以真實(shí)問(wèn)題驅(qū)動(dòng)的人工智能科技創(chuàng)新培養(yǎng)新模式

2024年11月，教育部辦公廳發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)中小學(xué)人工智能教育的通知》，提出“2030年前在中小學(xué)基本普及人工智能教育”。黨的二十大報(bào)告提出“全面提高人才自主培養(yǎng)質(zhì)量，著力造就拔尖創(chuàng)新人才”。2024年的《政府工作報(bào)告》也提出“完善拔尖創(chuàng)新人才發(fā)現(xiàn)和培養(yǎng)機(jī)制”{1。2025年4月，教育部等九部門(mén)《關(guān)于加快推進(jìn)教育數(shù)字化的意見(jiàn)》提出“促進(jìn)人工智能助力教育變革，加快形成泛在可及的終身教育體系”。這些政策的密集發(fā)布，凸顯了人工智能教育、科技拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)、智慧校園建設(shè)的重要意義。當(dāng)前，在學(xué)校實(shí)際工作中，這三者往往相互獨(dú)立。但事實(shí)上，它們之間存在緊密的內(nèi)在聯(lián)系，以智慧校園建設(shè)為應(yīng)用背景開(kāi)展人工智能科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)，可將三者有機(jī)融合起來(lái)，從而提升整體成效。基于此理念，筆者在小學(xué)階段對(duì)人工智能科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式進(jìn)行了積極探索。經(jīng)過(guò)近兩年的實(shí)踐，人工智能科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)與智慧校園建設(shè)融合開(kāi)展的新模式已初見(jiàn)成效。

一、人工智能與科技創(chuàng)新課程體系

為支撐人工智能科技創(chuàng)新，學(xué)生需要掌握人工智能基礎(chǔ)知識(shí)與技能，并具備創(chuàng)新意識(shí)與能力。而要想成為科技拔尖創(chuàng)新人才，學(xué)生更需要在此基礎(chǔ)上獨(dú)立自主地開(kāi)展科學(xué)研究探索。因此，筆者結(jié)合學(xué)情，按照以下關(guān)鍵要點(diǎn)設(shè)計(jì)從小學(xué)三年級(jí)開(kāi)始的人工智能與科技創(chuàng)新課程體系。第一，“人工智能是認(rèn)識(shí)人自身的學(xué)問(wèn)”[2]。從這一理念出發(fā)，學(xué)習(xí)與了解人工智能六大實(shí)現(xiàn)途徑（機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、符號(hào)智能、行為智能、群智能、進(jìn)化計(jì)算）便成為課程內(nèi)容的主體。第二，教學(xué)形式以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為主。通過(guò)軟硬件結(jié)合的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，小學(xué)生能更直觀、更有興趣地吸取相應(yīng)知識(shí)，并獲得在人工智能方面的實(shí)踐動(dòng)手能力。第三，以無(wú)代碼方式開(kāi)展實(shí)踐，擺脫編程束縛。以圖形化積木搭建方式實(shí)現(xiàn)智能系統(tǒng)，小學(xué)生才能普遍完成學(xué)習(xí)，并真正掌握人工智能核心內(nèi)容。第四，培養(yǎng)目標(biāo)以創(chuàng)造力為核心。創(chuàng)造力是人區(qū)別于人工智能的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，學(xué)校和教師要通過(guò)三個(gè)階段有效培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力：第一階段，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能基礎(chǔ)知識(shí)，并通過(guò)項(xiàng)目案例引發(fā)其思考和興趣；第二階段，組織學(xué)生應(yīng)用基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，使其體驗(yàn)人工智能創(chuàng)新的思維方法與過(guò)程；第三階段，指導(dǎo)學(xué)生確定創(chuàng)新問(wèn)題、設(shè)計(jì)創(chuàng)新方案、完成創(chuàng)新項(xiàng)目實(shí)踐。

（一）基礎(chǔ)課程教學(xué)

