人工智能課程實(shí)施探微

摘要：在研究相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，明確了人工智能課程的內(nèi)涵，梳理了人工智能課程的研究進(jìn)展，提出了初中人工智能校本課程“總一分—總—?jiǎng)?chuàng)”的開發(fā)思路和項(xiàng)目化的實(shí)施模式。“智能家居”人工智能校本課程，從核心素養(yǎng)出發(fā)，細(xì)化課程目標(biāo);結(jié)合真實(shí)學(xué)習(xí)情境，重構(gòu)課程內(nèi)容;圍繞項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，實(shí)施課程教學(xué);從多元評價(jià)角度，組織課程評價(jià)。

關(guān)鍵詞：初中信息科技;人工智能;校本課程;項(xiàng)目化學(xué)習(xí)

人工智能作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力量，近年來逐漸受到各國的高度重視。2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出“實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”。同年，《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在課程中加入人工智能模塊，人工智能開始走進(jìn)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域。2021年，《中小學(xué)人工智能課程開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》發(fā)布并實(shí)施﹐自此人工智能課程的開發(fā)有章可依。2022年，《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》頒布，在第四學(xué)段（7—9年級）加入“人工智能與智慧社會(huì)”模塊。隨著相關(guān)政策文件的落地，人工智能教育迅速成為研究熱點(diǎn)，全國各地中小學(xué)都在積極探索。如何開發(fā)與實(shí)施人工智能課程，成為一線教師亟須思考的問題。

一、人工智能課程的研究進(jìn)展

人工智能課程的開發(fā)與實(shí)施，首先要從人工智能課程的內(nèi)涵入手。人工智能作為自然科學(xué)、社會(huì)科學(xué)、技術(shù)科學(xué)三向交叉的綜合學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、語言學(xué)、心理學(xué)、控制論等多個(gè)領(lǐng)域①，是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)②，研究內(nèi)容包括機(jī)器人、語言識(shí)別、圖像識(shí)別、自然語言處理和專家系統(tǒng)等。清華大學(xué)林堯瑞教授等人認(rèn)為：“人工智能是研究、制造智能機(jī)器或智能系統(tǒng)，來模擬人類智能活動(dòng)的能力，以延伸人類智能的科學(xué)?！雹?/p>

人工智能課程是一門綜合性的課程，涉及諸多的學(xué)科知識(shí)；同時(shí)又是一門實(shí)踐性的課程，強(qiáng)調(diào)從應(yīng)用人工智能的需求出發(fā)，鼓勵(lì)學(xué)生提出問題、解決問題。被國家納入中小學(xué)課程體系的人工智能課程，除了要考慮人工智能技術(shù)的基本原理、方法以及應(yīng)用，還需要注重發(fā)揮其學(xué)科特性，培養(yǎng)滿足社會(huì)需求的人。

目前，中小學(xué)人工智能課程的開設(shè)方式主要有以下三種：一是作為信息科技課程的子模塊；二是融入創(chuàng)客課程或STEAM課程；三是作為獨(dú)立的課程。④本文中的人工智能課程是指獨(dú)立開設(shè)的課程，即使用數(shù)字終端設(shè)備和基于人工智能技術(shù)的數(shù)字化軟件，以培養(yǎng)人工智能時(shí)代人才的核心能力為目標(biāo)的跨學(xué)科綜合實(shí)踐課程⑤。

2018年7月，西北師范大學(xué)、北京師范大學(xué)出版社聯(lián)合科大訊飛股份有限公司共同發(fā)布了《人工智能（初中版）》教材。2018年11月，華東師范大學(xué)出版社出版“AI上未來智造者”叢書11冊，2021年，其配套課程在南京市建鄴區(qū)推廣使用。2020年，廣州市教育研究院協(xié)調(diào)組織編寫了中小學(xué)《人工智能》三年級到八年級全套教材，分通識(shí)、人工智能應(yīng)用主題、人工智能技術(shù)應(yīng)用三個(gè)部分展開，將人工智能的多個(gè)應(yīng)用場景引入其中，如機(jī)器博弈、人工智能藝術(shù)、無人駕駛、智能家居等⑥。

