基于STEAM教育的初中人工智能校本課程建設(shè)
——以南京師范大學(xué)附屬蘇州石湖中學(xué)科技特色課程為例

焦立新 安叢河

人工智能（Artificial Intelligence，簡(jiǎn)稱AI）是研究開(kāi)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)。［1］2017年國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中描繪了下一階段我國(guó)人工智能技術(shù)和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展路線圖，規(guī)劃中要求：我國(guó)應(yīng)該逐步實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在基礎(chǔ)教育階段開(kāi)展人工智能相關(guān)課程。［2］

一、初中人工智能課程實(shí)施現(xiàn)狀分析

目前初中人工智能課程實(shí)施過(guò)程中存在一些問(wèn)題：教材更新較慢，與教育需求的適配度不足；硬件設(shè)施不足，重視軟件編程而輕硬件；師資相對(duì)匱乏，推動(dòng)課程開(kāi)展有難度。

STEAM（Science，Technology，Engineering，Arts，Mathematics 五個(gè)詞的英文首字母縮寫(xiě)）教育是一種融合科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)及數(shù)學(xué)等素養(yǎng)為一體的教育理念。［3］人工智能校本課程作為國(guó)家信息科技課程的延伸和補(bǔ)充，旨在培養(yǎng)學(xué)生的信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)。開(kāi)展基于STEAM 教育的初中人工智能校本課程的重要意義有：順應(yīng)教育改革的需要，利于培育學(xué)生信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)，教師自身知識(shí)結(jié)構(gòu)更新的需要。

二、基于STEAM 教育的初中人工智能校本課程建設(shè)策略

南京師范大學(xué)附屬蘇州石湖中學(xué)自2014年建校以來(lái)十分重視科技特色課程建設(shè)，目前學(xué)校有多個(gè)科技課程專用教室，開(kāi)設(shè)了人形機(jī)器人、車型機(jī)器人、3D 打印、無(wú)人機(jī)、Scratch 編程等多門科技特色課程，主要的學(xué)習(xí)對(duì)象為七、八年級(jí)學(xué)生。基于STEAM 教育的人工智能校本課程要結(jié)合學(xué)校校情與學(xué)情，充分考慮學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)。筆者通過(guò)問(wèn)卷調(diào)查的形式對(duì)學(xué)生人工智能知識(shí)學(xué)習(xí)情況進(jìn)行調(diào)研，并通過(guò)課程的實(shí)施，總結(jié)了如下幾點(diǎn)策略。

1.成立科技課程教研團(tuán)隊(duì)，提供制度保障

為更好地發(fā)展學(xué)?？萍继厣逃?，石湖中學(xué)專門建立由分管副校長(zhǎng)牽頭、教務(wù)處組織實(shí)施的工作機(jī)制，抽調(diào)學(xué)校的數(shù)學(xué)、物理、生物、美術(shù)與信息科技等學(xué)科教師共同成立了15 人規(guī)模的人工智能科技特色課程建設(shè)團(tuán)隊(duì)。各位教師充分利用自己的學(xué)科優(yōu)勢(shì)，將各學(xué)科深度融合，完成人工智能校本課程的開(kāi)發(fā)和實(shí)施。團(tuán)隊(duì)定期開(kāi)展校內(nèi)研討活動(dòng)，大家分工明確，期初有規(guī)劃，期末有總結(jié)。

2.與成熟科技企業(yè)合作，提供設(shè)備和技術(shù)保障

石湖中學(xué)依托南京師范大學(xué)的先進(jìn)理念和教育資源，力爭(zhēng)培養(yǎng)一大批目標(biāo)遠(yuǎn)大、學(xué)業(yè)優(yōu)異、敢于實(shí)踐的優(yōu)秀學(xué)生。2020年，石湖中學(xué)與上海優(yōu)必選公司合作，購(gòu)買了一批“AI超級(jí)工程師”“AI 在未來(lái)小鎮(zhèn)”“AI 的幕后英雄”硬件器材以及與之配套的軟件和課程資源。學(xué)校的科技教師基于這些器材和課程資源，根據(jù)STEAM 教育理念，結(jié)合學(xué)校的校情與學(xué)情，開(kāi)發(fā)了適合本校學(xué)生的人工智能校本課程。例如“遙控賽車”項(xiàng)目中通過(guò)藍(lán)牙技術(shù)實(shí)現(xiàn)小車遙控功能：利用器材包中的Explore 開(kāi)發(fā)板、舵機(jī)與藍(lán)牙模塊等硬件設(shè)備搭建一輛機(jī)器人小車，然后通過(guò)電腦將安卓設(shè)備與小車Explore 開(kāi)發(fā)板上串口相連，通過(guò)編程控制小車，使得小車中藍(lán)牙模塊可以和手機(jī)互傳信號(hào)并且驅(qū)動(dòng)小車的舵機(jī)使得小車可以實(shí)現(xiàn)前進(jìn)后退和轉(zhuǎn)彎等動(dòng)作。

