人工智能在中學(xué)信息技術(shù)教育中的探究與實(shí)踐

□福建省晉江市教師進(jìn)修學(xué)校 陳寧波

隨著以人工智能為代表的智能技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人類社會(huì)的生產(chǎn)方式、生活方式和思維方式發(fā)生了改變，人類和人工智能機(jī)器正進(jìn)入一個(gè)人類與機(jī)器協(xié)作、融合、共同發(fā)展的嶄新時(shí)代。2017 年《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布，此次發(fā)布對(duì)于人工智能發(fā)展帶來(lái)的教育教學(xué)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)和由此引發(fā)的教育教學(xué)改革，以及人工智能+教育的發(fā)展途徑進(jìn)行了分析和展望。這些探討為中學(xué)信息技術(shù)的智能教育指明了發(fā)展方向。

國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》（國(guó)發(fā)〔2017〕35 號(hào)）要求全面提升我國(guó)智能化轉(zhuǎn)型速度，指明了未來(lái)人工智能發(fā)展的戰(zhàn)略部署和總體任務(wù)，掀起了人工智能技術(shù)應(yīng)用的浪潮。人工智能是對(duì)人的意識(shí)、思維等信息過(guò)程的模擬。人工智能作為引領(lǐng)新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力，也為我們探尋教育的現(xiàn)代化提供了借鑒和參考?？倳?shū)記強(qiáng)調(diào)，“中國(guó)高度重視人工智能對(duì)教育的深刻影響，積極推動(dòng)人工智能和教育深度融合，促進(jìn)教育變革創(chuàng)新”。信息科技是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要部分，2022 年版的新課程方案落實(shí)了中央要求的將信息科技課程獨(dú)立出來(lái)，充分體現(xiàn)了中央對(duì)信息科技發(fā)展的重視。人工智能+中學(xué)信息技術(shù)教育教學(xué)將有效促進(jìn)信息科技學(xué)科教育教學(xué)的變革創(chuàng)新。

一、現(xiàn)狀分析

人工智能正在推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化加速躍升，引領(lǐng)新一輪科技革命。世界各國(guó)正在規(guī)劃或?qū)で笸ㄟ^(guò)人工智能提升國(guó)家的競(jìng)爭(zhēng)力的方案。一些發(fā)達(dá)國(guó)家圍繞人工智能的核心技術(shù)規(guī)范、高端人才培養(yǎng)、人工智能標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)了相關(guān)政策和法律法規(guī)?！蛾P(guān)于全面深化新時(shí)代教師隊(duì)伍建設(shè)改革的意見(jiàn)》明確提出，教師要主動(dòng)適應(yīng)信息化、人工智能等新技術(shù)變革，積極有效開(kāi)展教育教學(xué)。人工智能方向的教學(xué)研究和應(yīng)用正日益受到重視，并在相關(guān)配套政策和激勵(lì)機(jī)制下取得了長(zhǎng)足發(fā)展，如深圳的大疆教育。通過(guò)人工智能技術(shù)賦能教育教學(xué)改革，改進(jìn)教學(xué)方法，提高教學(xué)質(zhì)量，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展，極具現(xiàn)實(shí)意義。人工智能與信息技術(shù)教育融合發(fā)展已經(jīng)成為信息技術(shù)教育領(lǐng)域重要的研究方向。

二、機(jī)遇與挑戰(zhàn)

毋庸置疑，人工智能的飛速發(fā)展對(duì)于人們的生產(chǎn)工作、日常生活、學(xué)習(xí)交流等領(lǐng)域產(chǎn)生了較大的影響，教育也必將產(chǎn)生相關(guān)反應(yīng)，人工智能與教育的融合發(fā)展日趨加劇，必將由量變產(chǎn)生質(zhì)變，共同推動(dòng)兩者的發(fā)展。作為新時(shí)代的教師，只有準(zhǔn)確地認(rèn)識(shí)其中的變與不變，科學(xué)地尋求應(yīng)變方法，主動(dòng)投身于這場(chǎng)變革中，在教育教學(xué)中融合人工智能相關(guān)技術(shù)、方法、思維，才能更好地支撐教育的高質(zhì)量發(fā)展。

