人工智能課程實施探微

摘要：在研究相關文獻的基礎上，明確了人工智能課程的內涵，梳理了人工智能課程的研究進展，提出了初中人工智能校本課程“總一分—總—創”的開發思路和項目化的實施模式。“智能家居”人工智能校本課程，從核心素養出發，細化課程目標;結合真實學習情境，重構課程內容;圍繞項目化學習，實施課程教學;從多元評價角度，組織課程評價。

關鍵詞：初中信息科技;人工智能;校本課程;項目化學習

人工智能作為新一輪科技革命和產業變革的重要驅動力量，近年來逐漸受到各國的高度重視。2017年，國務院印發《新一代人工智能發展規劃》，提出“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”。同年，《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》在課程中加入人工智能模塊，人工智能開始走進基礎教育領域。2021年，《中小學人工智能課程開發標準（試行）》發布并實施﹐自此人工智能課程的開發有章可依。2022年，《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》頒布，在第四學段（7—9年級）加入“人工智能與智慧社會”模塊。隨著相關政策文件的落地，人工智能教育迅速成為研究熱點，全國各地中小學都在積極探索。如何開發與實施人工智能課程，成為一線教師亟須思考的問題。

一、人工智能課程的研究進展

人工智能課程的開發與實施，首先要從人工智能課程的內涵入手。人工智能作為自然科學、社會科學、技術科學三向交叉的綜合學科，涉及計算機科學、信息論、神經生理學、語言學、心理學、控制論等多個領域①，是研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學②，研究內容包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等。清華大學林堯瑞教授等人認為：“人工智能是研究、制造智能機器或智能系統，來模擬人類智能活動的能力，以延伸人類智能的科學?！雹?/p>

人工智能課程是一門綜合性的課程，涉及諸多的學科知識；同時又是一門實踐性的課程，強調從應用人工智能的需求出發，鼓勵學生提出問題、解決問題。被國家納入中小學課程體系的人工智能課程，除了要考慮人工智能技術的基本原理、方法以及應用，還需要注重發揮其學科特性，培養滿足社會需求的人。

目前，中小學人工智能課程的開設方式主要有以下三種：一是作為信息科技課程的子模塊；二是融入創客課程或STEAM課程；三是作為獨立的課程。④本文中的人工智能課程是指獨立開設的課程，即使用數字終端設備和基于人工智能技術的數字化軟件，以培養人工智能時代人才的核心能力為目標的跨學科綜合實踐課程⑤。

2018年7月，西北師范大學、北京師范大學出版社聯合科大訊飛股份有限公司共同發布了《人工智能（初中版）》教材。2018年11月，華東師范大學出版社出版“AI上未來智造者”叢書11冊，2021年，其配套課程在南京市建鄴區推廣使用。2020年，廣州市教育研究院協調組織編寫了中小學《人工智能》三年級到八年級全套教材，分通識、人工智能應用主題、人工智能技術應用三個部分展開，將人工智能的多個應用場景引入其中，如機器博弈、人工智能藝術、無人駕駛、智能家居等⑥。

除了教材的逐步本土化，與之相應的人工智能教育研究也在不斷創新。2019年，周建華等人提出：“中小學開展人工智能教育的關鍵是教師和課程”，同時分析了中國人民大學附屬中學人工智能課程得以快速發展的原因和中小學開展人工智能教育的愿景和實施策略。⑦同年，楊洋以江蘇省南京市江寧區D小學為例，分享了小學人工智能校本課程的開發與實踐。⑧2022年，任輝結合小學人工智能教學的背景和現狀，構建了適合小學階段人工智能教學內容的體系架構，提出了基于項目進行小學人工智能教學設計與實施策略。⑨同年，金鑫以廣州市黃埔區為例，圍繞課程教學內容、課程教學環境、課程教學模式等，提出了初中人工智能課程的建設與實施建議。⑩

綜上，我們可以發現：一是中小學人工智能課程已經從信息科技的子模塊逐步成為一門獨立的課程，越來越多的一線教師開始結合自己學校的實際情況，積極探索人工智能校本課程的具體實施；二是大部分的中小學人工智能課程都以項目化學習為主要的實施形式，包括基于問題的學習、基于方案的學習、基于產品的學習等不同的具體形態；三是由于經濟差異和區域差異，人工智能教育的發展也出現了參差不齊的現象。自上而下的改革固然重要，以學校為單位的實踐探究也有重要的價值。

