人工智能啟蒙 賦能未來發展
——《小學人工智能啟蒙系列課程》的實踐與研究

王春華 上海民辦彭浦實驗小學

我們的生活中有很多有趣的問題：

幾十個陀螺同時參加比賽，怎么做到精準計時，評出冠軍呢？

迪斯尼游樂場里，導游機器人怎么才能做到靈活行走和轉彎？

怎樣用電腦在班級中隨機抽取5 個小朋友參加校長下午茶？

新年義賣匯總錢款時，有幾百個硬幣，怎么方便地實現硬幣的分類收納呢？

這些問題，學生都能在我們學校開設的《人工智能啟蒙系列課程》中進行探索和實踐。這一課程在實施過程中，已經實現全員普及、全年段覆蓋、全程自主研發。這是全校所有學生的普及課程，我們用每周一課時的探究課進行實踐。

課程做到一至五年級每個年段全覆蓋，5 年7 個系列，在合適的年段選擇合適的科目，符合學生年齡特點和認知水平。

一、小學人工智能啟蒙課程研發的緣起

（一）基于時代挑戰

2017 年7 月，《國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知》中明確指出，要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。

從“中國知網”數據庫搜索發現，從2008 年浙江師范大學第一篇關于中小學人工智能課程的論文，經歷了十年的寂靜期后，到國務院35號文件發布后的2018年，中小學相關的研究成果呈井噴式增長。再從年段分布情況來看，面向小學的人工智能課程的議題占比僅次于中學，小學階段進行人工智能普及教育的問題已成為時代的需要。

（二）源于育人目標

學校以“適應教育”作為辦學理念，提出“為未來學習和發展做準備”的目標。那通過什么特色課程實現育人目標呢？

在適應教育的課程體系中，學校選擇了科學素養這一最具有挑戰性的領域，在科學素養培養中，面對信息社會、智能世界的需要，學校又選擇了人工智能啟蒙這一領域，讓學生學習、了解一些智能控制技術和人工智能技術的基礎知識成為一種必須，成為每一個人未來適應智能社會的關鍵能力。

（三）始于學校優勢

2006 年，學校正式成立“科學素養培育實驗項目”課題組。在15 年間的5 個發展階段中，學校于2016 年在上海市民辦教育協會“萌芽計劃”項目中獲得課題立項，將十多年研發的科學素養教育校本課程群中的一些相關課程更新、升級和擴充，梳理形成了“人工智能啟蒙教育校本系列課程”（見表1）。

（四）基于學生興趣

作為校本課程，學生對于這一課程的興趣與需求也是學校階段性評估的重要依據。在對學校全樣本的調研中，有67.8%的學生表示非常感興趣，30.08%的學生表示比較感興趣。從數據中了解，學生對于前沿的人工智能學習的興趣是非常高漲的，這為學校全員普及人工智能課程提供了準確的學情基礎。

二、小學人工智能啟蒙課程的頂層設計

（一）課程的界定

《小學人工智能啟蒙課程》是面向小學階段全體少年兒童，以計算機編程、機器人控制和智能控制類創客制作為主要學習實踐對象的課程活動。這些課程雖然沒有觸及當今真正的人工智能技術，但是學習內容關聯到人工智能中最基礎的知識與技術，因此，稱之為“啟蒙課程”。

（二）課程培養目標

1.激發小學生對人工智能技術與應用的好奇心，認識基礎的人工智能應用。

2.初步掌握淺顯的機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理等人工智能的相關知識和概念。

3.初步培養關鍵邏輯思維、敘事表達、圖形和代碼編程、創意設計、計算思維的實踐能力。

（三）小學研究領域

目前小學階段人工智能的啟蒙，國內外實踐為四個方向：使用某些專業公司的產品或平臺的，并以體驗層次的學習使用為主；基于機器人控制和制作的學習；基于計算機方向的，其中以Scratch、Python 編程語言最多；基于創客類制作和STEM 教育活動的。我們學校從本校實際出發，選擇了以基礎的編程教育為主，融合機器人和創客教育，作為課程研發的領域。

三、小學人工智能啟蒙課程的架構與實施

（一）架構AI啟蒙系列課程（見圖1）

學校構建了課程的整體框架：第一層為感知層，即校本普及課程；第二層為應用層，即學科跨界活動；第三層為創新層，為學生選擇性的個性活動。

圖1

在感知層的校本普及課程中，架構了5 年7 個科目的學習系列：趣味故事編程，模擬建構入門，機器人結構搭建，機器人編程控制，Processing 基礎，APP Inventor，3D打印與建模基礎（見表2）。

表2

（二）AI啟蒙系列課程的研發實施

1.螺旋研發流程保障品質

這7 個系列的課程研發，學習并綜合了泰勒的目標模式、斯滕豪斯過程模式的課程編制理念，參照凱米斯行動研究法，最終形成適合學校的“螺旋式課程開發模式”。

2.動態生成課程迭代發展

四年間，課程走過了兩個階段的迭代生長，今天的2.0課程，從科目的結構層次、主題的統整性方面形成一至五年級的系列，是課程內容的量與質共生維度的展開。聚焦啟蒙與系列兩個關鍵詞，將研究的重點放在課程結構與學習方式上，而課程也從最初的低中高推進，形成知識模塊進而發展為全年段推進，形成課程體系、聚焦調整學習資源和優化學習進程。

