立足區(qū)域化人工智能教育，打造信息科技智慧課堂新生態(tài)

【摘 要】時(shí)代科技力量發(fā)展迅猛，人工智能正在以空前的速度影響著我們的生活。與傳統(tǒng)的信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)相比，人工智能教育借助人工智能技術(shù)以多方位多層次的角度促進(jìn)信息科技學(xué)科教學(xué)的新變革。以南京市建鄴區(qū)中小學(xué)為例，借鑒區(qū)域化人工智能教育經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建信息科技智慧課堂生態(tài)模型，重點(diǎn)圍繞中小學(xué)信息科技學(xué)科智慧課堂的典型案例展開(kāi)介紹并進(jìn)行分析。

【關(guān)鍵詞】中小學(xué)信息科技；人工智能教育；智慧課堂；信息素養(yǎng)

【中圖分類(lèi)號(hào)】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? 【文章編號(hào)】1005-6009（2023）52-0030-04

【作者簡(jiǎn)介】姜琪，南京市南湖第二小學(xué)（南京，210017）教師，一級(jí)教師。

2019年年初，江蘇省教育廳印發(fā)了《江蘇教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，提出充分利用人工智能技術(shù)推動(dòng)傳統(tǒng)教育向智能教育升級(jí)，以不斷深化人工智能等創(chuàng)新應(yīng)用為主要任務(wù)，做到數(shù)字校園、智慧校園全覆蓋，并全面提升師生信息素養(yǎng)，積極有效開(kāi)展中小學(xué)人工智能教育，探索人才培養(yǎng)新模式。不難預(yù)見(jiàn)，傳統(tǒng)教育模式正在被人工智能技術(shù)所打破，中小學(xué)人工智能教育是新時(shí)代促進(jìn)教育創(chuàng)新變革的重要力量，對(duì)加快實(shí)現(xiàn)中國(guó)教育現(xiàn)代化具有非常重要的意義?；诖?，本文依托南京市建鄴區(qū)人工智能教育經(jīng)驗(yàn)，以構(gòu)建的信息科技智慧課堂生態(tài)模型為基礎(chǔ)，著重對(duì)建鄴區(qū)中小學(xué)信息科技學(xué)科智慧課堂案例進(jìn)行探討分析。

一、區(qū)域化人工智能教育建設(shè)

為貫徹落實(shí)國(guó)家人工智能戰(zhàn)略規(guī)劃和創(chuàng)新型人才培養(yǎng)方針，各地都在積極推進(jìn)人工智能教育。南京市建鄴區(qū)大力支持人工智能教育發(fā)展，區(qū)級(jí)政府投入超5000萬(wàn)專(zhuān)項(xiàng)資金，以實(shí)現(xiàn)區(qū)內(nèi)中學(xué)、小學(xué)、幼兒園及職業(yè)學(xué)校的人工智能教育資源全覆蓋。目前，除正在建設(shè)的新學(xué)校外，均已完成數(shù)字校園、智慧校園創(chuàng)建工作，全力構(gòu)建區(qū)域化智慧教育教學(xué)新生態(tài)。

1.首席信息官（CIO）引領(lǐng)教師發(fā)展

2017年，南京市建鄴區(qū)教育局建立首席信息官（CIO）制度，50余名分管校長(zhǎng)和骨干教師隊(duì)伍參加培訓(xùn)，以戰(zhàn)略、執(zhí)行、變革、溝通四個(gè)層面為目標(biāo)，采取理論學(xué)習(xí)、專(zhuān)題研討、名校參觀、網(wǎng)絡(luò)研修和報(bào)告撰寫(xiě)五種培訓(xùn)方式，通過(guò)合作、自主探究等學(xué)習(xí)方式完成為期一年，共計(jì)6次的線上、線下混合式培訓(xùn)。課程內(nèi)容不僅有信息化建設(shè)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G等新技術(shù)應(yīng)用的專(zhuān)題講座和實(shí)地考察，還包含信息技術(shù)與教育教學(xué)的深度融合、智慧教學(xué)和智慧課堂等教育教學(xué)專(zhuān)題學(xué)習(xí)。CIO隊(duì)伍的建立，大幅度提升了區(qū)內(nèi)信息化領(lǐng)導(dǎo)力，并從專(zhuān)業(yè)化角度促進(jìn)區(qū)內(nèi)教師信息素養(yǎng)的形成。

