中小學人工智能教育的校本實施策略研究

葉依薇 福建省廈門第二中學

《中小學人工智能技術與工程素養框架》（以下簡稱“素養框架”），旨在明確中小學階段開展人工智能教育教學應培養的學生核心素養的基本內容與要求，為有關單位和學校編寫相關教學材料、開設相關課程和開展相關教學活動提供參考和依據。“素養框架”主要解決了“培養什么人”的問題，即人工智能教育培養目標應當如何定位的問題。為此，“素養框架”設計了人工智能與人類、人工智能與社會、人工智能技術、人工智能系統設計與開發四個領域的內容，并提出要具體從“理解人工智能技術原理、制訂解決人工智能問題的方案并實現目標、溝通與協作”三個實踐原則衡量學生的人工智能技術與工程素養。

●準備階段

“素養框架”沒有獨立描述學習內容，而是將培養目標和學習內容混合在一起。因此，教師需要從教學主題出發，在31個二級指標中尋找對應的培養目標，再進一步設計與培養與目標相匹配的學習內容。值得注意的是，教師需要根據地區差異、各校特色制訂符合學生最近發展區的教學主題、教學目標和課程內容。

1.選擇教學主題

“素養框架”缺乏一條明晰的由目標到內容的路線，建議根據人工智能的關鍵技術和典型應用設置模塊，如機器人、人臉識別、圖像識別、語音交互、智能控制等。

2.制訂教學目標

“素養框架”下的每個指標都細分為“應該知道”—K類的“知道的知識”和“能夠做到”—A類的“做到的活動”。通過K類指標“理解人工智能技術原理”，通過A類指標“制訂解決人工智能問題的方案并實現目標”，并在活動的過程中實現“溝通與協作”，即教學目標要圍繞人工智能技術與工程素養的三個實踐原則來制訂。

3.設計課程內容

可將每個模塊設計成一個完整的項目式學習，結合該關鍵技術在日常生活中的應用，創設真實情境，設計更加聚焦、操作性更強的真實問題。教師可結合各校學情，參考《美國K-12人工智能教育行動計劃指南》提供的內容框架、主題和教學活動建議，以及中國《中小學人工智能課程開發標準》提供的“實踐活動”來開發項目式學習課程。

4.四大領域的權重分配

在“素養框架”下的四個領域內容中，“人工智能技術”領域是重點，應該作為主線貫穿始終，是人工智能課程的基本架構。同時，與人工智能技術相關的倫理道德即“人工智能與人類”和“人工智能與社會”（解決了“為誰培養人”的問題）也不可忽略。這兩個領域不必獨立講授，而應以滲透式的思政方式，貫穿整個人工智能課程。“人工智能系統設計與開發”難度相對較大，建議簡化為軟硬件結合的自動化控制系統，同樣可以培養對系統組成要素、協同機制、系統設計、迭代優化等初步概念與基本思想的認識與理解，以滿足學生個性化發展的需要。

●實施階段

1.遵循認知規律，設計教學活動

“素養框架”提出，教師應從學生的認知發展規律出發，通過體驗、理解、應用、創新、反思五個環節設計課堂教學活動（如上圖）。

第一，體驗活動。了解技術在生活中的應用，讓學生親自動手使用智能產品和智能應用，以直接經驗和感受喚起學生的學習興趣，營造良好的課堂氛圍。除此之外，常見的體驗活動還有不插電活動、視頻演示、黑箱演示、案例演示等。

第二，理解活動。對技術的認識不能只停留在字面意義和簡單使用上，而要引導學生去剖析技術背后的原理和算法、技術的發展過程和未來趨勢等。常見的理解活動有實驗、視頻演示、白箱演示。

第三，應用活動。以任務的形式，增加課堂實踐環節，讓學生動手搭建模擬真實場景，運用編程實現智能控制。需要注意的是，教師要根據學情，實施分層教學，設置不同難度的任務：對于編程能力較弱的學生，不盲目要求每個算法都實現，避免不必要的編程知識的學習；對于編程能力較強的學生，則要更注重算法的底層邏輯和實現方法。

第四，創新活動。在真實情境中，以問題為導向，引導學生思考如何利用已有技術改善生活中遇到的“痛點”，并綜合運用知識解決問題。

第五，反思活動。通過作品展示評價、小組合作交流、頭腦風暴等活動，促使學生在思維的碰撞中提升自我。

2.創設真實情境，聚焦問題解決

情境化學習是一種沉浸式的學習場景。在情境化教學中，教師可以賦予學生特定的學習身份，引導學生在特有的學習場景中解決問題，進而習得技能、提升素養。問題化學習，是通過一系列的問題來引發學生持續性的學習行為，促進學生將“教材內容”轉化為“內化的知識”。學習活動以有效的問題為起點，以引導學生自主解決問題為核心，從而達成知識的有效遷移，實現經驗的持續建構。情境的創設是開啟學生自我學習的第一步，教師利用創設的各種情境，以生活中的實際問題為錨，引發學生自主地完成相關任務和活動，最終形成高質量的作品。

3.關注自主學習，開展合作探究

素養的培養需要學生經歷真正有意義的學習活動，因此，自主學習和合作探究是素養養成的必經之路。自主學習要求教師為學生提供足夠的時間、空間，并通過一系列的問題來引發持續性學習行為。合作探究學習實現了信息快速聚散、經驗協同篩選、成果生成資源，提高了學習成效，激發了學生學習的主動性、創造性，培養了團隊精神，實現了深度學習。

學生在開展小組合作的過程中可能會出現一些問題：①部分學生缺乏責任感，不參加小組活動，不貢獻個人力量，免費享用整個小組的勞動果實，當其他小組成員意識到這種行為后，參與度也會大大降低，導致整個小組的進度停滯不前。②因性格不和、意見不一致，同伴間的矛盾較多。③由于小組內的任務分工由組長根據組員特長來分配，每個組員的分工相對固定，導致每個人持續做同一類任務。④有的學生不善于表達個人看法，因此他們的個性化思考可能被忽視。

因此，教師應對小組合作方式進行優化，即每兩名學生共用一套智能設備（機器人或者是開發板），這兩名學生的任務是明確且可交換的，他們相互合作共同完成人工智能應用系統的開發。此外。小組之間可以展開競爭評比，創造良性競爭環境。

●評價階段

人工智能課程的評價不僅包括結果導向的知識測試，還包括證據導向的素養評價，要建立教師、自我和同伴等多方主體進行過程性和總結性相結合的全過程評價，如下表所示。

●結語

目前，教育界對人工智能教育雖已達成許多共識，但仍未形成統一的課標和教材，這就給人工智能教師帶來了機遇和挑戰。“素養框架”從國家層面出發，對學生人工智能素養進行頂層設計，為教材編寫和課程開設提供了參考和依據，而每位人工智能教師都要根據地區差異、各校特色開展教學實踐，助力人工智能落地實施。

評價類型 評價方式 評價的過程和目標 評價工具 評價主體過程性評價電子檔案 利用各種線上學習平臺作為教學支持工具，在項目活動的各個環節，填寫學習日志，保存項目資料，記錄學生學習過程線上平臺：ITTools、UMU、AI教學平臺教師、學生自我、同伴項目活動評價 對項目活動各個環節中的素養達成情況進行評價總結性評價小組項目作品評價 幫助學生創作高品質的作品，確保達到項目預期課堂測試卷 學業內容的掌握情況 試題 教師