普通高中構建AI創客教育體系的實踐探索

李強　林俊桂

智能時代，創新人才是社會發展的基石，培養創新人才已經成為教育界的重點研究問題。創客教育作為學校培養創新人才的主要途徑，應當融入人工智能元素，以培養有志于從事人工智能開發與創新的創客（以下簡稱“AI創客”）。AI創客應具備良好的人工智能素養和創客素養，掌握人工智能核心知識，具備敏銳的技術前瞻性，同時具備動手能力、合作意識和良好的交流能力。

一、AI創客教育目標

創客源于英文“Maker”，其本意是指不以盈利為目的，努力把各種創意轉變為現實的人。近年，“創客行動”在全球范圍內興起并迅速發展。創客教育是創客行動和教育相結合的產物，與傳統課程著重由教師講授不同，創客教育采用正向項目教學法，通過在創客空間等場所展開造物學習活動來實施。創客教育的本質是工程教育，核心理念是工匠精神。創客教育的目標是培養學生的創客素養，即培養善于運用技術手段，具有跨學科解決問題能力、團隊協作能力和創新能力的創新人才。

人工智能教育的人才培養目標與創客教育的培養目標具有同質性，其核心目標都指向了創新素養的培養。創客教育模式豐富了人工智能課程的教學方法和手段，有利于轉變學生的學習方式，培養學生的自主探究能力，進而提升學習效果。深度融合人工智能與創客教育，并以智能素養和創新素養為導向的AI創客教育，可以培養出具備綜合能力的創新人才。

二、高中AI創客教育的主要挑戰

1.定位模糊

作為一種素養教育，AI創客教育需要兼顧普及性和精英化。我們既要解決AI創客教育面向整個學生群體普及的問題，同時也要培養具備專業技能的精英人才，需要厘清兩者的定位和關系。此外，AI創客教育的定位不明確，導致教學目標模糊，教學評價無法得到有效實施。

2.課程不完善

現有的創客課程缺乏與人工智能相關的內容。人工智能技術的相關知識只零散地出現在信息技術課程中。要將人工智能和創客教育融合起來，需要仔細設計課程并建立完善的框架，同時，注重將理論知識與創客實踐結合起來，培養學生的動手能力和創新思維。為運用這樣的教育模式，還需要開發、更新配套的教程和資源。

3.專業師資匱乏

無論是人工智能技術，還是傳統創客教育都具有跨學科的特性；人工智能技術發展迅猛，知識不斷跟新，AI創客教師須提升跨學科教學能力，并不斷更新知識，才能實施有效的課程教學。當前普通高中創客教學工作多由信息或通用技術教師擔任，他們跨學科能力普遍薄弱，對人工智能等新知識更新緩慢，教師需要接受新的培訓才能開展AI創客課程的教學工作。

三、AI創客教育實施策略

1.清晰定位教學對象和目標

AI創客教育為提升學生的智能素養，創新素養而實施，它首先是面向全體學生高質量發展的普及性教育；其次，它關注優秀創客的培養。據此，我校把AI創客教學分為兩個層次，普及性的全校課程和創客社團課程。前者目標是讓學生理解人工智能的基本概念和相關技術，同時在與人工智能技術的交互體驗中感受人工智能技術的魅力。后者以學校的創客社團為對象，以項目式學習的教學理念為指導，以人工智能技術為核心，目標是培養一批掌握一定人工智能技術知識，并能應用相關知識和技術，以團隊協作方式，制作AI創客作品的學生。

2.構建多層次的人工智能課程

課程是AI創客教育實施的核心和重要抓手，從教育表現形態的角度，AI創客課程可劃分為科普教育，嵌入式課程，項目型課程、整合性學科四個層次。我校的AI創客普及性課程屬第一個層次，而AI創客社團課程屬于二至四層次。下面從課程開發要素中的教學內容、方法、資源，項目活動方案和課程評價等方面分析課程實施的思路和實踐過程。

基于AI創客普及性課程的教學對象和目標，我們開發了“人工智能基礎”校本課程，在高一全年級開展教學實踐，教學內容包括“生活中的人工智能基礎”“生活中的人工智能”“機器學習的原理和基本過程”等9專題，共12個課時。為了解決大班化普及課程學生動手體驗難的問題，參考我校Arduino課程大班化教學的成功經驗，改用多媒體電腦室作為主要的教學場所，依課程內容增配開源套件，滿足了學生動手實踐的硬件需求。我校獨立開發了基于積木編程的配套教學軟件AIToolkit，降低學生進行人工智能作品制作的難度，為課程順利實施提供平臺。基于科普課程的特點，課程評價以小項目為主，以小組團隊課堂演示方式來展示作品，通過教師評價、學生互評方式實現教學評價。

創客社團課程包括嵌入式課程和項目型課程，學習活動開展的場所主要在人工智能實驗室。嵌入式課程作為專業基礎課，其對象是剛加入AI創客社團的學生，課程以Python面向對象編程，機器學習，pytorch深度學習為主，3d打印與激光切割為輔。以小程序開發方式對學生進行學習評價。對有專業基礎和項目開發經驗的學生，以全國電腦制作活動和佛山市人工智能三項活動的任務要求和評價標準為任務目標和課程評價標準，社團成員根據任務分組，以項目式學習方式，進行學習和作品創作。根據教學評價，選拔優秀學生，進行具有創新性和實用性項目開發，為后續科技類競賽做準備。

3.建設專業AI創客實驗室

AI創客實驗室是AI創客教育實施的主要場所，不僅要滿足人工智能技術實驗的需求，還需為學生進行項目開發，作品展示分享提供支持。我校多方籌集資金，新建一個專用的AI創客實驗室，實驗室配置了深度學習服務器、jetson nx等邊緣計算設備，激光切割機和3D打印機等制作設備。為配合項目式教學活動的開展，實驗室規劃為學習與分享、設計與制作、機器人訓練、教師辦公四個功能區。AI創客實驗室能夠滿足多位同學在同一時間開展學習研究，作品開發制作及分享。

4.開展專業師資培訓

AI創客教師不僅要具備智能素養和創新素養，還需掌握各種教學方法，具備開展教學和指導學生進行項目開發的能力。為此，我校設計了“培訓、指導、教研相結合”，“線上線下相結合”的教師教能力提升策略。AI創客教師，通過自主學習研究，線上線下參與培訓，擔任各項比賽評審專家等方式，提升創新素養、AI創客課程教學設計能力、項目式教學實施能力。通過不斷地學習，他們已經成為地區優秀的AI創客教師。

責任編輯 黃博彥