目標(biāo)明確的人工智能課程知識體系，促進(jìn)廣州市中小學(xué)人工智能課程實(shí)驗(yàn)朝著更加系統(tǒng)化、科學(xué)化、規(guī)范化、普惠化的方向發(fā)展。