（一）人工智能+教育，變革教育生態(tài)

隨著大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展，教育資源得到了豐富，教育在人工智能技術(shù)的賦能下生機(jī)勃勃，教育效率得到飛速提升。在人工智能技術(shù)的支撐下，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以幫助學(xué)生在歷史課上走進(jìn)虛擬的古代世界，在虛擬的世界中探尋古人的發(fā)展歷程；音樂(lè)課上，虛擬數(shù)字人帶領(lǐng)孩子們同聲高唱；體育課上，智能終端實(shí)時(shí)顯示學(xué)生運(yùn)動(dòng)時(shí)的心率、血壓和心肺功能的變化。借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，學(xué)生可以體驗(yàn)行走宇宙，感受星河的魅力。教師借助人工智能的智能圖像識(shí)別技術(shù)進(jìn)行智能閱卷，可以實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)卷子的空白處和疑似雷同處，有效減少教師的閱卷工作量，將教師從繁重的批改作業(yè)和閱卷工作中解放出來(lái)。此外，人機(jī)交互技術(shù)可以協(xié)助教師為學(xué)生開(kāi)展在線答疑解惑。

在信息技術(shù)教學(xué)中，人工智能通過(guò)對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)、客觀地分析，開(kāi)展學(xué)生的差異化管理，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際和存在的不足開(kāi)展有針對(duì)性的個(gè)性化輔助導(dǎo)學(xué)。教師可以通過(guò)大數(shù)據(jù)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)行為、學(xué)習(xí)習(xí)慣、思維的形成過(guò)程等，針對(duì)學(xué)生的個(gè)性化需求因材施教地進(jìn)行教學(xué)，以適應(yīng)學(xué)生的個(gè)性發(fā)展需求，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的積極性，有效助力學(xué)生沉浸式地學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維，為創(chuàng)新人才培養(yǎng)做鋪墊。

（二）人工智能挑戰(zhàn)當(dāng)前的教育生態(tài)

2017 年高考進(jìn)行了一次人工智能高考測(cè)試，人工智能機(jī)器人在10 分鐘完成了數(shù)學(xué)試卷，滿分為150分的卷子人工智能機(jī)器人獲得了105 分的高分，測(cè)試結(jié)果一經(jīng)公布立刻引發(fā)了人們對(duì)當(dāng)前教育的思考。人工智能正悄悄地改變我們的教育教學(xué)方式，并為多個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了挑戰(zhàn)，如何把握人工智能驅(qū)動(dòng)下的未來(lái)教育，“培養(yǎng)什么人”的問(wèn)題非常關(guān)鍵。這也成為教育者越來(lái)越關(guān)注的話題。

研究表明，人工智能技術(shù)在許多領(lǐng)域得到了長(zhǎng)足發(fā)展和廣泛應(yīng)用，但在認(rèn)知智能方面仍待發(fā)展，目前人工智能尚不能代替教師，但可以有效提高教學(xué)效率。人工智能技術(shù)運(yùn)用在教育教學(xué)、學(xué)生練習(xí)、考試測(cè)驗(yàn)、多元評(píng)價(jià)等方面，可以有效幫助教師開(kāi)展教學(xué)工作。在人工智能技術(shù)支持下的虛擬與現(xiàn)實(shí)融合的場(chǎng)景式、沉浸式教學(xué)可以幫助學(xué)生有效開(kāi)展深度學(xué)習(xí)。人工智能賦能教育可以讓教學(xué)實(shí)施更有成效，教師應(yīng)當(dāng)主動(dòng)擁抱人工智能帶來(lái)的變化，將人工智能與學(xué)科教學(xué)、學(xué)生發(fā)展結(jié)合起來(lái)認(rèn)真探索、不斷總結(jié)。

三、人工智能時(shí)代教育發(fā)展

（一）人工智能教育如何進(jìn)校園

自從《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布以后，人工智能作為教育教學(xué)創(chuàng)新工具和信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容在教育領(lǐng)域不斷融合發(fā)展。教育信息化專家任友群認(rèn)為人工智能將對(duì)教育的發(fā)展產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響，人工智能教育要從娃娃抓起，從基礎(chǔ)入手，開(kāi)展人工智能的啟蒙教育；要幫助孩子們充分感受、體驗(yàn)人工智能技術(shù)，學(xué)會(huì)應(yīng)用人工智能技術(shù)；要在教學(xué)上分層次開(kāi)展編程教學(xué)，幫助孩子學(xué)會(huì)用計(jì)算思維的方式發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題，培養(yǎng)孩子的計(jì)算思維和創(chuàng)新思維。