除了教材的逐步本土化，與之相應(yīng)的人工智能教育研究也在不斷創(chuàng)新。2019年，周建華等人提出：“中小學(xué)開展人工智能教育的關(guān)鍵是教師和課程”，同時(shí)分析了中國人民大學(xué)附屬中學(xué)人工智能課程得以快速發(fā)展的原因和中小學(xué)開展人工智能教育的愿景和實(shí)施策略。⑦同年，楊洋以江蘇省南京市江寧區(qū)D小學(xué)為例，分享了小學(xué)人工智能校本課程的開發(fā)與實(shí)踐。⑧2022年，任輝結(jié)合小學(xué)人工智能教學(xué)的背景和現(xiàn)狀，構(gòu)建了適合小學(xué)階段人工智能教學(xué)內(nèi)容的體系架構(gòu)，提出了基于項(xiàng)目進(jìn)行小學(xué)人工智能教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施策略。⑨同年，金鑫以廣州市黃埔區(qū)為例，圍繞課程教學(xué)內(nèi)容、課程教學(xué)環(huán)境、課程教學(xué)模式等，提出了初中人工智能課程的建設(shè)與實(shí)施建議。⑩

綜上，我們可以發(fā)現(xiàn)：一是中小學(xué)人工智能課程已經(jīng)從信息科技的子模塊逐步成為一門獨(dú)立的課程，越來越多的一線教師開始結(jié)合自己學(xué)校的實(shí)際情況，積極探索人工智能校本課程的具體實(shí)施；二是大部分的中小學(xué)人工智能課程都以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)為主要的實(shí)施形式，包括基于問題的學(xué)習(xí)、基于方案的學(xué)習(xí)、基于產(chǎn)品的學(xué)習(xí)等不同的具體形態(tài)；三是由于經(jīng)濟(jì)差異和區(qū)域差異，人工智能教育的發(fā)展也出現(xiàn)了參差不齊的現(xiàn)象。自上而下的改革固然重要，以學(xué)校為單位的實(shí)踐探究也有重要的價(jià)值。

二、“智能家居”人工智能校本課程的開發(fā)與實(shí)施

隨著項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的思路進(jìn)入中小學(xué)教育，越來越多的項(xiàng)目化課程實(shí)踐也逐漸成熟。研究表明，項(xiàng)目化的實(shí)施模式相較于傳統(tǒng)的教學(xué)，在提升學(xué)生的積極性、學(xué)習(xí)習(xí)慣、自主學(xué)習(xí)和協(xié)作學(xué)習(xí)能力等方面有明顯優(yōu)勢①，因此項(xiàng)目化的實(shí)施模式逐漸被人工智能教育領(lǐng)域接納，并成為主流的課程實(shí)施模式。張蝶嬪以殘疾寵物車項(xiàng)目的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施為例，開發(fā)了一系列課程，探究了小學(xué)高年級的人工智能教學(xué)。為了讓學(xué)習(xí)具有整體性，她采用項(xiàng)目化的實(shí)施思路，形成項(xiàng)目迭代的基本模式，讓學(xué)生以小組為單位開展研究，在可選硬件范圍內(nèi)根據(jù)學(xué)生的意向靈活調(diào)整課程內(nèi)容。②周迎春則結(jié)合江蘇省蘇州市吳江區(qū)鱸鄉(xiāng)實(shí)驗(yàn)小學(xué)的實(shí)踐探索及校本教材《AI機(jī)器人創(chuàng)意搭建與mBlock5慧編程》中的課例設(shè)計(jì)，闡明如何建構(gòu)與實(shí)施項(xiàng)目化、趣味化、普及化的普惠型AI教育課程。③

初中人工智能校本課程需要從初中生的認(rèn)知特征和思維能力出發(fā)，結(jié)合學(xué)校校情、學(xué)科知識(shí)，從真實(shí)的任務(wù)情境出發(fā)，構(gòu)建適合初中生的多維度課程體系?；诖?，筆者認(rèn)為，初中人工智能校本課程可采用“總一分一總一創(chuàng)”的開發(fā)思路和項(xiàng)目化的實(shí)施模式。