按照“認(rèn)識(shí)自己”的人工智能核心理念，筆者以人工智能六大實(shí)現(xiàn)途徑一一機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、符號(hào)智能、行為智能、群智能、進(jìn)化計(jì)算為主線，構(gòu)建了完整的小學(xué)貫通培養(yǎng)項(xiàng)目式課程體系。在這一課程體系中，每個(gè)年級(jí)都會(huì)通過(guò)一個(gè)項(xiàng)目式主題，輔以動(dòng)手實(shí)踐的教學(xué)形式，讓學(xué)生理解人工智能六大實(shí)現(xiàn)途徑的部分內(nèi)容，并具備應(yīng)用拓展能力。其中，三年級(jí)課程以智能小車(chē)為載體，講解機(jī)器學(xué)習(xí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；四年級(jí)課程以聊天機(jī)器人為載體，講解符號(hào)智能中的自然語(yǔ)言理解技術(shù)；五年級(jí)課程以下棋機(jī)器人為載體，講解符號(hào)智能中的問(wèn)題求解技術(shù)；六年級(jí)課程以智能無(wú)人機(jī)為載體，講解行為智能技術(shù)。各年級(jí)主要教學(xué)內(nèi)容分別如表1-4所示。

表1“智能小車(chē)”課程教學(xué)內(nèi)容

表2“聊天機(jī)器人”課程教學(xué)內(nèi)容

（二）科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的選拔與管理

在基礎(chǔ)課程的教學(xué)過(guò)程中，學(xué)校通過(guò)觀察和考核，選拔部分對(duì)科技創(chuàng)新有興趣、綜合素質(zhì)滿(mǎn)足要求的拔尖學(xué)生進(jìn)人科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，跨學(xué)段開(kāi)展獨(dú)立自主的科技創(chuàng)新活動(dòng)。作為培養(yǎng)科技拔尖創(chuàng)新人才的場(chǎng)所，科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室嚴(yán)格按照以下要點(diǎn)對(duì)學(xué)生進(jìn)行選拔和管理。

一是興趣性。學(xué)生自我興趣是進(jìn)人科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的首要條件。要做好一件事，尤其是把它做到極致，核心在于熱愛(ài)。這種熱愛(ài)首先源自每個(gè)人自身的特質(zhì)，家長(zhǎng)和教師可以引導(dǎo)，但最終受學(xué)生內(nèi)心的自我驅(qū)使。

表3 “下棋機(jī)器人”課程教學(xué)內(nèi)容

表4“智能無(wú)人機(jī)”課程教學(xué)內(nèi)容

二是主動(dòng)性。科技創(chuàng)新活動(dòng)的教學(xué)不同于基礎(chǔ)課程的教學(xué)，基礎(chǔ)課程是教師主導(dǎo)的學(xué)習(xí)，是學(xué)生在教師要求下掌握必要知識(shí)與技能的過(guò)程；而科技創(chuàng)新活動(dòng)應(yīng)是學(xué)生主導(dǎo)的活動(dòng)，是學(xué)生在自我興趣驅(qū)使下深入學(xué)習(xí)和創(chuàng)造的過(guò)程。它能引導(dǎo)學(xué)生從被動(dòng)學(xué)習(xí)走向主動(dòng)學(xué)習(xí)。主動(dòng)學(xué)習(xí)也是拔尖人才應(yīng)該具備的關(guān)鍵要素之一，需要從小學(xué)開(kāi)始培養(yǎng)。

三是計(jì)劃性。中小學(xué)生開(kāi)展科技創(chuàng)新活動(dòng)，相比他們所取得的成果，更重要的是經(jīng)歷一個(gè)完整、規(guī)范的科技創(chuàng)新過(guò)程，即從開(kāi)題到調(diào)研、設(shè)計(jì)方案、實(shí)現(xiàn)方案、測(cè)試完善、論文創(chuàng)作，再到競(jìng)賽答辯的全過(guò)程。這種規(guī)范過(guò)程能培養(yǎng)學(xué)生做人做事的關(guān)鍵能力，同時(shí)在這一過(guò)程中，學(xué)生必然面對(duì)許多困難和挑戰(zhàn)，這正是他們認(rèn)識(shí)自己科學(xué)使命的契機(jī)，能堅(jiān)持下來(lái)的學(xué)生才可能是未來(lái)真正的科技拔尖創(chuàng)新人才。