信息技術(shù)課程強(qiáng)調(diào)學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)，課程中的編程語(yǔ)言是一把鑰匙，它通過(guò)計(jì)算思維來(lái)理解科技世界，因此掌握了編程語(yǔ)言可以更好地理解科技世界，更好地開(kāi)發(fā)人工智能。為推動(dòng)人工智能相關(guān)課程在中小學(xué)階段性的開(kāi)展，我市在“三無(wú)”課程即無(wú)合適教材、無(wú)課程標(biāo)準(zhǔn)、無(wú)課程評(píng)價(jià)的背景下，組織開(kāi)展中小學(xué)人工智能課程開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（試行）學(xué)習(xí)研討。邀請(qǐng)廈門大學(xué)多位專家教授和大疆教育講師開(kāi)展理論與實(shí)踐相結(jié)合的人工智能學(xué)習(xí)培訓(xùn)。定期開(kāi)展人工智能沙龍活動(dòng)，為人工智能課程進(jìn)校園夯基累土。我市充分利用信息技術(shù)課程、人工智能沙龍活動(dòng)、送教下?；顒?dòng)、校本活動(dòng)和人工智能普及課程等形式開(kāi)展人工智能相關(guān)課程的普及與推廣活動(dòng)，讓人工智能課程走進(jìn)中小學(xué)生課堂。

教育要做到立德樹(shù)人。在做好學(xué)生的計(jì)算思維和人工智能思維培養(yǎng)的同時(shí)，我們還要重視倫理價(jià)值取向的教育，在回答諸如“如何提升人工智能給人類帶來(lái)的幸福感，減少憂慮”此類問(wèn)題的時(shí)候，學(xué)生運(yùn)用批判性思維在虛擬與現(xiàn)實(shí)交錯(cuò)的情境中進(jìn)行實(shí)際問(wèn)題的求解，在更高的站位、從科學(xué)和人文的角度審視這個(gè)問(wèn)題，樹(shù)立基于人工智能社會(huì)適應(yīng)自身發(fā)展的價(jià)值觀。

（二）信息技術(shù)支持下的人工智能教育

2021 年底中國(guó)教育學(xué)會(huì)中小學(xué)信息技術(shù)教育專業(yè)委員會(huì)發(fā)布了《中小學(xué)人工智能課程開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》，中小學(xué)人工智能教育對(duì)于內(nèi)容和培養(yǎng)路徑終于有了明確的標(biāo)準(zhǔn)。教育部辦公廳《關(guān)于開(kāi)展人工智能助推教師隊(duì)伍建設(shè)行動(dòng)試點(diǎn)工作的通知》（教師廳〔2018〕7 號(hào)）指出要推動(dòng)教師主動(dòng)適應(yīng)、應(yīng)用人工智能及其相關(guān)技術(shù)。通過(guò)人工智能開(kāi)展一系列的教學(xué)研究和教學(xué)創(chuàng)新，創(chuàng)新人工智能方向的培養(yǎng)模式，培養(yǎng)造就一批具有新思維、新技術(shù)的創(chuàng)新型教師。我市教師主動(dòng)適應(yīng)人工智能融入學(xué)校教育的發(fā)展趨勢(shì)，以人工智能核心主題和核心實(shí)踐為課程內(nèi)容，幫助學(xué)習(xí)者推進(jìn)人工智能學(xué)習(xí)工作，積極開(kāi)展人工智能與學(xué)科融合的實(shí)踐活動(dòng)，在此基礎(chǔ)上對(duì)人工智能與信息技術(shù)深度融合的新型教學(xué)模式進(jìn)行實(shí)踐探究，并積累了一定量的創(chuàng)客類教育課程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出了三個(gè)階段、十個(gè)任務(wù)的人工智能活動(dòng)開(kāi)展范式。

