創(chuàng)新開課方式，推動(dòng)中小學(xué)人工智能教育落地

在智能時(shí)代，培養(yǎng)中小學(xué)生成為“智能公民”，既是社會(huì)發(fā)展的必然趨勢(shì)， 也是教育改革之需。根據(jù)教育部的規(guī)劃，到2030年前，在中小學(xué)基本普及人工智能教育。然而，當(dāng)前人工智能教育進(jìn)入中小學(xué)課堂面臨的最大難題是師資問題。人工智能作為基礎(chǔ)教育的新興領(lǐng)域，大部分中小學(xué)教師對(duì)其相關(guān)知識(shí)與技能的儲(chǔ)備尚顯薄弱。此外，相關(guān)課程缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、課時(shí)安排有限、學(xué)校配套設(shè)備短缺等因素都給中小學(xué)開設(shè)人工智能課程帶來了挑戰(zhàn)。在此情形下，中小學(xué)究竟該如何開好人工智能課呢？這便需要學(xué)校轉(zhuǎn)變教育觀念，結(jié)合自身的資源和條件系統(tǒng)性地規(guī)劃課程，設(shè)計(jì)有效的教學(xué)實(shí)施路徑，創(chuàng)新開課方式，從而讓中小學(xué)人工智能教育走深走實(shí)。

首先，學(xué)校要認(rèn)識(shí)到當(dāng)前中小學(xué)人工智能教育是一種通識(shí)教育。在小學(xué)和初中階段，教育的重點(diǎn)是讓學(xué)生感知和體驗(yàn)、理解和應(yīng)用人工智能，而在高中階段則更側(cè)重項(xiàng)目創(chuàng)作和前沿應(yīng)用。中小學(xué)人工智能教育的目的不在于系統(tǒng)性地傳授人工智能專業(yè)的學(xué)科理論知識(shí)，而在于培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。其次，學(xué)校要加強(qiáng)人工智能教育相關(guān)師資隊(duì)伍的建設(shè)，突破當(dāng)前人工智能教師短缺的瓶頸。與常規(guī)信息科技（技術(shù)）教師相比，人工智能教師不僅需要擁有更深厚的學(xué)科知識(shí)儲(chǔ)備和操作技能，還需要具備創(chuàng)新性思維和跨學(xué)科整合能力。學(xué)校應(yīng)鼓勵(lì)信息科技（技術(shù)）、數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科教師，通過繼續(xù)教育、組成教研共同體等途徑提升自身的人工智能教學(xué)能力。同時(shí)，學(xué)校還可以聘請(qǐng)高校和企業(yè)的人工智能專家擔(dān)任兼職教師，充實(shí)學(xué)校人工智能師資力量。最后，學(xué)校要積極探索新型教學(xué)模式，應(yīng)用優(yōu)質(zhì)資源，推動(dòng)教學(xué)流程重構(gòu)、教學(xué)方法創(chuàng)新、項(xiàng)目化教學(xué)實(shí)踐，并借助定期教學(xué)示范與教研活動(dòng)推動(dòng)教學(xué)模式持續(xù)迭代優(yōu)化。

國內(nèi)一些率先開展人工智能教育試點(diǎn)的地區(qū)已經(jīng)取得了顯著成效。例如，廣州市于2018年開始探索中小學(xué)人工智能通識(shí)教育，并編寫出版了地方教材。2019年，廣州市立項(xiàng)創(chuàng)建全國智慧教育示范區(qū)，將人工智能教育列為重點(diǎn)工程。2023年，推動(dòng)1～8年級(jí)人工智能教育普及入選廣州市民生實(shí)事項(xiàng)目。經(jīng)過這些年的實(shí)踐，廣州市已形成 “1+8”（一個(gè)平臺(tái)+八大體系）推進(jìn)模式，通過搭建廣州市人工智能教學(xué)平臺(tái)，從政策、資源、裝備、師資、教研培、活動(dòng)競賽及協(xié)同推進(jìn)等多方面進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，系統(tǒng)開展人工智能教育。目前，全市已有超過1500所學(xué)校開設(shè)了人工智能課，覆蓋學(xué)生超過百萬，獲得師生普遍認(rèn)同與喜愛，積累了寶貴的課程開設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