例如，“智能家居”人工智能校本課程的開發(fā)思路如圖1所示。課程伊始，教師首先介紹人工智能的理論知識(shí)和在家居中的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生確定智能家居的學(xué)習(xí)項(xiàng)目；然后，引導(dǎo)學(xué)生將智能家居的大項(xiàng)目細(xì)分為智能燈、智能風(fēng)扇、智能窗簾、智能門禁等一系列子項(xiàng)目，子項(xiàng)目學(xué)習(xí)內(nèi)容由易到難，螺旋上升；在各子項(xiàng)目完成后，帶領(lǐng)學(xué)生通過系統(tǒng)組裝與知識(shí)的融合應(yīng)用，完成個(gè)性化的智能家居作品；最后，讓學(xué)生將知識(shí)遷移到其他場景中，根據(jù)真實(shí)的問題，小組合力完成智能創(chuàng)造的作品。

結(jié)合學(xué)?，F(xiàn)狀與學(xué)生能力水平，“智能家居”人工智能校本課程，從核心素養(yǎng)出發(fā)，細(xì)化課程目標(biāo)；結(jié)合真實(shí)學(xué)習(xí)情境，重構(gòu)課程內(nèi)容；圍繞項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，實(shí)施課程教學(xué)；從多元評價(jià)角度，組織課程評價(jià)，以達(dá)到通過項(xiàng)目活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維發(fā)展的目的。

（一）從核心素養(yǎng)出發(fā)的課程目標(biāo)

學(xué)科目標(biāo)是課程育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是落實(shí)國家學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的目標(biāo)細(xì)化。《中小學(xué)人工智能課程開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》提出，人工智能課程的培養(yǎng)目標(biāo)不僅要與信息科技課程核心素養(yǎng)的總體目標(biāo)相呼應(yīng)，同時(shí)也要關(guān)注中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的具體內(nèi)容，可以從意識(shí)、能力、思維、責(zé)任四個(gè)基本點(diǎn)出發(fā)。信息科技課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任四個(gè)方面。它們是學(xué)生在接受信息科技教育過程中逐步形成的信息技術(shù)知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀的綜合表現(xiàn)。人工智能課程應(yīng)該以適應(yīng)未來智能社會(huì)的關(guān)鍵能力培養(yǎng)為目標(biāo)，可以從人工智能意識(shí)、技術(shù)應(yīng)用能力、實(shí)踐創(chuàng)新思維、智能社會(huì)責(zé)任四個(gè)維度進(jìn)行目標(biāo)的設(shè)定。

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)作為一種鼓勵(lì)學(xué)生持續(xù)發(fā)現(xiàn)問題、自主解決問題的方式，特別強(qiáng)調(diào)提升學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力、合作探究的能力、多學(xué)科知識(shí)融合的能力等?；陧?xiàng)目化思路開展的課程也需要從這些能力的培養(yǎng)入手。

綜上，我們確立了“智能家居”人工智能校本課程的四維目標(biāo)（詳見表1）。

（二）立足真實(shí)情境的課程內(nèi)容

在人工智能課程中開展項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，需要學(xué)生圍繞真實(shí)問題深入持續(xù)地探究，鍛煉調(diào)動(dòng)知識(shí)的能力，參與實(shí)踐內(nèi)容，與他人、環(huán)境相互作用，以達(dá)到解決問題并產(chǎn)生項(xiàng)目成果的目的。本課程立足“智能家居”這一真實(shí)情境，設(shè)置了“了不起的人工智能”“美妙的智能家居”“神奇的智能燈”“強(qiáng)大的遙控器”“巧妙的語音識(shí)別”“智能伸縮窗簾”“聰明的垃圾箱”“優(yōu)秀的智能門禁”“溫馨的未來家居”“優(yōu)秀的智能創(chuàng)造”十個(gè)子項(xiàng)目。本課程既包含人工智能的學(xué)科領(lǐng)域知識(shí)，如語音識(shí)別、AI模型識(shí)別、人臉識(shí)別等，又兼具模塊化編程與搭建活動(dòng)，能較好地提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣；每個(gè)子項(xiàng)目尾聲設(shè)置“拓展思考”，引導(dǎo)學(xué)生提高對人工智能社會(huì)和技術(shù)倫理的認(rèn)識(shí)。

