人工智能實驗室：基于實踐育人的校本探索

中圖分類號：G622.3 文獻標志碼：A 文章編號：1673-9094（2025）07-0077-04

2017年7月，國務院頒布《新一代人工智能發展規劃》，指出要在中小學階段納入人工智能相關課程。2024年11月，教育部辦公廳發布《關于加強中小學人工智能教育的通知》，明確力爭在2030年前，在中小學階段基本實現人工智能教育的普及。2025年1月，中共中央、國務院印發《教育強國建設規劃綱要（2024—2035年）》，要求拓展實踐育人和網絡育人空間和陣地。這些政策的出臺，凸顯了國家對人工智能教育的關注，也反映了目前社會對具備創新思維與開拓精神人才的緊迫需要。在此趨勢下，動手實踐的人工智能實驗成為一種行之有效的育人方式。

為做好人工智能教育，培養具有創新潛質的青少年，于2020年率先建成了廣州市第一間人工智能實驗室。人工智能實驗室的建成為學生提供了實踐的環境，學生在實驗室里可以組裝機器人、電腦編程、模擬競賽等，在實踐的過程中培養信息素養和創新精神。

一、人工智能實驗室建設框架

（一）頂層設計原則

實施人工智能教育，培養具有創新潛質的青少年是中小學人工智能教育的重要目標，為達成這個目標，學校需要給學生提供實踐探索的環境一一人工智能實驗室。在經過充分調研、考察、專家指導和論證后，學校堅持以動手實踐為主（如組裝機器人和編程等實踐性活動），強調趣味性，兼顧技術前沿性、教學適用性和可持續發展，建設人工智能實驗室，讓學生在充滿未來感的氛圍中學習，也讓實驗室成為學生探索AI技術、培養創新能力和倫理意識的重要平臺，在實踐中學習和成長。

（二）空間功能分區

為滿足課程教學、項目式學習和科技競賽等多用途實踐體系的需要，我校人工智能實驗室的建設把理論與實踐很好地融合在一起，通過功能分區的設計，將動手操作與知識學習很好地銜接起來，特別注重培養小組合作的精神，激發團隊協作的潛能。實驗室內部空間經過精心布置，巧妙地將模塊化教學區、加工區與活動區等合理劃分，既保障了教學活動的順利進行，又極大地促進了項目式學習的開展以及學生間的互動、交流與合作。具體而言，我校人工智能實驗室分為認知體驗區、基礎實驗區、高階開發區、項目展示區、倫理討論角。各區域的具體配置及功能見表1。

二、人工智能實驗室實踐育人實施路徑

（一）課程體系構建

人工智能相關理論與技術，涉及計算機、數學、物理、認知科學、神經科學、語言學、工程學等多個領域，因此，構建中小學人工智能課程體系需要結合學生的認知發展特點、技術基礎和社會需求，分階段、分層次設計內容，注重理論與實踐結合、倫理與創新并重。結合當前人工智能社會實際應用場景，遵循“調研一設計一實授一反思一改進”的程序，開展全過程、精細化的課程體系建設，開發出基于實踐育人理念的AI課程體系，構建“基礎一發展一創新”三級目標體系（見表2），形成螺旋上升的能力培養路徑。

（二）教師隊伍建設

上好人工智能課程除了要有硬件條件、課程體系外，還需要專業的課程教師。為此，學校組建了一支由信息科技、數學、科學等學科老師組成的人工智能教師隊伍。與高校、人工智能企業建立定期培訓和指導機制、不定期的交流互動機制等，科研院所、高等院校專家對教師進行相關專業的理論培訓和指導，人工智能企業技術骨干到學校實驗室指導開展項目實踐，還帶教師走進高校實驗室和企業，深人了解人工智能真實應用案例，拓展教師的眼界和思路[]。教師在專家的引領下加強了專業學習和實踐，不斷提升自己的專業素養、教學能力和實踐能力。經過幾年的實踐探索，教師的教學水平和綜合素養得到了顯著提升，也逐漸形成自己的教學風格和基于實驗室的人工智能課程教學體系。教師還積極開展各類公開課，參加中小學青年教師教學能力大賽等活動，教學水平和能力也得到了提升。

（三）項目式學習實踐育人

根據人工智能教育的特點，我們采用任務式學習、項目式學習、問題式學習等教學形式。基于任務式學習，學生在完成人工智能相關任務的過程中掌握知識和技能。項目式學習則可以讓學生以小組合作的方式完成一個較大的人工智能項目，培養團隊協作和問題解決能力。問題式學習引導學生圍繞人工智能領域的問題進行探究，提升學生批判性思維和創新能力[2]。

學校基于人工智能實驗室，主要以項目式學習（PBL）的方式開展相應的人工智能課程，讓學生在真實情境中動手實踐，進而學習知識、發展技能以及培養團隊協作能力，最終實現育人的目標。

