人工智能實(shí)驗(yàn)室：基于實(shí)踐育人的校本探索

中圖分類(lèi)號(hào)：G622.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1673-9094（2025）07-0077-04

2017年7月，國(guó)務(wù)院頒布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，指出要在中小學(xué)階段納入人工智能相關(guān)課程。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》，明確力爭(zhēng)在2030年前，在中小學(xué)階段基本實(shí)現(xiàn)人工智能教育的普及。2025年1月，中共中央、國(guó)務(wù)院印發(fā)《教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)規(guī)劃綱要（2024—2035年）》，要求拓展實(shí)踐育人和網(wǎng)絡(luò)育人空間和陣地。這些政策的出臺(tái)，凸顯了國(guó)家對(duì)人工智能教育的關(guān)注，也反映了目前社會(huì)對(duì)具備創(chuàng)新思維與開(kāi)拓精神人才的緊迫需要。在此趨勢(shì)下，動(dòng)手實(shí)踐的人工智能實(shí)驗(yàn)成為一種行之有效的育人方式。

為做好人工智能教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)新潛質(zhì)的青少年，于2020年率先建成了廣州市第一間人工智能實(shí)驗(yàn)室。人工智能實(shí)驗(yàn)室的建成為學(xué)生提供了實(shí)踐的環(huán)境，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)室里可以組裝機(jī)器人、電腦編程、模擬競(jìng)賽等，在實(shí)踐的過(guò)程中培養(yǎng)信息素養(yǎng)和創(chuàng)新精神。

一、人工智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)框架

（一）頂層設(shè)計(jì)原則

實(shí)施人工智能教育，培養(yǎng)具有創(chuàng)新潛質(zhì)的青少年是中小學(xué)人工智能教育的重要目標(biāo)，為達(dá)成這個(gè)目標(biāo)，學(xué)校需要給學(xué)生提供實(shí)踐探索的環(huán)境一一人工智能實(shí)驗(yàn)室。在經(jīng)過(guò)充分調(diào)研、考察、專(zhuān)家指導(dǎo)和論證后，學(xué)校堅(jiān)持以動(dòng)手實(shí)踐為主（如組裝機(jī)器人和編程等實(shí)踐性活動(dòng)），強(qiáng)調(diào)趣味性，兼顧技術(shù)前沿性、教學(xué)適用性和可持續(xù)發(fā)展，建設(shè)人工智能實(shí)驗(yàn)室，讓學(xué)生在充滿(mǎn)未來(lái)感的氛圍中學(xué)習(xí)，也讓實(shí)驗(yàn)室成為學(xué)生探索AI技術(shù)、培養(yǎng)創(chuàng)新能力和倫理意識(shí)的重要平臺(tái)，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)。

（二）空間功能分區(qū)

為滿(mǎn)足課程教學(xué)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)和科技競(jìng)賽等多用途實(shí)踐體系的需要，我校人工智能實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)把理論與實(shí)踐很好地融合在一起，通過(guò)功能分區(qū)的設(shè)計(jì)，將動(dòng)手操作與知識(shí)學(xué)習(xí)很好地銜接起來(lái)，特別注重培養(yǎng)小組合作的精神，激發(fā)團(tuán)隊(duì)協(xié)作的潛能。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部空間經(jīng)過(guò)精心布置，巧妙地將模塊化教學(xué)區(qū)、加工區(qū)與活動(dòng)區(qū)等合理劃分，既保障了教學(xué)活動(dòng)的順利進(jìn)行，又極大地促進(jìn)了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的開(kāi)展以及學(xué)生間的互動(dòng)、交流與合作。具體而言，我校人工智能實(shí)驗(yàn)室分為認(rèn)知體驗(yàn)區(qū)、基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)區(qū)、高階開(kāi)發(fā)區(qū)、項(xiàng)目展示區(qū)、倫理討論角。各區(qū)域的具體配置及功能見(jiàn)表1。

二、人工智能實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐育人實(shí)施路徑

（一）課程體系構(gòu)建

人工智能相關(guān)理論與技術(shù)，涉及計(jì)算機(jī)、數(shù)學(xué)、物理、認(rèn)知科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、工程學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，因此，構(gòu)建中小學(xué)人工智能課程體系需要結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展特點(diǎn)、技術(shù)基礎(chǔ)和社會(huì)需求，分階段、分層次設(shè)計(jì)內(nèi)容，注重理論與實(shí)踐結(jié)合、倫理與創(chuàng)新并重。結(jié)合當(dāng)前人工智能社會(huì)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景，遵循“調(diào)研一設(shè)計(jì)一實(shí)授一反思一改進(jìn)”的程序，開(kāi)展全過(guò)程、精細(xì)化的課程體系建設(shè)，開(kāi)發(fā)出基于實(shí)踐育人理念的AI課程體系，構(gòu)建“基礎(chǔ)一發(fā)展一創(chuàng)新”三級(jí)目標(biāo)體系（見(jiàn)表2），形成螺旋上升的能力培養(yǎng)路徑。