（三）項(xiàng)目化的課程實(shí)施策略

“智能家居”人工智能校本課程采取兩周一次課、一次兩節(jié)課的課時(shí)安排；8個(gè)教學(xué)班采取偶數(shù)班單周上課，奇數(shù)班雙周上課的錯(cuò)位安排，確保學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)間的充足。此外，為了實(shí)現(xiàn)課程目標(biāo)與學(xué)生的全面發(fā)展，在課程實(shí)施過程中采用了“動(dòng)態(tài)小組協(xié)作”“多元學(xué)習(xí)單輔助”“‘雙師課堂教學(xué)”等策略。

1．動(dòng)態(tài)小組協(xié)作

中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)強(qiáng)調(diào)自主發(fā)展，更關(guān)注合作參與、創(chuàng)新實(shí)踐。而在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)實(shí)踐中，小組協(xié)作也是一種重要的學(xué)習(xí)形式。教師組織小組協(xié)作時(shí)，首先要關(guān)注學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和能力特點(diǎn)，一般采用組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)的方式分組。筆者通過教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生的能力發(fā)展變化較快，一成不變的分組較難滿足他們的學(xué)習(xí)需要，但頻繁的分組又容易打破才建立的小組默契。對此，筆者將動(dòng)態(tài)小組協(xié)作的思路引入教學(xué)實(shí)踐中。課程伊始，根據(jù)知識(shí)前測和性格差異等，建立了6個(gè)同質(zhì)大組。每個(gè)大組又分為2個(gè)小組，每組3人。3人團(tuán)隊(duì)采用“優(yōu)、中、差”的搭配形式，在學(xué)習(xí)實(shí)踐中互幫互助，如遇到學(xué)習(xí)困難，則可以在6人大組內(nèi)討論，3人小組會(huì)根據(jù)學(xué)習(xí)狀態(tài)出現(xiàn)組合變化，確保每一個(gè)人都能發(fā)揮最大的團(tuán)隊(duì)價(jià)值。并且，為了激發(fā)學(xué)生的參與感，小組長采取輪換制，表現(xiàn)好的學(xué)生可以升級為小組長，獲得課堂的過程加分。

2．多元學(xué)習(xí)單輔助

按照奧蘇貝爾的“先行組織者”理論，學(xué)生面對新的學(xué)習(xí)任務(wù)時(shí)，如果原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中缺少同化新知識(shí)的適當(dāng)上位觀念，或原有觀念不夠清晰或鞏固，則有必要設(shè)置一個(gè)先于學(xué)習(xí)材料的引導(dǎo)性材料。學(xué)習(xí)單恰好可以起到引導(dǎo)性材料、先行組織者的作用。根據(jù)使用的時(shí)間和條件不同，學(xué)習(xí)單又可以細(xì)分為預(yù)學(xué)單、回顧單、指導(dǎo)單、拓學(xué)單等。預(yù)學(xué)單主要用于在正式教學(xué)之前激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，喚醒學(xué)生的學(xué)習(xí)意圖，協(xié)助教師了解學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與需求?；仡檰沃饕迷诿看握n剛開始的時(shí)候。由于課程設(shè)置為兩周一次課，學(xué)生遺忘率較高，回顧單能夠協(xié)助學(xué)生回憶上次課的內(nèi)容，主要起到知識(shí)復(fù)習(xí)的作用，因此回顧單的內(nèi)容以客觀題為主，答案較為固定，要求包括但不限于關(guān)鍵詞回憶、問題連線、選擇等。指導(dǎo)單主要起課中促學(xué)的作用，協(xié)助教師展示學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)。拓學(xué)單則致力于提升學(xué)生的遷移運(yùn)用能力，關(guān)注學(xué)生課堂學(xué)習(xí)與生活的聯(lián)系，一般應(yīng)用于課后。

3．“雙師”課堂教學(xué)

