新一代人工智能教育的本土探索與創新

2024年5月，由中國教育技術協會信息技術教育專業委員會和華人探究學習學會聯合主辦、北京市教育研究院和北京第一師范學校附屬小學聯合承辦的第七屆中小學人工智能教育展示活動在北京順利舉行。本屆展示活動旨在探討和推廣人工智能教育的優秀經驗，促進我國人工智能教育的高質量發展，現場共設置了中小學人工智能教育專家論壇、教師基本功展示、教研論文展示、研究課展示4項活動。來自全國各地的550余名領導、專家、一線教師及相關企業代表參加了展示活動。

專家論壇：關注人工智能教育的創新發展

在我國教育、科技、人才“三位一體”建設的進程中，以人工智能賦能的教育數字化轉型和智能化升級，正成為當下教育改革的新趨勢。中小學人工智能教育專家論壇圍繞新一代人工智能技術發展與教育模式創新開展了深入探討。

人工智能技術發展與創新應用

隨著生成式人工智能的迅猛發展，大規模、高效率、深層次的人機協同成為趨勢[1]，人工智能正在深刻改變著人類學習和生活的方式。在本次論壇中，華人探究學習學會理事長李玉順教授從國家教育數字化建設的角度闡述了人工智能賦能教育改革的時代價值，他認為以云計算、大數據、人工智能為代表的新技術賦能教育高質量創新發展，有效推動了教育活動空間的升級轉型[2]。清華大學社會科學學院龔超教授指出“人工智能+教育”是國家發展新質生產力的主要陣地，并針對當前生成式人工智能技術的發展動向和變革性影響，探討了如何更好地構建人機協同的教學新模式。中國人民大學高瓴人工智能學院宋睿華教授從理解、生成與交互3個維度，介紹了“文瀾”多模態大模型的研發進展及其在教育領域的新應用場景，這些新工具與新方法不僅有助于提高學習者的參與度和學習動力，而且能夠有效提升學生對知識的理解和問題解決的能力。

綜上，人工智能技術、教育大數據挖掘、多模態學習分析等關鍵技術的深度運用，有利于為師生提供更高效且個性化的學情分析與規劃指導。創設更開放且多模態的對話環境與交互空間，為培養學生的核心素養和高階思維能力提供了重要支撐。與此同時，專家學者普遍意識到，人工智能教育應用是把雙刃劍，運用技術解決教育問題時，需要回歸到特定的產品和應用場景，明晰技術功能的實現邊界，以及這些技術如何具體地服務于教育目標和帶來教學實踐的積極變化，這是人機智能協同有效賦能教育的關鍵，也是人工智能教育應用領域未來研究的重要方向。

人工智能教育實踐與人才培養

人工智能技術的快速發展不僅推動了科技革新的浪潮，同時也激發了我們對拔尖創新人才的迫切需求。人工智能素養是應人工智能技術發展而產生的一種新的素養類型，也是科技創新人才培養的關鍵組成部分，它為學生提供了適應未來科技創新所需的技術知識、思維模式和情感態度[3]。盡管當前不少學校已經進行了人工智能教育活動的實踐探索，但從實踐情況看，依然面臨課程定位模糊、內容設計割裂、實施策略單一、課程評價薄弱等挑戰。在此背景下，龔超指出，應結合相關頂層設計標準，構建主線引領、逐步進階、原理與實踐并舉的中小學人工智能課程體系，課程內容既要順應學生的認知發展規律，又要體現做中學、用中學和創中學的具身學習特點，以促進學生的全面發展。北京市東城區教育科學研究院郭艷玫認為，在教學實踐和資源建設方面，應加強與各級教研專家、高校教師和技術公司的多維聯動，充分發揮人工智能教育實驗學校的示范作用，以點帶面，形成合力，協同推進區域內人工智能教育的深入發展。

在具體實施層面，中國人民大學附屬中學圍繞素養基礎、專業拓展和先修提升3個方面，結合人工智能教學和虛擬仿真平臺，打造了“人工智能+X”跨學科課程群，將人工智能教育有效融入學科教學、社團活動與科技競賽之中。北京第一師范學校附屬小學校長狄永杰分享了學校在育人環境建設、教師信息素養提升及人工智能課程實施方面的寶貴實踐經驗。由此可見，人工智能學習資源及空間建設是保障人工智能課程逐步落實與普及的重要抓手，而師資力量則是保障人工智能教育持續發展與優化的關鍵因素。當前，信息科技教師是開展人工智能課程的骨干力量，在具體實踐過程中仍面臨專職教師短缺、專業素養不足等問題。對此，專家鼓勵信息科技教師積極與數學、物理、科學、通用技術等學科教師共同建設人工智能課程，并呼吁各地加強中小學人工智能課程師資與跨學科教研培訓，以期為我國人工智能教育的持續發展注入強勁動能。