2.智慧校園建設(shè)助推智慧環(huán)境

2017年秋季學(xué)期，第一批南京市智慧校園項(xiàng)目正式開(kāi)啟申報(bào)，建鄴區(qū)邀請(qǐng)省、市專(zhuān)家及骨干教師實(shí)地考察，并結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況進(jìn)行智慧校園建設(shè)初評(píng)工作。歷經(jīng)專(zhuān)家論證提意見(jiàn)，初步建設(shè)方案制定，項(xiàng)目調(diào)整、完善等流程進(jìn)行評(píng)估工作，全區(qū)目前已完成五批次智慧校園創(chuàng)建申報(bào)和結(jié)項(xiàng)工作，除新建校外，均已完成驗(yàn)收工作。

3.區(qū)校通力合作保障智慧課堂

2019年，建鄴區(qū)結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況，統(tǒng)一標(biāo)配人工智能教育教學(xué)軟硬件設(shè)備，組建優(yōu)質(zhì)教師團(tuán)隊(duì)編寫(xiě)區(qū)本化人工智能教材，積極推進(jìn)各校開(kāi)展常態(tài)化的人工智能基礎(chǔ)課程。區(qū)內(nèi)有一所小學(xué)入圍中央電化教育館公布的首批“中小學(xué)人工智能教育實(shí)驗(yàn)校（小學(xué)階段）”；有一所小學(xué)為“江蘇省青少年科技教育協(xié)會(huì)人工智能教育示范基地”；有一所初中、一所小學(xué)榮獲江蘇省智慧校園，十余所學(xué)校被驗(yàn)收為南京市智慧校園示范校；包含中學(xué)、小學(xué)、幼兒園在內(nèi)的十余所學(xué)校建成南京市“創(chuàng)新教育實(shí)驗(yàn)基地”。信息化軟硬件綜合實(shí)力的全速發(fā)展以及多方協(xié)調(diào)、密切合作是智慧教育教學(xué)的基礎(chǔ)保障。

二、基于人工智能教育的信息科技智慧課堂生態(tài)模型

基于人工智能教育的信息科技智慧課堂，筆者構(gòu)建了一個(gè)整體生態(tài)模型（如圖1所示），該模型以學(xué)生、教師、家長(zhǎng)為中心，以智能軟、硬件的互聯(lián)互通，網(wǎng)絡(luò)、學(xué)科智能學(xué)習(xí)空間的環(huán)境支持，組織團(tuán)隊(duì)的發(fā)展和引領(lǐng)三大模塊為基礎(chǔ)支撐。這個(gè)模型不局限于課堂的單一建設(shè)，而是以多角度多因素來(lái)創(chuàng)造的融合生態(tài)系統(tǒng)。以AI教學(xué)服務(wù)設(shè)備、智慧課堂互動(dòng)平臺(tái)等智能化軟硬件的配備作為智慧課堂交互工具基礎(chǔ)支撐；以千兆進(jìn)校園、百兆進(jìn)班級(jí)、無(wú)線網(wǎng)絡(luò)全覆蓋和智能教室、智慧課堂互動(dòng)平臺(tái)等作為教育專(zhuān)網(wǎng)、智能學(xué)習(xí)空間環(huán)境建設(shè)的支持；以區(qū)域化CIO、分管校長(zhǎng)和骨干教師管理團(tuán)隊(duì)、聯(lián)合技術(shù)服務(wù)團(tuán)隊(duì)等多層面的信息化組織作為發(fā)展和引領(lǐng)信息科技學(xué)科智慧課堂的服務(wù)和指導(dǎo)。

[圖1 基于人工智能教育的信息科技智慧課堂生態(tài)模型][學(xué)生][教師][家長(zhǎng)][智能軟件、硬件

互聯(lián)互通]