3.加強(qiáng)教師科技技能素養(yǎng)培養(yǎng)，提供師資保障

石湖中學(xué)人工智能課程建設(shè)團(tuán)隊(duì)自開(kāi)始規(guī)劃至實(shí)施課程以來(lái)，每年暑假派團(tuán)隊(duì)教師統(tǒng)一參加系統(tǒng)化的基于STEAM 教育的人工智能課程線下專項(xiàng)實(shí)訓(xùn)，以此提高師資水平，保障課程的順利開(kāi)展。開(kāi)學(xué)后派部分團(tuán)隊(duì)教師利用周末參加競(jìng)賽實(shí)訓(xùn)，保障后期課程活動(dòng)的多樣化。區(qū)教育主管部門和學(xué)校還會(huì)組織教師進(jìn)行線上理論知識(shí)培訓(xùn)，充實(shí)教師的人工智能課程知識(shí)儲(chǔ)備，有時(shí)還會(huì)組織教師外出參觀學(xué)習(xí)，廣泛吸取人工智能示范校的課程建設(shè)經(jīng)驗(yàn)。

4.多種教學(xué)形式相結(jié)合，為課程實(shí)施提供保障

開(kāi)設(shè)科技特色課程：在七年級(jí)12 個(gè)班中確定6 個(gè)班，由6 位教師分別開(kāi)展每周固定1 課時(shí)的人工智能特色課程，將人工智能的通識(shí)性知識(shí)與數(shù)學(xué)、科學(xué)、生物、物理、美術(shù)等課程融合，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力。

創(chuàng)建人工智能社團(tuán)：石湖中學(xué)創(chuàng)建了人工智能社團(tuán)、創(chuàng)客社團(tuán)、車型機(jī)器人社團(tuán)、人型機(jī)器人社團(tuán)、Scratch 編程社團(tuán)、無(wú)人機(jī)社團(tuán)、3D 打印社團(tuán)等，充實(shí)學(xué)校的人工智能課程建設(shè)，以社團(tuán)活動(dòng)的方式進(jìn)一步提升學(xué)生對(duì)人工智能的興趣。

組織開(kāi)展校園科技節(jié)：石湖中學(xué)每學(xué)年開(kāi)展一次校園科技節(jié)，校園科技節(jié)活動(dòng)形式多樣，包含開(kāi)幕式、科技作品展覽、科技小報(bào)征集比賽、科技小論文比賽、科技繪畫(huà)比賽、科普知識(shí)講座等形式?？萍脊?jié)的開(kāi)展?fàn)I造了濃厚的科技學(xué)習(xí)氛圍。

組織學(xué)生積極參加比賽：組織學(xué)生參與蘇州市機(jī)器人競(jìng)賽、人工智能挑戰(zhàn)賽、全國(guó)中小學(xué)信息技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐大賽、全國(guó)青少年科技創(chuàng)新大賽等。通過(guò)備賽和比賽，深化學(xué)生對(duì)人工智能知識(shí)的學(xué)習(xí)，鍛煉他們分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和動(dòng)手實(shí)踐能力，從而全面發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。

5.多元評(píng)價(jià)育人，為學(xué)生發(fā)展保駕護(hù)航

人工智能課程的教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)采用紙筆測(cè)試形式的基礎(chǔ)知識(shí)評(píng)價(jià)、動(dòng)手實(shí)踐操作形式的結(jié)果性評(píng)價(jià)與平時(shí)表現(xiàn)等過(guò)程性評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式促進(jìn)學(xué)生的學(xué)習(xí)，評(píng)價(jià)要具有發(fā)展性。石湖中學(xué)人工智能課程教學(xué)評(píng)價(jià)主要由形成性評(píng)價(jià)和總結(jié)性評(píng)價(jià)兩部分組成。形成性評(píng)價(jià)主要包括學(xué)生平時(shí)表現(xiàn)以及每個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)過(guò)程中的自評(píng)與知識(shí)回顧測(cè)驗(yàn)；總結(jié)性評(píng)價(jià)主要是對(duì)學(xué)生完成的作品進(jìn)行評(píng)價(jià)。以“遙控小車”為例，人工智能校本教材中學(xué)生評(píng)價(jià)手冊(cè)自評(píng)模塊如表1、表2所示。

表1 “遙控小車”項(xiàng)目——我對(duì)自己說(shuō)

表2 “遙控小車”項(xiàng)目自評(píng)表

6.積極聯(lián)合社會(huì)力量，拓寬學(xué)生視野

石湖中學(xué)每學(xué)期分批組織學(xué)生到科技館、校外科技公司、科普基地等場(chǎng)所進(jìn)行參觀學(xué)習(xí)。如組織學(xué)生參觀科沃斯創(chuàng)想基地、邀請(qǐng)西題迪斯STEM 外教進(jìn)校園開(kāi)展人工智能知識(shí)科普講座、邀請(qǐng)高校相關(guān)專業(yè)教師進(jìn)校園開(kāi)展智能汽車科普講座等。

目前，初中人工智能校本課程仍處于探索階段，學(xué)校對(duì)課程合理的規(guī)劃、專業(yè)的師資力量、與之配套的軟硬件設(shè)備、符合學(xué)校的校情與學(xué)情的課程資源等均需要繼續(xù)完善。校本課程的建設(shè)是一個(gè)“研討—規(guī)劃—實(shí)施—改進(jìn)”的循環(huán)過(guò)程。

教學(xué)實(shí)踐表明，開(kāi)展基于STEAM 教育的人工智能校本課程建設(shè)，符合當(dāng)今教育發(fā)展的需求，是培養(yǎng)學(xué)生信息科技核心素養(yǎng)的有效手段。相信在學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)良好的頂層設(shè)計(jì)和大力支持下，在教師與時(shí)俱進(jìn)的學(xué)習(xí)與努力下，人工智能校本課程將被建設(shè)得越來(lái)越完善，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣將越來(lái)越濃，學(xué)習(xí)效果將越來(lái)越好。