在準(zhǔn)備階段，創(chuàng)設(shè)情境，提出問(wèn)題；分組研討，確定主題；確定方案，合理分工。教師創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展研討，提出研究問(wèn)題，學(xué)生分組調(diào)研、分析問(wèn)題，通過(guò)論證解決問(wèn)題，有助于培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力。各組根據(jù)項(xiàng)目主題對(duì)既定問(wèn)題開(kāi)展線下和線上調(diào)查，結(jié)合本組的興趣和特長(zhǎng)選定項(xiàng)目。根據(jù)項(xiàng)目調(diào)查情況列出項(xiàng)目清單，匯總并整理出調(diào)查材料，開(kāi)展交流研討。在教師引導(dǎo)下，學(xué)生根據(jù)項(xiàng)目的學(xué)習(xí)和實(shí)施難度、項(xiàng)目間知識(shí)與技能的關(guān)聯(lián)性進(jìn)行排序，確定各組項(xiàng)目流程。各組對(duì)項(xiàng)目的科學(xué)性、合理性和創(chuàng)新性進(jìn)行再論證，并研究確定項(xiàng)目計(jì)劃。依據(jù)計(jì)劃和個(gè)人特長(zhǎng)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行合理分工，責(zé)任到人。

在實(shí)施階段，創(chuàng)意設(shè)計(jì)，資料匯總，設(shè)計(jì)算法，調(diào)試完善，開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)。學(xué)生依據(jù)設(shè)計(jì)思維的5 個(gè)步驟即同理心、需求定義、創(chuàng)意構(gòu)思、原型實(shí)現(xiàn)、實(shí)際測(cè)試，有序開(kāi)展項(xiàng)目的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。根據(jù)設(shè)計(jì)收集、整理共享文件包并組織組員進(jìn)行學(xué)習(xí)和完善。根據(jù)計(jì)算思維的流程即分解、抽象、算法、調(diào)試、迭代、泛化等對(duì)項(xiàng)目進(jìn)行創(chuàng)意算法設(shè)計(jì)，采用圖形化編程軟件進(jìn)行編程，在數(shù)字化工具的輔助下完善項(xiàng)目。通過(guò)設(shè)計(jì)研究性記錄表、建立項(xiàng)目文件夾、建立UMU 網(wǎng)絡(luò)研究記錄課程等渠道，引導(dǎo)學(xué)生翔實(shí)記錄項(xiàng)目研究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探究記錄、關(guān)鍵資料、實(shí)驗(yàn)結(jié)論、操作步驟等過(guò)程性材料，以便進(jìn)行項(xiàng)目管理。開(kāi)展研究性學(xué)習(xí)交流有助于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和系統(tǒng)思維。

在總結(jié)階段，制作項(xiàng)目文檔，匯報(bào)交流，多元評(píng)價(jià)。參考省級(jí)智能設(shè)計(jì)大賽的文檔格式，對(duì)項(xiàng)目背景、團(tuán)隊(duì)分工、主要硬件清單、作品制作過(guò)程、成品介紹、使用說(shuō)明、演示視頻等逐一進(jìn)行介紹。通過(guò)匯報(bào)展示進(jìn)行思維碰撞，有利于學(xué)生的思維培養(yǎng)。同時(shí)，開(kāi)展多元評(píng)價(jià)，拓展思維，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展。

（三）人工智能教育如何培養(yǎng)未來(lái)人才

人工智能賦能教育使得高質(zhì)量的泛在學(xué)習(xí)成為可能。此外，人工智能使得認(rèn)知不僅在個(gè)體的思考中，還存在于人人溝通、人機(jī)交互中。通過(guò)虛擬智能設(shè)備的賦能，使得學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)者、學(xué)習(xí)者與導(dǎo)師、學(xué)習(xí)者與人工智能之間的關(guān)系發(fā)生了變化，在線上和線下、虛擬與現(xiàn)實(shí)之間的交互切換中改變了原有的教育形態(tài)和學(xué)習(xí)形態(tài)。