基本功展示：突顯人工智能教師的專業素養

面對新一代人工智能教育發展的新趨勢，教師需要具備更高的人工智能素養和教學設計能力[4]。本屆活動共遴選出96名中小學人工智能課程教師入圍現場基本功展示活動，內容包括“人工智能技術測試”和“說課展示”2個環節。

人工智能技術測試反映教師專業本色

為充分考查教師的人工智能素養與技術應用能力，技術測試環節要求參賽教師在180分鐘內完成人工智能基礎知識測試，測試內容包括8道客觀題和2道綜合題。客觀題側重于考查教師對人工智能基礎理論和前沿知識的掌握情況。綜合題則重在考查教師的編程基礎，以及對人工智能原理的理解與技術路線分析能力，題目分別是基于傳統機器學習算法的“汽車燃油效率和回歸預測”和基于深度學習開發框架應用的“五禽戲圖像分類”。測試結果顯示，在大語言模型輔助下，客觀題得分較高，小學、初中、高中學段教師的平均分分別為21.7分、22.2分和24.8分（滿分30分）；綜合題得分普遍較低，2道編程題的平均分分別為15.6分（滿分30分）和13.5分（滿分40分），小學教師得分相對較低，而高中教師整體表現更佳。

雖然此次測試在斷網條件下進行，但現場提供的無代碼模型訓練工具（EasyTrain）、本地搭建環境（XEdu）和大語言模型輔助工具，降低了模型訓練和編程的難度。遺憾的是，從技術測試結果看，大部分教師的人工智能素養仍有待提升，尤其體現在對人工智能的理解和系統設計方面。從問題解決的角度而言，面對一個復雜問題時，首先需要分析其技術實現路線，即將大問題分解為若干個子問題，形成問題鏈，并通過類比、歸納、想象等方法為每個子問題找到合適的解決方案，最終形成新的解題思路。此外，在使用大語言模型工具時，應基于問題的分析與拆解，在提示詞中明確具體需求并提供充分的問題描述。例如，在查詢“汽車燃油效率和回歸預測”的編程代碼時，應盡可能說明所需算法和數據集特征，包括哪些數據作為特征值或標簽值等，以提高回復的可靠性和有效性。

說課展示體現教師教學特色

教師說課是教學實踐的關鍵環節，它不僅有助于教師系統地構思與規劃教學，也是教師展示教學技能和綜合素質的機會。

首先，在內容選擇方面，教師需基于相關課程標準，充分挖掘人工智能的跨學科性、實踐性和發展性，合理選擇和組織知識內容。本屆參賽教師的說課主題多樣，涉及智能小車、智能家居、智能農業、智慧校園等領域，覆蓋了人工智能應用、人工智能算法和智能作品開發等內容。相較于傳統的人工智能課程主題，個別選題如利用生成式人工智能體驗與探索未來職業、基于Chatbot對話程序開發校園人工智能心理安撫助手等，既貼近學生生活又體現了新技術與新方法，更有利于激起學生的探究欲望。此外，智能橋涵積水預警系統、井下生命營救系統、裂縫檢測系統等選題，以社會熱點問題為切入點，注重引導學生從人工智能角度探索問題解決的思路及方法，更能體現人工智能技術應用的情境性與價值性。

其次，在教法設計方面，以學生為中心是課堂教學方法選用的核心原則。不少參賽教師在“項目化+任務式”的教學模式基礎上，靈活運用多種教學方法，形成了個性化的教學策略。例如，在“我的數字設備監督員”項目中，教師結合逆向工程教學法[5]，設計了“逆向分解—糾錯復原—原理探究—迭代升級”的任務主線，以引導學生將復雜系統自頂向下劃分成若干子模塊，逐步實現對原型作品的復原與優化。再如，在“從數據預測到智慧決策——線性回歸探秘”案例中，教師將核心問題“預測網店銷售額”分解為4個層層遞進的子問題，并圍繞問題鏈設置了對應的教學活動，以幫助學生逐步掌握線性回歸算法的原理及應用。