四是自律性。科技拔尖創(chuàng)新人才需要有足夠強(qiáng)的自律性，因此，在科創(chuàng)實(shí)踐活動(dòng)中不能持續(xù)專(zhuān)注于任務(wù)，或不能按計(jì)劃完成任務(wù)的學(xué)生，將被勸退。學(xué)校通過(guò)內(nèi)在動(dòng)力與外部壓力的最佳適配，促使科技拔尖創(chuàng)新人才快速、健康地成長(zhǎng)。

二、緊密結(jié)合智慧校園建設(shè)開(kāi)展科技創(chuàng)新

在學(xué)生開(kāi)展科技創(chuàng)新活動(dòng)的過(guò)程中，如何確定具有創(chuàng)新性和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的科創(chuàng)主題是亟待解決的首要問(wèn)題。引導(dǎo)中小學(xué)生圍繞身邊熟悉的校園生活進(jìn)行思考是一種符合其認(rèn)知規(guī)律且行之有效的解決方式。從智慧校園建設(shè)來(lái)說(shuō)，從師生視角發(fā)現(xiàn)真正需要解決的教育問(wèn)題，由此形成的成果更具有針對(duì)性和應(yīng)用價(jià)值。從科技拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)來(lái)說(shuō)，學(xué)生的科技創(chuàng)新活動(dòng)面向身邊的學(xué)習(xí)環(huán)境，有利于學(xué)生思考和實(shí)踐，同時(shí)也能更好地培養(yǎng)他們服務(wù)社會(huì)的責(zé)任感與成就感。

因此，結(jié)合智慧校園建設(shè)實(shí)際需求引導(dǎo)學(xué)生確定主題，讓師生根據(jù)自己教學(xué)和學(xué)習(xí)的切身體會(huì)來(lái)形成需要解決的問(wèn)題，既能從教師視角觀察有什么樣的智慧教育需求，又能從學(xué)生視角觀察學(xué)校有哪些需要提高的方面，從而使人工智能科技創(chuàng)新培養(yǎng)與智慧校園建設(shè)相伴而行、相得益彰。具體工作過(guò)程如下：首先，在科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室中，學(xué)生或教師提出問(wèn)題；其次，科創(chuàng)指導(dǎo)教師確定技術(shù)可行性，并引導(dǎo)學(xué)生按前述科技創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室的選拔與管理方式開(kāi)展科技創(chuàng)新；再次，師生通過(guò)合作共同完成作品，并參加各級(jí)各類(lèi)競(jìng)賽，在競(jìng)賽中打磨和完善作品；最后，師生將作品應(yīng)用于智慧校園實(shí)際建設(shè)中。以下試舉兩例說(shuō)明。

（一）積分自動(dòng)識(shí)別與兌獎(jiǎng)：讓行為激勵(lì)有效及時(shí)

學(xué)校德育教師在自身工作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)如下問(wèn)題：為激勵(lì)學(xué)生養(yǎng)成良好的行為習(xí)慣，教師會(huì)給學(xué)生發(fā)放紙質(zhì)積分卡，但由于教師時(shí)間和精力有限，學(xué)生行為表現(xiàn)的量化統(tǒng)計(jì)又很煩瑣，導(dǎo)致積分反饋滯后，獎(jiǎng)勵(lì)發(fā)放也不夠及時(shí)，難以持續(xù)激發(fā)學(xué)生的積極性。針對(duì)這一問(wèn)題，德育教師有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生思考如何通過(guò)人工智能技術(shù)形成新的德育積分培養(yǎng)模式。在該模式下，學(xué)生可自行通過(guò)智能積分識(shí)別器將教師發(fā)放的紙質(zhì)成長(zhǎng)卡、點(diǎn)贊卡等兌換成電子積分，實(shí)時(shí)存人個(gè)人數(shù)據(jù)銀行。在校園內(nèi)，學(xué)生只需走近積分兌獎(jiǎng)機(jī)，通過(guò)便捷的人臉識(shí)別技術(shù)完成身份驗(yàn)證，即可依據(jù)個(gè)人積累的積分額度即時(shí)兌換豐富多樣的物質(zhì)獎(jiǎng)勵(lì)。在這一培養(yǎng)模式下，無(wú)論是心儀的校園文創(chuàng)產(chǎn)品、充滿(mǎn)創(chuàng)意的藝術(shù)作品，還是承載夢(mèng)想的心愿卡等精神激勵(lì)，學(xué)生都能輕松獲得。這種及時(shí)且直觀的激勵(lì)方式，極大地調(diào)動(dòng)了學(xué)生獲取獎(jiǎng)勵(lì)積分的熱情，讓他們更積極主動(dòng)地投入好習(xí)慣的養(yǎng)成中，形成了一種良性循環(huán)。