充分用好數(shù)字教育資源開課。人工智能師資相對(duì)薄弱的學(xué)校，可以采取線上名師與本地教師協(xié)同合作的方式共同授課。線上名師通過直播或錄播的形式進(jìn)行知識(shí)講授，而本地教師則負(fù)責(zé)組織學(xué)生開展學(xué)習(xí)活動(dòng)。線上和線下教師應(yīng)明確各自的角色和責(zé)任分工，線上名師主要負(fù)責(zé)提供高質(zhì)量的教學(xué)內(nèi)容和資源，線下教師則需將這些資源與學(xué)生的實(shí)際情況相結(jié)合，進(jìn)行有針對(duì)性的個(gè)性化教學(xué)。學(xué)校教師應(yīng)根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容，靈活運(yùn)用不同的教學(xué)策略：在以概念性、原理性知識(shí)講授為主的課程中，以線上授課資源為核心，輔以線下教師的輔導(dǎo)；在以探究型、協(xié)作型學(xué)習(xí)任務(wù)為主的課程中，則以線下教師的教學(xué)為主導(dǎo)、以線上資源為補(bǔ)充。例如：廣州市為教師提供了配套教材的“托底資源”，包括每節(jié)課的示范教學(xué)視頻、授課課件、學(xué)生實(shí)踐手冊(cè)、學(xué)生實(shí)操視頻、學(xué)習(xí)參考視頻等系列資源，教師可以充分應(yīng)用這些資源，組織學(xué)生開展多樣化的學(xué)習(xí)活動(dòng)。廣州市為小學(xué)一、二年級(jí)的學(xué)生特別提供了人工智能系列教學(xué)動(dòng)畫，教師在課堂上可以通過組織學(xué)生觀看動(dòng)畫、展開討論等方式進(jìn)行課程教學(xué)。

采用跨學(xué)科整合式開課優(yōu)化課時(shí)。人工智能課程的課時(shí)分配不足，也是開課面臨的挑戰(zhàn)之一。國內(nèi)多個(gè)已開展人工智能普及教育的區(qū)域，普遍規(guī)定小學(xué)初中每周開設(shè)1課時(shí)的人工智能課程。通過實(shí)施跨學(xué)科整合式教學(xué)，一方面可以增加學(xué)生接觸人工智能的時(shí)間，另一方面可以提升學(xué)生應(yīng)用人工智能進(jìn)行學(xué)習(xí)的能力。例如，“水肥與蟲害防治一體化智能菜園管家”項(xiàng)目巧妙結(jié)合了人工智能與生物學(xué)科知識(shí)，旨在開發(fā)一套智能設(shè)備以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化菜園管理，根據(jù)蔬菜生長情況和天氣條件進(jìn)行智能灌溉、施肥和除蟲。參與此項(xiàng)目的學(xué)生需要掌握?qǐng)D像識(shí)別的基本原理，并理解人工智能在數(shù)據(jù)采集、整理、模型訓(xùn)練、推理驗(yàn)證和應(yīng)用等關(guān)鍵環(huán)節(jié)的流程。在此過程中，學(xué)生還需學(xué)習(xí)相關(guān)的生物學(xué)科知識(shí)，以增強(qiáng)項(xiàng)目實(shí)施的科學(xué)性和有效性。又如，在英語寫作課上，教師通過引導(dǎo)學(xué)生使用生成式人工智能工具輔助修訂作文，并分析人工智能文本生成與人類寫作的差異，以加深學(xué)生對(duì)人工智能的理解。這種AI+跨學(xué)科整合的教學(xué)模式，不僅實(shí)現(xiàn)了人工智能教育的課程目標(biāo)，而且融入了學(xué)科教學(xué)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)內(nèi)容和課時(shí)分配的雙重優(yōu)化。

探索“理解為先”的大單元教學(xué)設(shè)計(jì)。當(dāng)前我國中小學(xué)的人工智能教學(xué)往往是組織學(xué)生體驗(yàn)簡單的人工智能操作或編程任務(wù)，這種教學(xué)方式使得課程內(nèi)容呈現(xiàn)碎片化，缺乏知識(shí)間的有機(jī)整合，不利于學(xué)生構(gòu)建完整、深入的人工智能概念認(rèn)知框架，難以培養(yǎng)學(xué)生對(duì)人工智能大概念的理解?？紤]到人工智能領(lǐng)域知識(shí)體系的復(fù)雜性，對(duì)于中小學(xué)生來說，要全面掌握和理解這些知識(shí)無疑是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。理解為先的教學(xué)設(shè)計(jì)（Understanding by Design）為解決這一困境提供了有效路徑，它強(qiáng)調(diào)以清晰明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)為起點(diǎn)，以促進(jìn)學(xué)生開展有意義的學(xué)習(xí)為宗旨，倡導(dǎo)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)要優(yōu)先于課程設(shè)計(jì)和教學(xué)活動(dòng)規(guī)劃。這是一種適配于大單元和課程設(shè)計(jì)的教學(xué)模式，更容易實(shí)現(xiàn)對(duì)大概念的深入探究與發(fā)展，便于探究基本問題及實(shí)際應(yīng)用，使教學(xué)更具目標(biāo)性和連貫性。例如：廣州市七年級(jí)上冊(cè)人工智能教材涵蓋“云計(jì)算與人工智能”“智能醫(yī)療”“智能畫家”“電子警察”等內(nèi)容，涉及圖像識(shí)別、深度學(xué)習(xí)、監(jiān)督學(xué)習(xí)等概念，共16周課，每周1節(jié)。執(zhí)教教師以“智能時(shí)代的中藥館”為主題，重新梳理整冊(cè)教材的核心概念，從可測(cè)量的學(xué)習(xí)目標(biāo)出發(fā)，反推教學(xué)路徑，設(shè)計(jì)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)與方法，進(jìn)而逆向推導(dǎo)出教學(xué)內(nèi)容、方法及活動(dòng)序列，完善任務(wù)群與問題鏈，確保每一步教學(xué)活動(dòng)都緊密圍繞培養(yǎng)學(xué)生的核心能力和素養(yǎng)展開，推動(dòng)教學(xué)內(nèi)容的精簡與優(yōu)化，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索及批判性思考，從而在根本上打破僵化的教學(xué)模式，為中小學(xué)人工智能教學(xué)注入了新的活力與可能。