最后，教師的語態和教態是知識、技能、素養傳遞的重要載體，也是教師最基本的能力。此次活動中，大部分參賽教師在講臺上自信滿滿、教態大方，無論是課件制作還是教學示范，都展現出了扎實的專業技能與綜合素質。

教研論文展示：探索人工智能教育的實施路徑

從區域推進方案到校本建設方案，再到課程教學案例，本屆展示活動共征集到中小學人工智能教研論文400余篇，內容涵蓋人工智能教學案例、經驗、方法、模式等方面的探索與實踐，主要分為推進方案、教研論文和教學案例3類。

推進方案

為貫徹落實國家人工智能戰略規劃和創新型人才培養目標，全國各地正積極推進人工智能教育的普及與發展。本屆活動共遴選出20余篇區域（校本）推進方案入圍現場展示，覆蓋廣東、浙江、重慶等13個省市，以促進區域間的經驗交流與分享。

從區域層面看，構建具有地方特色的人工智能課程體系，整合地方資源以創建虛實結合的教學資源與學習環境，對提升學生科技素養和創新能力、推動教育均衡與創新發展具有重要意義，這也反映了我國在人工智能賦能教育行動中取得的顯著進步。例如，深圳市寶安區結合地方特色，建立了分階段、分層次的人工智能課程體系，并通過規范教材使用、建設教育平臺和實驗室、提升師資水平等舉措，全面推進人工智能課程的實施；溫州市圍繞育人目標定位、課程內容梳理、創新能力培養和區域均衡發展等關鍵問題，提出“重構學科教材、細化評價指標、強化學科實踐、錄制數字課程”等實施策略，構建了素養導向下的“數字+”課程體系和框架。同時，針對農村地區在人工智能普及教育中遇到的問題，有學者提出“設備普及+特色、師資隊伍日常化+差異化、區域發展可持續+閉環發展”等改進措施，以促進教育公平和質量提升。

在國家與地區政策的有力推動下，各學校也在積極開發符合本校特色與學生發展目標的人工智能校本課程。例如，杭州市某小學結合當地古鎮特色，打造出“AI上智慧古鎮”校本課程，通過項目活動引導學生運用人臉識別、智能語音、機器學習等技術，對古鎮的郭璞井、乾隆碑和糕點鋪進行智能化改造，實現了人工智能教育與地方文化的有機融合。這些舉措不僅豐富了學生的學習體驗，也為區域人工智能教育的深入實施提供了行之有效的經驗。

教研論文

教研論文作為學術性文獻，側重于展示教育研究的理論和實證成果。本屆展示活動共遴選出80余篇中小學人工智能教育領域的優秀論文入圍現場展示，論文選題從人工智能技術在學科教學中的應用研究，到中小學人工智能課程的教學模式與策略研究，再到“人工智能+X”的跨學科課程與教學研究，反映了人工智能技術在教育中的多元應用，以及教師在整合新技術、推動教育創新中的關鍵作用。在人工智能賦能學科教學方面，以生成式人工智能為代表的人工智能工具正在被廣泛探索應用于因材施教與個性化學習。例如，“生成式人工智能支持個性化學習的研究與應用”構建了生成式人工智能在高中信息技術編程教學中的應用策略，并通過實證研究發現，經教師二次開發的人工智能助手能夠針對程序中的錯誤為學生提供個性化指導，“問題濾網”的設置有助于提高教學效率和避免技術濫用。

在人工智能課程教學策略方面，不少論文針對實際人工智能課堂教學中存在的學生體驗單一、學習層次淺顯、技術實踐薄弱等問題，從理論與實證兩方面予以了積極回應。例如，“大概念視角下的初中人工智能單元教學探索”圍繞“感知、表示與推理、機器學習、人機交互、社會影響”五大概念，重組課程內容體系，重構教學模式，并開展相關實證研究，以期為促進人工智能教育的有效實施提供參考。又如，“基于深度學習的小學人工智能教學策略研究”結合教學實踐，提出具身體驗多元化、分析提煉深度化、程序設計個性化等教學策略，以豐富學生的交互感知，促進其人工智能素養和計算思維的提升。