2021年9月，南京市建鄴區(qū)入選人工智能助推教師隊(duì)伍建設(shè)試點(diǎn)地區(qū)。建鄴區(qū)不僅緊跟省、市教研室聯(lián)合開(kāi)展人工智能教育教學(xué)專(zhuān)題研討活動(dòng)，在中學(xué)信息科技學(xué)科還定期組織人工智能工作坊教師教學(xué)優(yōu)質(zhì)課評(píng)比活動(dòng)，在小學(xué)信息科技學(xué)科定期安排“人工智能模塊教學(xué)中學(xué)生思維的養(yǎng)成”項(xiàng)目的專(zhuān)題研究課。在師資力量、軟件設(shè)備和硬件設(shè)施都已得到有效保障的同時(shí)，建鄴區(qū)將繼續(xù)完善各項(xiàng)機(jī)制，高效有力地推進(jìn)人工智能教育教學(xué)工作。目前，區(qū)內(nèi)十余位教師參與區(qū)本化教材試用和完善工作，大部分學(xué)校均已開(kāi)設(shè)常態(tài)化的人工智能校本化課程。接下來(lái)，筆者將以建鄴區(qū)中小學(xué)信息科技學(xué)科人工智能單元的智慧課堂為案例展開(kāi)分析，展示將人工智能技術(shù)與教育教學(xué)進(jìn)行深度融合，使得信息科技教學(xué)從數(shù)字化逐步邁向智能化的方式。

三、教學(xué)案例：全面提升教師和學(xué)生的信息素養(yǎng)

1.當(dāng)“人工”遇見(jiàn)“智能”

《初識(shí)人工智能》是2018年蘇教版九年級(jí)信息技術(shù)第八章的內(nèi)容。該課作為初中階段人工智能單元的起始課，為后續(xù)人工智能章節(jié)的學(xué)習(xí)提供基礎(chǔ)。在了解人工智能的基本概念和發(fā)展歷程之后，體驗(yàn)人工智能技術(shù)，展望人工智能的發(fā)展，思辨其當(dāng)下及未來(lái)對(duì)人類(lèi)的影響，能夠辯證客觀地認(rèn)識(shí)人工智能技術(shù)對(duì)社會(huì)的影響。

導(dǎo)入部分：以“芝麻開(kāi)門(mén)”為情境導(dǎo)入，提出人工智能相關(guān)問(wèn)題，讓學(xué)生帶著問(wèn)題觀看“人工智能視頻短片”介紹。

環(huán)節(jié)一：通過(guò)小愛(ài)音箱、智能五子棋PK賽、圖片和語(yǔ)音識(shí)別三項(xiàng)教學(xué)活動(dòng)，以師生互動(dòng)、人機(jī)游戲等教學(xué)環(huán)節(jié)體驗(yàn)人工智能技術(shù)。

環(huán)節(jié)二：思辨“你認(rèn)為人工智能還會(huì)如何發(fā)展，有一天會(huì)完全取代人類(lèi)嗎？為什么？”。

課堂總結(jié)：回顧本節(jié)知識(shí)內(nèi)容、總結(jié)與展望——“智能”是“人工”的高級(jí)形態(tài)。

這節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)在人工智能教育的基礎(chǔ)上，以學(xué)生的興趣和發(fā)展?jié)摿榍疤?，促進(jìn)自主體驗(yàn)學(xué)習(xí)，從而推動(dòng)個(gè)性化發(fā)展，使學(xué)生深入了解人工智能技術(shù)在生活中的應(yīng)用。

課前：教師準(zhǔn)備充分的教學(xué)“道具”，小米智能音箱、智能風(fēng)扇和智能插座等硬件設(shè)備，在AI識(shí)圖環(huán)節(jié)中，教學(xué)素材網(wǎng)站搭建是有力的軟件支撐。