二、“智能家居”人工智能校本課程的開發與實施

隨著項目化學習的思路進入中小學教育，越來越多的項目化課程實踐也逐漸成熟。研究表明，項目化的實施模式相較于傳統的教學，在提升學生的積極性、學習習慣、自主學習和協作學習能力等方面有明顯優勢①，因此項目化的實施模式逐漸被人工智能教育領域接納，并成為主流的課程實施模式。張蝶嬪以殘疾寵物車項目的教學設計與實施為例，開發了一系列課程，探究了小學高年級的人工智能教學。為了讓學習具有整體性，她采用項目化的實施思路，形成項目迭代的基本模式，讓學生以小組為單位開展研究，在可選硬件范圍內根據學生的意向靈活調整課程內容。②周迎春則結合江蘇省蘇州市吳江區鱸鄉實驗小學的實踐探索及校本教材《AI機器人創意搭建與mBlock5慧編程》中的課例設計，闡明如何建構與實施項目化、趣味化、普及化的普惠型AI教育課程。③

初中人工智能校本課程需要從初中生的認知特征和思維能力出發，結合學校校情、學科知識，從真實的任務情境出發，構建適合初中生的多維度課程體系?；诖?，筆者認為，初中人工智能校本課程可采用“總一分一總一創”的開發思路和項目化的實施模式。

例如，“智能家居”人工智能校本課程的開發思路如圖1所示。課程伊始，教師首先介紹人工智能的理論知識和在家居中的應用，引導學生確定智能家居的學習項目；然后，引導學生將智能家居的大項目細分為智能燈、智能風扇、智能窗簾、智能門禁等一系列子項目，子項目學習內容由易到難，螺旋上升；在各子項目完成后，帶領學生通過系統組裝與知識的融合應用，完成個性化的智能家居作品；最后，讓學生將知識遷移到其他場景中，根據真實的問題，小組合力完成智能創造的作品。

結合學?，F狀與學生能力水平，“智能家居”人工智能校本課程，從核心素養出發，細化課程目標；結合真實學習情境，重構課程內容；圍繞項目化學習，實施課程教學；從多元評價角度，組織課程評價，以達到通過項目活動促進學生創新思維發展的目的。

（一）從核心素養出發的課程目標

學科目標是課程育人價值的集中體現，是落實國家學生發展核心素養的目標細化?！吨行W人工智能課程開發標準（試行）》提出，人工智能課程的培養目標不僅要與信息科技課程核心素養的總體目標相呼應，同時也要關注中國學生發展核心素養的具體內容，可以從意識、能力、思維、責任四個基本點出發。信息科技課程要培養的核心素養包括信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任四個方面。它們是學生在接受信息科技教育過程中逐步形成的信息技術知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀的綜合表現。人工智能課程應該以適應未來智能社會的關鍵能力培養為目標，可以從人工智能意識、技術應用能力、實踐創新思維、智能社會責任四個維度進行目標的設定。

項目化學習作為一種鼓勵學生持續發現問題、自主解決問題的方式，特別強調提升學生發現問題、解決問題的能力、合作探究的能力、多學科知識融合的能力等?；陧椖炕悸烽_展的課程也需要從這些能力的培養入手。

綜上，我們確立了“智能家居”人工智能校本課程的四維目標（詳見表1）。

（二）立足真實情境的課程內容

在人工智能課程中開展項目化學習，需要學生圍繞真實問題深入持續地探究，鍛煉調動知識的能力，參與實踐內容，與他人、環境相互作用，以達到解決問題并產生項目成果的目的。本課程立足“智能家居”這一真實情境，設置了“了不起的人工智能”“美妙的智能家居”“神奇的智能燈”“強大的遙控器”“巧妙的語音識別”“智能伸縮窗簾”“聰明的垃圾箱”“優秀的智能門禁”“溫馨的未來家居”“優秀的智能創造”十個子項目。本課程既包含人工智能的學科領域知識，如語音識別、AI模型識別、人臉識別等，又兼具模塊化編程與搭建活動，能較好地提升學生的學習興趣；每個子項目尾聲設置“拓展思考”，引導學生提高對人工智能社會和技術倫理的認識。

（三）項目化的課程實施策略

“智能家居”人工智能校本課程采取兩周一次課、一次兩節課的課時安排；8個教學班采取偶數班單周上課，奇數班雙周上課的錯位安排，確保學生學習時間的充足。此外，為了實現課程目標與學生的全面發展，在課程實施過程中采用了“動態小組協作”“多元學習單輔助”“‘雙師課堂教學”等策略。