在跨學科課程設計與實施方面，研究問題主要聚焦于如何通過跨學科學習活動，深化學生對基礎知識的理解，同時培養其跨學科創新能力[6]，從而促進學生核心素養的發展。例如，“基于CDIO模式的小學人工智能跨學科課程構建”以“構思—設計—實現—運作”為實踐邏輯，從跨學科概念“系統與模型”出發，設計了涵蓋機器學習、智能語音、生物多樣性等多學科知識的“別具慧眼AI出行”單元課程。又如，“小學古詩與人工智能深度融合的教學策略研究”將語音識別、人工智能生成創作、智能導航等人工智能知識有效融入小學古詩詞教學中的“讀、解、繪、尋（寫）”4個環節，充分展示了“人工智能+X”跨學科學習對提升學生學科素養和創新能力的重要意義。

教學案例

教學案例是實際教學策略與經驗的具體描述。本屆展示活動共遴選出50余篇中小學人工智能教育優秀教學案例入圍現場展示，從方案設計、教學實施和評價反思等方面為教師提供了實踐指導和啟示。

首先，在目標與內容方面，人工智能課程強調技術原理與實踐應用相結合，凸顯人工智能技術應用的必要性，避免知識與實踐分裂、學習與應用分離。例如，“人工智能+物理的跨學科課程設計與實施”案例針對物理實驗“重力加速度的測量”中的計算成像知識，引導學生比較傳統方法和智能方法在解決“看不見”“看不清”問題上的差異，有利于學生理解機器學習原理及其在跨學科研究中的重要性。

其次，在過程與方法方面，人工智能課程倡導以真實問題為情境，以主題任務為載體，以實踐探索為主線，靈活運用項目式、情境化和游戲化等多種教學模式。例如，“ChatGPT校園心理醫生”主題學習項目基于EDIPT模型，設置了“困秘—解密—探秘—用秘—展秘”5個實踐環節，引導學生分析校園心理問題疏導的需求，并結合相關軟硬件開發工具設計和開發出作品原型，體會人工智能的應用價值。

最后，在評價與反思方面，大多數案例都設置了相應的學習評價任務，能夠從自評、互評、教師評價等多元評價角度，實施作品評價、過程性評價、素養評價等多維度的評價。但也應看到，部分案例仍存在評價依據不充分、評價量表設計主觀化、缺乏評價結果分析等問題，需要教師在實踐中進一步明確和優化，并將評價結果有效應用于教學過程的持續改進。

研究課展示：打造人工智能課堂的特色生態

在人工智能教育實踐中，人工智能技術既作為課堂教學的新內容，又作為賦能教學的新工具，貫穿于課堂的各個環節與場景，形成了新一代人工智能課堂的特色生態。在中小學人工智能研究課展示環節，北京市和平街第一中學的劉志華老師利用騰訊“創想AI”平臺和自主開發的特征識別統計工具，引導學生對狼和兔的3種特征進行分析，并通過闖關游戲進行探索與規律驗證，進而歸納出決策樹的思想與劃分標準；北京市第一師范附屬小學的李婷老師則以水果分類問題作為切入點，帶領學生利用萬物識別軟件和“暢言智AI”平臺開展系列分組實驗，探究圖像識別的實現原理與應用方法。

從教學視角而言，2位教師圍繞“狼兔分類”和“水果分類”的核心問題，設計了相互聯系、層次鮮明的問題鏈，并基于問題創建了一系列探究活動和拓展應用活動，逐步引導學生在實踐任務中解決問題，從而獲得知識與技能，促進了學生人工智能素養的發展。從技術視角而言，人工智能平臺和數字化工具的合理運用，為教師開展以學生為中心的互動探究式教學提供了即時、多維度的技術支持，有助于實現學生思維過程的可視化。從生態視角而言，技術與教學的深度融合增進了學生、教師、技術、環境等要素之間的有機聯系，構建了一個靈活開放、智能高效的人工智能課堂生態，這不僅有助于提升生成性學習的效果，促進學生核心素養的發展，而且實現了教育目的與手段的內在統一。由此，2節公開課的順利開展不僅提供了教學示范，也為教師數字化教學能力的提升和未來人工智能課堂的實施提供了寶貴的思路和方法。

本屆展示活動的成功舉辦，不僅為中小學人工智能教育領域注入了新的活力和動力，而且促進了各地教師之間的經驗交流，激發了學生對人工智能的學習興趣與熱情，對我國中小學人工智能教育的發展起到了積極的推動作用。