為適應(yīng)智能時(shí)代人才培養(yǎng)要求，必須著手構(gòu)建相應(yīng)課程教材體系，推動(dòng)教學(xué)改革，切實(shí)轉(zhuǎn)變學(xué)校人才培養(yǎng)方式。這主要包括三個(gè)方面：一是基于學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，圍繞人才培養(yǎng)重新建構(gòu)課程新樣態(tài)，基于新樣態(tài)建構(gòu)學(xué)習(xí)與生活邏輯統(tǒng)一的全新的課程體系。二是從培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)以及創(chuàng)新型、復(fù)合型、應(yīng)用型人才培養(yǎng)的需要出發(fā)，豐富教材種類，增強(qiáng)教材的適應(yīng)性，遴選教學(xué)材料。三是聚焦學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)，充分利用各種智能設(shè)備，將線上學(xué)習(xí)與線下學(xué)習(xí)、集中學(xué)習(xí)與分散學(xué)習(xí)、課堂學(xué)習(xí)與場(chǎng)館學(xué)習(xí)等多種學(xué)習(xí)方式結(jié)合起來(lái)，創(chuàng)造更加適合每一名學(xué)生所需的教育，改進(jìn)教學(xué)方式。

人工智能大時(shí)代來(lái)臨時(shí)，從兒童開(kāi)始做AI 教育，讓孩子“玩中學(xué)，做中學(xué)”，培養(yǎng)其對(duì)人工智能的濃厚興趣，孩子們將在人工智能時(shí)代游刃有余，如魚(yú)得水。我市開(kāi)設(shè)的人工智能活動(dòng)中，孩子們時(shí)而在無(wú)人機(jī)的單機(jī)操作或編隊(duì)飛行中體悟編程帶來(lái)的樂(lè)趣，時(shí)而在機(jī)甲大師的對(duì)戰(zhàn)中領(lǐng)悟團(tuán)隊(duì)學(xué)習(xí)的重要。在核心主題與實(shí)踐的引導(dǎo)下，通過(guò)創(chuàng)設(shè)真實(shí)或虛擬現(xiàn)實(shí)的任務(wù)情境開(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)、層層遞進(jìn)的方式，引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題，有效提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)的代入感。通過(guò)項(xiàng)目式活動(dòng)與具體案例，傳播人工智能學(xué)科知識(shí)，實(shí)現(xiàn)四個(gè)目標(biāo)的培養(yǎng)：人工智能意識(shí)—提升對(duì)人工智能技術(shù)的敏感度與理解力；技術(shù)應(yīng)用能力—實(shí)踐與探究人工智能技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值；實(shí)踐創(chuàng)新思維—激發(fā)人工智能技術(shù)的實(shí)踐創(chuàng)新思維；智能社會(huì)責(zé)任—樹(shù)立適應(yīng)智能社會(huì)發(fā)展的責(zé)任意識(shí)。通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)，孩子們拓寬了學(xué)習(xí)的深度和廣度，培養(yǎng)了自主探究能力，拓展了思維空間，為創(chuàng)新思維的培養(yǎng)做足鋪墊。

四、結(jié)語(yǔ)

國(guó)家智慧教育平臺(tái)匯集了海量的數(shù)據(jù)資源，語(yǔ)音識(shí)別、視覺(jué)識(shí)別等技術(shù)世界領(lǐng)先，這些都是我國(guó)發(fā)展“人工智能+教育”具備的良好基礎(chǔ)和獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。我們也應(yīng)看到人工智能技術(shù)與教育教學(xué)的發(fā)展仍有很大的空間，相關(guān)政策和激勵(lì)機(jī)制的制定應(yīng)跟上科技飛速發(fā)展的腳步。人工智能賦能信息技術(shù)教育仍然是一個(gè)需要長(zhǎng)期深入研究且充滿潛力和挑戰(zhàn)的探究領(lǐng)域。在技術(shù)賦能的時(shí)代，我們應(yīng)堅(jiān)守傳道、授業(yè)、解惑的本心，理性思考，把握規(guī)律，理解技術(shù)，用好技術(shù)，努力提高自身的專業(yè)素養(yǎng)和人工智能技術(shù)水平，借助人工智能技術(shù)做好教育教學(xué)工作，推動(dòng)人工智能與教育教學(xué)的融合共發(fā)展，培養(yǎng)新時(shí)代的創(chuàng)新人才。