本課程所采用的“雙師”教學(xué)模式是“一教一輔”的模式，即設(shè)置兩名教師參與教學(xué)，既負(fù)責(zé)課程開發(fā)，也主抓課堂授課，并在授課過程中，負(fù)責(zé)不同的分工。在知識(shí)教授環(huán)節(jié)，一位教師負(fù)責(zé)課程知識(shí)的講解，主控課堂教學(xué)進(jìn)度和理論傳授；一位教師負(fù)責(zé)實(shí)操演示，主抓編程教學(xué)和產(chǎn)品效果呈現(xiàn)。而在學(xué)生探究和合作的過程中，兩位教師分管不同的小組，采用“一對一”的形式針對性地幫助學(xué)生解決問題，確保所有小組都能在對應(yīng)的時(shí)間內(nèi)得到教學(xué)輔導(dǎo)和幫助。在課堂中，兩位教師分工明確，互相配合，實(shí)時(shí)交流各小組的學(xué)習(xí)效果與狀態(tài)，根據(jù)需要調(diào)整課堂的進(jìn)度，以達(dá)到課堂教學(xué)效果最優(yōu)化的目的。

（四）多元并行的課程評價(jià)

學(xué)習(xí)評價(jià)不僅可以評測學(xué)生學(xué)習(xí)效果，調(diào)整學(xué)生學(xué)習(xí)過程，還可以起到激勵(lì)學(xué)生學(xué)習(xí)和改進(jìn)教師教學(xué)的目的。在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)活動(dòng)中開展評價(jià)，需要從學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和項(xiàng)目成果兩方面入手。學(xué)習(xí)過程評價(jià)主要關(guān)注課堂，重點(diǎn)考查學(xué)生的學(xué)習(xí)參與度、小組互動(dòng)情況、課堂作品完成等。在此過程中，需要小組長以監(jiān)督者的身份對組員打分，每次課堂結(jié)束前公布積分結(jié)果。項(xiàng)目成果評價(jià)則關(guān)注學(xué)生的項(xiàng)目完成情況，主要考查學(xué)生對知識(shí)的運(yùn)用和遷移能力。每個(gè)學(xué)期結(jié)束時(shí)，學(xué)生需以小組為單位完成一份智能創(chuàng)造作品。學(xué)生小組構(gòu)思智能創(chuàng)造的項(xiàng)目，思考應(yīng)用場景，細(xì)化人員分工，簡要說明設(shè)計(jì)思路，進(jìn)行作品的搭建和相關(guān)編程。在作品制作過程中，開展組內(nèi)討論與評價(jià)；小組作品完成后，開展組間交流與評價(jià)，各組之間根據(jù)小組介紹打分，組內(nèi)再進(jìn)行二次思考與改進(jìn)討論。課程完成之后，通過科技節(jié)、創(chuàng)客比賽、機(jī)器人比賽等活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)作熱情，拓寬學(xué)生視野，以達(dá)到實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移、促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的目的。

在人工智能應(yīng)用日益普及的今天，人工智能課程進(jìn)入初中課堂是大勢所趨。初中生需要客觀地認(rèn)識(shí)人工智能，相應(yīng)地，學(xué)校也要進(jìn)行普及式的人工智能啟蒙教育，如了解人工智能前沿知識(shí)、利用人工智能技術(shù)解決實(shí)際問題、感受人工智能技術(shù)的價(jià)值等。考慮到學(xué)校之間的基礎(chǔ)條件和師資各不相同，建設(shè)以學(xué)校為實(shí)施主體的人工智能校本課程就變得尤為重要。區(qū)域內(nèi)需要鼓勵(lì)一批學(xué)校根據(jù)自身資源將課程校本化、正規(guī)化，從而帶動(dòng)區(qū)域課程的體系化。另外，人工智能課程不應(yīng)局限于某一個(gè)公司或平臺(tái)所提供的框架，而應(yīng)在此基礎(chǔ)之上結(jié)合學(xué)校的資源、實(shí)踐，更新迭代產(chǎn)生最優(yōu)化的課程體系及內(nèi)容。

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