（二）智慧跳繩：讓孩子愛(ài)上身體鍛煉

跳繩是學(xué)校體育的重要活動(dòng)形式之一，但傳統(tǒng)跳繩鍛煉缺乏有效的激勵(lì)手段，學(xué)生參與的主動(dòng)性參差不齊。學(xué)校擬引入智慧跳繩系統(tǒng)，但當(dāng)前市面上的產(chǎn)品普遍存在系統(tǒng)封閉性問(wèn)題，無(wú)法與學(xué)校整體智慧教育系統(tǒng)有效對(duì)接，導(dǎo)致學(xué)生的跳繩數(shù)據(jù)難以融人綜合評(píng)價(jià)體系，限制了行為激勵(lì)效果的充分發(fā)揮。為此，教師引導(dǎo)學(xué)生思考該問(wèn)題的解決方案。學(xué)生提出可設(shè)計(jì)“會(huì)交互、懂獎(jiǎng)勵(lì)”的智慧跳繩計(jì)數(shù)器，并在教師指導(dǎo)下研發(fā)完成。學(xué)生在跳繩過(guò)程中，智慧跳繩計(jì)數(shù)器會(huì)精準(zhǔn)記錄跳繩次數(shù)、速度等數(shù)據(jù)，并通過(guò)算法將其換算為對(duì)應(yīng)的電子積分和成就勛章，實(shí)時(shí)同步至中心數(shù)據(jù)庫(kù)。這一設(shè)計(jì)使學(xué)生的每次跳繩都成為數(shù)字化榮譽(yù)的積累，學(xué)生能直觀地看到自己的進(jìn)步軌跡，從而激發(fā)出主動(dòng)參與體育鍛煉的內(nèi)驅(qū)力，養(yǎng)成堅(jiān)持體育鍛煉的好習(xí)慣。

三、新模式成效

作為人工智能科技創(chuàng)新培養(yǎng)與智慧校園建設(shè)融合開(kāi)展的新模式，其成效首先體現(xiàn)在學(xué)生培養(yǎng)成效上，其次體現(xiàn)在智慧校園建設(shè)成效上。

（一）學(xué)生培養(yǎng)成效

從最初的問(wèn)題發(fā)現(xiàn)到最終的成果落地，學(xué)生將理論知識(shí)與實(shí)踐操作緊密結(jié)合，在解決實(shí)際問(wèn)題的過(guò)程中，創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力得到了全方位的鍛煉。

“陽(yáng)光少年智能跳繩計(jì)數(shù)與獎(jiǎng)勵(lì)系統(tǒng)”“讓紙質(zhì)積分自動(dòng)變成電子積分的積分識(shí)別器”“隨時(shí)隨地按心愿兌換獎(jiǎng)品的電子兌換機(jī)”等學(xué)生科創(chuàng)成果在北京市和朝陽(yáng)區(qū)青少年科創(chuàng)大賽以及金鵬科技論壇活動(dòng)中分別獲得市級(jí)一等獎(jiǎng)一項(xiàng)、二等獎(jiǎng)一項(xiàng)；區(qū)級(jí)一等獎(jiǎng)兩項(xiàng)、二等獎(jiǎng)兩項(xiàng)。科創(chuàng)社團(tuán)學(xué)生所在班級(jí)榮獲“北京市先進(jìn)班集體”榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)，充分展示了學(xué)生在科創(chuàng)能力上的顯著提升以及促進(jìn)集體快速發(fā)展的輻射效應(yīng)。