3.系列課程蘊含邏輯關聯

7 門課程蘊含內在邏輯關聯，從圖形化編程入門向代碼編程發展，從簡單的結構搭建開始向綜合的機器人編程控制發展，幫助學生完成從游戲語言、學習語言過渡到編程工作語言，為一部分對計算機編程有興趣有潛質的學生打下進一步學習提高的基礎。

一、二年級入門階段，課程的主要目標定位于激發興趣、培養興趣。三年級開始逐步轉向比較正式的編程基礎知識和基本技能的學習體驗和實踐操作。

4.學法支持實現個性發展

課程實施中，注重將學生帶入深度學習狀態，關注基于學生的課堂教學的變革，其學習質量展現在系統結構中，體現在教與學的規律中，體現在學生親身經歷發現結構、體驗探索的過程中，體現在高階思維的培養中。

（1）學習支架，激發探索力

把復雜的學習任務加以分解，根據學生的學情，運用學習支架的教學策略，即提供提示和線索，幫助學生自己去理解，支撐學生積極建構知識。通過情境任務，建立真實生活的關聯；實現思維可視、預設問題解決的流程；設置多重結構，呈現個性實踐創意；創新活動應用，形成學科有機鏈接。

（2）逆向設計教學，啟迪學生思維

課程最重要的是培養面向所有人的計算思維和跨學科視野。小學階段計算思維的算法并不是純粹的代碼和編程，而是培養學生把真實世界的問題理解為流程性的、可以有算法控制的、從輸入到輸出的轉換，從而學習邏輯推理、分解、算法、抽象、關聯與遷移。同時，在計算思維培養中融入跨學科視野，計算思維與數學、工程、科學、審美結合起來。在教學設計中，利用學習地圖，運用項目化學習中的逆向設計教學，即確定預期結果、確定合適的評估證據、設計學習體驗和教學，以指導有目的的行為朝預期結果發展。

（3）適應性學習，提升元認知

在2.0課程中很重要的探索就是不斷優化完善學習資源。每一個單元的學習都是長周期的，學生可以根據自己的認知風格、學習能力，制定并執行學習計劃，在完善的學習資源支撐下，自主安排學習活動和最佳學習內容，并通過對自我的評價分析，不斷優化完善自己的作品。

自主性、個性化、在情境中的適應性改變，在學生不斷的新目標、新知識、新理解、新行為、新改變中，獲得元認知。

（三）打造AI啟蒙系列課程學習空間

深入某一領域的系統學習，需要相應結構的學習空間支持，于是科學中心三樓的主題式集約化創客中心應運而生了：科學素養孵化中心、設計與制作車間、電子創客車間、機器人車間、創新實驗室；實驗區、小組討論區、科技新聞發布區、多屏投屏；實驗器材、工具箱、問題墻，滿足人工智能啟蒙學習探究的需要，從物理空間上滿足各個年齡階段、不同科目學習的需求。

四、小學人工智能啟蒙課程的成效與展望

（一）課程的實施成效

2018 年，學校這一課程獲得上海市民辦中小學首輪優質課程稱號，學生的學習也是令人期待的。

一年級的學生腦洞大開，圖形編程設計了創意的神舟飛天小故事。二年級學生在建構模型與編程的過程中，用程序的循環實現計時功能，精準評選出了陀螺比賽的冠軍。四年級的機器人編程課程中，學生用程序實現導游機器人的巡跡功能。五年級學生用3D 建模，設計了硬幣分揀機，使義賣的硬幣能被迅速分揀。學校小朋友設計的垃圾分類APP，2019年向全區中小學家庭發布。光盤行動中的記錄平臺、調味品智能統計等獲得了上海市科技創新大賽二等獎。學生自己設計的《基于錯題率分析的智能推送學習程序》等獲得了全國項目式學習評選的一等獎。

活用新科技并使之與生活結合的能力，已成為未來人才必備的三大關鍵能力之一。學生在五年的學習中，通過人工智能技術的啟蒙學習與使用，獲得了基礎的數字素養，在高階思維、創新合作等方面也有極大的提升。

（二）課程的未來展望

啟蒙有兩層含義：其一是開發蒙昧，讓初學者獲得基本的、入門的人工智能知識；其二是普及人工智能新知，讓孩子適應并參與到智能社會的新變革中。

2019 年人工智能大會上，習近平總書記關于培養人工智能高端人才的重要論述，讓基礎教育階段開展人工智能啟蒙課程的我們倍感激勵！

展望3.0課程，學校將從單一課程研發進而向“人工智能+跨學科”創新學習模式的研究進軍。為未來學習和發展做準備，學校一直努力探索和實踐著！我們相信人工智能啟蒙教育，必定讓學生在未來發展中收獲精彩無限！