借助虛擬仿真軟件改善實(shí)驗(yàn)教學(xué)。人工智能課程的強(qiáng)實(shí)踐性特點(diǎn)，決定了其教學(xué)和實(shí)施需要完善的實(shí)踐環(huán)境和配套設(shè)備。然而，對(duì)于大多數(shù)中小學(xué)來說，短期內(nèi)配備齊全的人工智能教學(xué)設(shè)備并不現(xiàn)實(shí)。為解決這一問題，廣州市統(tǒng)一為所有中小學(xué)免費(fèi)提供人工智能3D虛擬仿真教學(xué)公共服務(wù)平臺(tái)，該平臺(tái)能夠模擬真實(shí)的人工智能應(yīng)用場景，讓學(xué)生通過操作虛擬場景中的工具，體驗(yàn)人工智能的基本應(yīng)用，進(jìn)而開展交互式、沉浸式的學(xué)習(xí)。這種虛擬仿真教學(xué)平臺(tái)的應(yīng)用，減少了對(duì)實(shí)體設(shè)備的依賴，降低了人工智能課程的開設(shè)成本，提高了區(qū)域普及人工智能教育的可能性與可行性，擴(kuò)大了學(xué)生的受益面，在一線實(shí)踐中獲得了廣泛認(rèn)可，為大規(guī)模普及人工智能教育提供了實(shí)踐范本。學(xué)校即使在資源有限的情況下，也能為學(xué)生提供更加豐富和高效的人工智能教育。

依托平臺(tái)深化“教—學(xué)—評(píng)”一致性。數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)在人工智能教育推進(jìn)過程中彰顯出了獨(dú)特價(jià)值，其能夠突破教學(xué)的時(shí)空限制，提供豐富的學(xué)習(xí)任務(wù)和資源，拓展師生、生生交互的學(xué)習(xí)空間，并增加合作學(xué)習(xí)的途徑，從而更有力地推動(dòng)教學(xué)雙邊活動(dòng)的深度參與和高效開展。此外，數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)中存儲(chǔ)的過程性數(shù)據(jù)可以幫助教師開展伴隨式、全過程的教學(xué)評(píng)價(jià)。借助這一優(yōu)勢(shì)，教師得以在課前精準(zhǔn)洞悉學(xué)生的學(xué)習(xí)起點(diǎn)，課中實(shí)時(shí)掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)，課后全面評(píng)估學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成情況。通過將教學(xué)數(shù)據(jù)應(yīng)用于學(xué)情分析、教學(xué)設(shè)計(jì)和教學(xué)評(píng)價(jià)的各個(gè)環(huán)節(jié)，數(shù)字化教學(xué)平臺(tái)能夠支持精準(zhǔn)教學(xué)、多樣化學(xué)習(xí)和全過程、多維度、細(xì)粒度評(píng)價(jià)，促進(jìn)完整的“教—學(xué)—評(píng)”一體化模式形成。例如，廣州市人工智能教育普及項(xiàng)目依托數(shù)字化課程教學(xué)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全市所有中小學(xué)校開課情況的監(jiān)測(cè)，為教師的備授課、學(xué)生的作業(yè)完成以及課后學(xué)習(xí)提供了全過程的數(shù)據(jù)記錄與診斷分析。這不僅實(shí)現(xiàn)了人工智能課程教學(xué)過程的可視化、數(shù)字化和智能化，還提高了教學(xué)管理的效率和教學(xué)質(zhì)量。