課中：（1）“人工”與“智能”：讓學(xué)生在實(shí)際教學(xué)中體驗(yàn)人工智能領(lǐng)域的自然語(yǔ)言處理方法；給學(xué)生思考和嘗試的空間，從多角度促進(jìn)學(xué)生對(duì)人工智能的深刻理解和認(rèn)識(shí)。（2）體驗(yàn)活動(dòng)你我“他”：學(xué)生多維度體驗(yàn)人工智能在生活中的應(yīng)用實(shí)例，建構(gòu)人工智能知識(shí)圖譜；通過(guò)人機(jī)對(duì)抗棋類(lèi)小游戲，體驗(yàn)AlphaGo和李世石的“人機(jī)”博弈之戰(zhàn)；以小組討論、明理思辨的環(huán)節(jié)，激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)深度探究的內(nèi)在需求；從豐富的生活實(shí)例深入講解AI是用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的新技術(shù)科學(xué)，讓學(xué)生感受到人工智能已滲透到生活中的各個(gè)領(lǐng)域。（3）頭腦風(fēng)暴“議一議”：通過(guò)實(shí)物體驗(yàn)AI技術(shù)的強(qiáng)大，自然語(yǔ)言和機(jī)器語(yǔ)言的現(xiàn)實(shí)對(duì)比，形成課堂內(nèi)容的首尾呼應(yīng)，實(shí)時(shí)展現(xiàn)“芝麻開(kāi)門(mén)的小魔法”。學(xué)生親身感受過(guò)初識(shí)AI的神秘，更利于理性地認(rèn)識(shí)AI。通過(guò)聚焦人工智能的強(qiáng)大，再次發(fā)散學(xué)生的思維，使其思辨人類(lèi)與人工智能的關(guān)系。（4）技術(shù)助力生活：無(wú)論是人臉識(shí)別、圖片識(shí)別還是語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)等，人工智能技術(shù)正在悄悄地改變著我們的生活，在“體驗(yàn)”中“學(xué)習(xí)”，在“研討”中“成長(zhǎng)”，促進(jìn)學(xué)生全方面發(fā)展。

課后：教師能夠給學(xué)生留下更多的思考時(shí)間，以興趣激發(fā)思維創(chuàng)新。由此，在“以生為本”的基礎(chǔ)上，讓信息技術(shù)智慧課堂真正地展現(xiàn)人工智能的智慧，從而促成教師和學(xué)生信息素養(yǎng)的綜合提升。

2.與“機(jī)器”說(shuō)“Hello”

“初識(shí)語(yǔ)音識(shí)別”是區(qū)本化人工智能教材（小學(xué)版）《智能語(yǔ)音小助手》部分的內(nèi)容。本課是在學(xué)生初識(shí)人工智能課堂之后，讓其了解人工智能中的語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，清晰掌握語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的概念和原理，并體驗(yàn)語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)在生活中的應(yīng)用。通過(guò)算法邏輯分析、程序設(shè)計(jì)來(lái)解決實(shí)際中生活遇到的語(yǔ)音識(shí)別問(wèn)題，提升學(xué)生的計(jì)算思維能力。

導(dǎo)入部分：以連線題來(lái)回顧人工智能在生活中的普遍應(yīng)用，接著教師和機(jī)器人“小飛”互動(dòng)，讓學(xué)生猜猜和“小飛”的交流是運(yùn)用了什么技術(shù)，從而引出課題“人工智能的應(yīng)用——語(yǔ)音識(shí)別”。

自學(xué)與實(shí)踐環(huán)節(jié)：學(xué)生通過(guò)閱讀書(shū)本，培養(yǎng)自主閱讀和學(xué)習(xí)能力；在課堂現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行語(yǔ)音采集，直觀感受聲音的波形圖變化，并帶著問(wèn)題思考語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)。

視頻教學(xué)：世界上第一臺(tái)語(yǔ)音識(shí)別器是Radio Rex玩具狗，它比世界上第一臺(tái)計(jì)算機(jī)誕生得還要早。最初基于電子計(jì)算機(jī)的語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)是貝爾實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的Audrey語(yǔ)音識(shí)別系統(tǒng)，可識(shí)別10個(gè)英文數(shù)字。