1.項目式學習的開展。日常教學中以小組為單位開展項目式學習，教學設計中我們將生活中的真實AI應用場景（如智慧交通、智慧醫療、校園智慧種植等）作為項目探究的主題，把項目主題分成多個具體的事項，例如：調查分析、方案設計、編程、測試優化等，各小組成員依據自身特長分工協作。小組成員以獨立或合作的方式去完成任務，再經由小組討論、實踐等多種形式來探究問題、解決問題，最終完成項目式學習。

2.項目成果的評價。為合理評價學生項目式學習實踐成果，促進學生實踐的動力，我們結合實驗室項目展示區的功能，鼓勵學生采用多種形式（如報告、PPT、實物模型等）來展示項目成果。通過學生講解以及現場互動等多種方式，觀眾能夠深入了解小組項目式學習的過程和成果，并對其過程和成果作出評價，提出合理的意見和建議。合理的評價促進學生反思、改進和提高，進而在實踐中成長，并逐步培養創新潛質。

通過項目式學習，學生能學到一些AI知識和技能，更能在解決真實問題的過程中感受技術的作用。學生能發揮特長共同完成項目式學習，不僅激發了他們的學習興趣和積極性，還培養了他們的邏輯思維能力、動手實踐能力、創新能力和團隊合作精神。

（四）校企協同育人

人工智能緊隨時代發展而發展，且需要不斷完善。單靠學校的力量還不能做好人工智能教育。學校積極加強與人工智能科研院所、高等院校以及人工智能企業的合作，和他們建立起一種長期穩定的合作機制。學校聘請院士、高校專家和企業高管作為科學副校長。他們定期給學校提供專業的指導和豐富的教育資源，助力學校建立完善的人工智能課程體系和開展人工智能教育工作；人工智能企業提供實踐平臺和技術支持，讓學生有機會走進企業實踐，和工程師面對面交流，同時在日常實踐教學中，還可以邀請企業技術人員通過遠程指導或現場指導等方式和學生互動，解決學生在實踐中遇到的問題[3。通過定期為學生授課和指導實踐項目，企業的實際案例和最新技術被帶人課堂，使教學內容更加貼近實際生活，幫助學生解決項自學習中遇到的問題，將所學知識應用于實際，提升實戰能力。此外，還可以讓學生到企業中了解真實的人工智能項目開發全過程，讓他們親身體驗到人工智能技術的實際應用，從而更深刻地理解所學知識，也啟發了創新思維。

三、人工智能實驗室實踐成效與反思

（一）學生發展

通過開展以實驗室為依托的人工智能教育，學生的人工智能理論知識得到提升，科技創新潛能也得到了全面且持續的提升。這種教育模式的實施，不僅激發了學生的創新思維，還極大地提高了他們在科技創新競賽中的成績。近幾年來，學生參加科技競賽的積極性不斷提高，參與各級勞動素養活動、科技體育競賽、編程及國家的白名單科技賽事。2020～2024年，學校每年均有300人次在各種賽事中榮獲獎項，這既是對學生個人能力的肯定，也是對學校人工智能教學質量的認可。由于在人工智能等大科學教育方面的突出表現，2024年初，學校被教育部評為首批“全國科學教育實驗校”，被廣東省教育廳認定為“廣東省科學教育示范校”。

（二）反思與展望

目前，學校的人工智能教育已經融人日常教學體系，實現了常態化教學。在教學軟件與硬件方面，學校已配備了較為完善的基礎設施，基本能夠滿足目前的人工智能教學需求。然而，隨著科技的飛速發展，學校也將面臨多方面的挑戰。所以，為了更好地提升人工智能教學的質量與效果，我們不僅需要更新教學設施、優化課程內容、豐富配套資源，還需要加強對老師的培訓和獎勵，激勵他們積極參加學習和實踐。

今后，學校將帶領更多學生走進實驗室，走進人工智能企業開展人工智能項目學習和實踐，使他們有機會親身參與項目和企業的研發實踐。同時，學生結合生活實際需求，解決生活中的痛點、難點，設計并制作出能夠提升生活品質、改善生活環境的智能設備，做到學以致用，為智慧生活貢獻自己的力量。人工智能實驗室為服務支撐新質生產力發展的拔尖創新人才培養，為教育現代化和教育強國建設提供堅實支撐，

參考文獻：

[1]杜曉敏，史松竹.人工智能時代中小學編程課程體系構建的實踐探索[J].基礎教育課程，2020（23）：20-24.

[2]馮洪榮，詹偉華，王振強.北京市中小學人工智能教育的實踐思路與探索[J].人民教育，2024（24）：17-20.

[3]許洪瑋，楊曉君，原玲.基于校企融合的人工智能人才培養模式探索[J].科技風，2022（33）：25-27.

責任編輯：石萍