1．動態小組協作

中國學生發展核心素養強調自主發展，更關注合作參與、創新實踐。而在項目化學習實踐中，小組協作也是一種重要的學習形式。教師組織小組協作時，首先要關注學生的知識基礎和能力特點，一般采用組內異質、組間同質的方式分組。筆者通過教學實踐發現，學生的能力發展變化較快，一成不變的分組較難滿足他們的學習需要，但頻繁的分組又容易打破才建立的小組默契。對此，筆者將動態小組協作的思路引入教學實踐中。課程伊始，根據知識前測和性格差異等，建立了6個同質大組。每個大組又分為2個小組，每組3人。3人團隊采用“優、中、差”的搭配形式，在學習實踐中互幫互助，如遇到學習困難，則可以在6人大組內討論，3人小組會根據學習狀態出現組合變化，確保每一個人都能發揮最大的團隊價值。并且，為了激發學生的參與感，小組長采取輪換制，表現好的學生可以升級為小組長，獲得課堂的過程加分。

2．多元學習單輔助

按照奧蘇貝爾的“先行組織者”理論，學生面對新的學習任務時，如果原有認知結構中缺少同化新知識的適當上位觀念，或原有觀念不夠清晰或鞏固，則有必要設置一個先于學習材料的引導性材料。學習單恰好可以起到引導性材料、先行組織者的作用。根據使用的時間和條件不同，學習單又可以細分為預學單、回顧單、指導單、拓學單等。預學單主要用于在正式教學之前激發學生的學習熱情，喚醒學生的學習意圖，協助教師了解學生的學習興趣與需求。回顧單主要用在每次課剛開始的時候。由于課程設置為兩周一次課，學生遺忘率較高，回顧單能夠協助學生回憶上次課的內容，主要起到知識復習的作用，因此回顧單的內容以客觀題為主，答案較為固定，要求包括但不限于關鍵詞回憶、問題連線、選擇等。指導單主要起課中促學的作用，協助教師展示學習任務，引導學生自主學習。拓學單則致力于提升學生的遷移運用能力，關注學生課堂學習與生活的聯系，一般應用于課后。

3．“雙師”課堂教學

本課程所采用的“雙師”教學模式是“一教一輔”的模式，即設置兩名教師參與教學，既負責課程開發，也主抓課堂授課，并在授課過程中，負責不同的分工。在知識教授環節，一位教師負責課程知識的講解，主控課堂教學進度和理論傳授；一位教師負責實操演示，主抓編程教學和產品效果呈現。而在學生探究和合作的過程中，兩位教師分管不同的小組，采用“一對一”的形式針對性地幫助學生解決問題，確保所有小組都能在對應的時間內得到教學輔導和幫助。在課堂中，兩位教師分工明確，互相配合，實時交流各小組的學習效果與狀態，根據需要調整課堂的進度，以達到課堂教學效果最優化的目的。

（四）多元并行的課程評價

學習評價不僅可以評測學生學習效果，調整學生學習過程，還可以起到激勵學生學習和改進教師教學的目的。在項目化學習活動中開展評價，需要從學生的學習過程和項目成果兩方面入手。學習過程評價主要關注課堂，重點考查學生的學習參與度、小組互動情況、課堂作品完成等。在此過程中，需要小組長以監督者的身份對組員打分，每次課堂結束前公布積分結果。項目成果評價則關注學生的項目完成情況，主要考查學生對知識的運用和遷移能力。每個學期結束時，學生需以小組為單位完成一份智能創造作品。學生小組構思智能創造的項目，思考應用場景，細化人員分工，簡要說明設計思路，進行作品的搭建和相關編程。在作品制作過程中，開展組內討論與評價；小組作品完成后，開展組間交流與評價，各組之間根據小組介紹打分，組內再進行二次思考與改進討論。課程完成之后，通過科技節、創客比賽、機器人比賽等活動，激發學生的創作熱情，拓寬學生視野，以達到實現知識遷移、促進學生全面發展的目的。

在人工智能應用日益普及的今天，人工智能課程進入初中課堂是大勢所趨。初中生需要客觀地認識人工智能，相應地，學校也要進行普及式的人工智能啟蒙教育，如了解人工智能前沿知識、利用人工智能技術解決實際問題、感受人工智能技術的價值等?？紤]到學校之間的基礎條件和師資各不相同，建設以學校為實施主體的人工智能校本課程就變得尤為重要。區域內需要鼓勵一批學校根據自身資源將課程校本化、正規化，從而帶動區域課程的體系化。另外，人工智能課程不應局限于某一個公司或平臺所提供的框架，而應在此基礎之上結合學校的資源、實踐，更新迭代產生最優化的課程體系及內容。

參考文獻：

［1］林崇德．21世紀學生發展核心素養研究［M］．北京：北京師范大學出版社，2016．

［2］孟杰，孫田琳子，沈晨．基于項目化學習的創客課程設計與開發—以“綠色生長＋”課程為例［J］．數字教育，2021（6）．