（二）智慧校園建設(shè)成效

在新模式支撐下，學(xué)校根據(jù)“‘全接納一慢引導(dǎo)’生命涵育”特色育人理念和實(shí)際情況，形成了“智慧德育人機(jī)協(xié)同學(xué)生好習(xí)慣發(fā)展支撐平臺(tái)”，突破了傳統(tǒng)德育教學(xué)方式的局限，形成了有效的‘ 8+3+1+x^′ ’智能評(píng)價(jià)與養(yǎng)成體系。具體而言，“8”是指利用攝像頭人臉識(shí)別與圖像識(shí)別技術(shù)，對(duì)8項(xiàng)基礎(chǔ)行為指標(biāo)進(jìn)行無(wú)感化數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)記錄學(xué)生坐姿規(guī)范、課堂專(zhuān)注力等基礎(chǔ)習(xí)慣，形成積分?jǐn)?shù)據(jù)。“3”是指學(xué)生每月可自主選擇3項(xiàng)習(xí)慣進(jìn)行個(gè)性化養(yǎng)成，通過(guò)自我評(píng)價(jià)和他人評(píng)價(jià)方式將結(jié)果換算成積分，存人個(gè)人“數(shù)據(jù)銀行”。“1”是指教師錄人學(xué)生學(xué)業(yè)行為表現(xiàn)數(shù)據(jù)，以及在校園生活、課堂學(xué)習(xí)、跨學(xué)科社會(huì)實(shí)踐課程等活動(dòng)中的良好言行。“X”是指分布式社會(huì)情感評(píng)價(jià)機(jī)制，借助教師、同伴和家長(zhǎng)的點(diǎn)贊卡，對(duì)學(xué)生的社會(huì)情感發(fā)展進(jìn)行評(píng)價(jià)，激發(fā)學(xué)生形成積極向善的內(nèi)在動(dòng)力。

綜合上述方式，學(xué)校最終形成“機(jī)評(píng)（無(wú)感采集） + 自評(píng)（成長(zhǎng)反思） + 師評(píng)（學(xué)業(yè)行為） + 他評(píng)（社會(huì)情感）”的“四維數(shù)據(jù)”融合評(píng)價(jià)機(jī)制，引導(dǎo)教師關(guān)注學(xué)生外在行為，喚起學(xué)生內(nèi)在信念、內(nèi)生動(dòng)力，促使他們有“德”有“禮”，成長(zhǎng)為更好的自己。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文探討了如何將人工智能教育、科技拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)、智慧校園建設(shè)有機(jī)融合起來(lái)共同開(kāi)展的新模式，即以師生發(fā)現(xiàn)智慧校園建設(shè)問(wèn)題為牽引，在夯實(shí)人工智能基礎(chǔ)教育的前提下，通過(guò)規(guī)范、嚴(yán)格的科技創(chuàng)新活動(dòng)助力科技拔尖創(chuàng)新人才的快速、健康成長(zhǎng)。通過(guò)近兩年的教育實(shí)踐，該模式取得了預(yù)期的學(xué)生培養(yǎng)成效與智慧校園建設(shè)成效，具有一定的推廣價(jià)值。

注：本文系北京市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2023年度一般課題“基于學(xué)科素養(yǎng)養(yǎng)成的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)整體建構(gòu)的研究與實(shí)踐”（編號(hào)：CEDB23448）、2023年度北京市朝陽(yáng)區(qū)教育系統(tǒng)大中小學(xué)思想政治教育一體化課題“小學(xué)生道德素養(yǎng)評(píng)價(jià)體系構(gòu)建與實(shí)施策略的行動(dòng)研究”（編號(hào)：CYSZKT2023005）的研究成果。

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[2]劉峽壁，張毅，人工智能入門(mén)[M].北京：人民大學(xué)出版社，

2023.

（作者謝冰系北京市朝陽(yáng)區(qū)垂楊柳中心小學(xué)金都分校德育主任；鄭丹娜系北京市朝陽(yáng)區(qū)垂楊柳中心小學(xué)金都分校書(shū)記兼校長(zhǎng)；劉淑霞系北京市朝陽(yáng)區(qū)垂楊柳中心小學(xué)金都分校低部校區(qū)主管；劉峽壁系北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師）

責(zé)任編輯：牟艷娜