體驗(yàn)活動(dòng)：以小組為單位，通過(guò)“你說(shuō)我做”“你說(shuō)我寫(xiě)”“我是小考官”“聞聲識(shí)人”四個(gè)體驗(yàn)活動(dòng)，在平板上使用圖形化編程軟件完成與機(jī)器人“小飛”的連接，并按照各組“學(xué)習(xí)單”體驗(yàn)內(nèi)容完成腳本搭建與演示，組內(nèi)討論交流后，進(jìn)行課堂評(píng)價(jià)。

總結(jié)課堂：回顧知識(shí)、總結(jié)與展望——“體驗(yàn)”活動(dòng)創(chuàng)造智慧課堂教學(xué)新精彩。

學(xué)生在軟件平臺(tái)中搭建不同的腳本，給機(jī)器人傳遞不同的指令，使數(shù)據(jù)成為智慧課堂的中心。以信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)為前提，以培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維和創(chuàng)新思維能力為目標(biāo)，在算法和程序設(shè)計(jì)中不斷優(yōu)化和提升，是構(gòu)建新時(shí)代人工智能教育的方向。

智能學(xué)習(xí)空間：人工智能實(shí)驗(yàn)教室及機(jī)器人“小飛”是本節(jié)課硬件設(shè)備的強(qiáng)有力支撐，依托人工智能教室的軟硬件環(huán)境，人“機(jī)”交流互動(dòng)是介紹語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的良好開(kāi)端；結(jié)合視頻和教師的講解，幫助學(xué)生通過(guò)多維度教學(xué)活動(dòng)深入了解語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的概念和原理。課堂當(dāng)場(chǎng)“翻譯”學(xué)生的錄音，用以理解語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)就是讓機(jī)器能夠聽(tīng)懂人類(lèi)語(yǔ)言的技術(shù)。

“以生為本”，教師引導(dǎo)：通過(guò)視頻講解，“解密”語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)，讓學(xué)生清晰了解語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)的“前世今生”，激發(fā)其對(duì)現(xiàn)代AI技術(shù)的探究欲望，為培養(yǎng)信息技術(shù)創(chuàng)新人才做準(zhǔn)備。教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)作品進(jìn)行自評(píng)和組間評(píng)價(jià)，結(jié)合生活中的實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行匯報(bào)，為課堂的體驗(yàn)活動(dòng)留下學(xué)習(xí)的足跡。

智能軟、硬件的互聯(lián)互通：信息技術(shù)的飛速發(fā)展，帶動(dòng)教育信息化不斷前行。語(yǔ)音互動(dòng)“體驗(yàn)官”，以智能硬件為載體，通過(guò)智能軟件的模塊搭建來(lái)展現(xiàn)“人機(jī)互通”的創(chuàng)意AI作品。語(yǔ)音識(shí)別技術(shù)來(lái)源于生活、服務(wù)于生活，是人類(lèi)與機(jī)器溝通交流的橋梁，給我們的學(xué)習(xí)、工作和生活帶來(lái)極大便利。未來(lái)的人工智能技術(shù)，亟待這一代青少年去創(chuàng)新和研發(fā)。

基于建鄴區(qū)優(yōu)越的信息化建設(shè)環(huán)境，在人工智能實(shí)驗(yàn)教室中，以學(xué)生體驗(yàn)精彩的課堂活動(dòng)為主線，以教師的多維度引導(dǎo)為興趣出發(fā)點(diǎn)，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，讓課堂整體教學(xué)效果更加精彩紛呈。

人工智能教育是時(shí)代使命，以區(qū)域化人工智能教育為抓手，打造信息科技智慧課堂新生態(tài)是焦點(diǎn)。人工智能技術(shù)是智慧教學(xué)的關(guān)鍵，教師需要緊跟時(shí)代步伐，提高自身理論和實(shí)踐知識(shí)水平，營(yíng)造良好的智慧課堂環(huán)境，全方位改革教育方法，大力推進(jìn)新技術(shù)與教育融合，重構(gòu)、整合、探究人工智能技術(shù)下的教育教學(xué)框架。

責(zé)任編輯：金茂喆