（二）教師隊(duì)伍建設(shè)

上好人工智能課程除了要有硬件條件、課程體系外，還需要專(zhuān)業(yè)的課程教師。為此，學(xué)校組建了一支由信息科技、數(shù)學(xué)、科學(xué)等學(xué)科老師組成的人工智能教師隊(duì)伍。與高校、人工智能企業(yè)建立定期培訓(xùn)和指導(dǎo)機(jī)制、不定期的交流互動(dòng)機(jī)制等，科研院所、高等院校專(zhuān)家對(duì)教師進(jìn)行相關(guān)專(zhuān)業(yè)的理論培訓(xùn)和指導(dǎo)，人工智能企業(yè)技術(shù)骨干到學(xué)校實(shí)驗(yàn)室指導(dǎo)開(kāi)展項(xiàng)目實(shí)踐，還帶教師走進(jìn)高校實(shí)驗(yàn)室和企業(yè)，深人了解人工智能真實(shí)應(yīng)用案例，拓展教師的眼界和思路[]。教師在專(zhuān)家的引領(lǐng)下加強(qiáng)了專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)和實(shí)踐，不斷提升自己的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)、教學(xué)能力和實(shí)踐能力。經(jīng)過(guò)幾年的實(shí)踐探索，教師的教學(xué)水平和綜合素養(yǎng)得到了顯著提升，也逐漸形成自己的教學(xué)風(fēng)格和基于實(shí)驗(yàn)室的人工智能課程教學(xué)體系。教師還積極開(kāi)展各類(lèi)公開(kāi)課，參加中小學(xué)青年教師教學(xué)能力大賽等活動(dòng)，教學(xué)水平和能力也得到了提升。

（三）項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐育人

根據(jù)人工智能教育的特點(diǎn)，我們采用任務(wù)式學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、問(wèn)題式學(xué)習(xí)等教學(xué)形式。基于任務(wù)式學(xué)習(xí)，學(xué)生在完成人工智能相關(guān)任務(wù)的過(guò)程中掌握知識(shí)和技能。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)則可以讓學(xué)生以小組合作的方式完成一個(gè)較大的人工智能項(xiàng)目，培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作和問(wèn)題解決能力。問(wèn)題式學(xué)習(xí)引導(dǎo)學(xué)生圍繞人工智能領(lǐng)域的問(wèn)題進(jìn)行探究，提升學(xué)生批判性思維和創(chuàng)新能力[2]。

學(xué)校基于人工智能實(shí)驗(yàn)室，主要以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）的方式開(kāi)展相應(yīng)的人工智能課程，讓學(xué)生在真實(shí)情境中動(dòng)手實(shí)踐，進(jìn)而學(xué)習(xí)知識(shí)、發(fā)展技能以及培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，最終實(shí)現(xiàn)育人的目標(biāo)。

1.項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的開(kāi)展。日常教學(xué)中以小組為單位開(kāi)展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，教學(xué)設(shè)計(jì)中我們將生活中的真實(shí)AI應(yīng)用場(chǎng)景（如智慧交通、智慧醫(yī)療、校園智慧種植等）作為項(xiàng)目探究的主題，把項(xiàng)目主題分成多個(gè)具體的事項(xiàng)，例如：調(diào)查分析、方案設(shè)計(jì)、編程、測(cè)試優(yōu)化等，各小組成員依據(jù)自身特長(zhǎng)分工協(xié)作。小組成員以獨(dú)立或合作的方式去完成任務(wù)，再經(jīng)由小組討論、實(shí)踐等多種形式來(lái)探究問(wèn)題、解決問(wèn)題，最終完成項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。

2.項(xiàng)目成果的評(píng)價(jià)。為合理評(píng)價(jià)學(xué)生項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)踐成果，促進(jìn)學(xué)生實(shí)踐的動(dòng)力，我們結(jié)合實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目展示區(qū)的功能，鼓勵(lì)學(xué)生采用多種形式（如報(bào)告、PPT、實(shí)物模型等）來(lái)展示項(xiàng)目成果。通過(guò)學(xué)生講解以及現(xiàn)場(chǎng)互動(dòng)等多種方式，觀眾能夠深入了解小組項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的過(guò)程和成果，并對(duì)其過(guò)程和成果作出評(píng)價(jià)，提出合理的意見(jiàn)和建議。合理的評(píng)價(jià)促進(jìn)學(xué)生反思、改進(jìn)和提高，進(jìn)而在實(shí)踐中成長(zhǎng)，并逐步培養(yǎng)創(chuàng)新潛質(zhì)。

通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，學(xué)生能學(xué)到一些AI知識(shí)和技能，更能在解決真實(shí)問(wèn)題的過(guò)程中感受技術(shù)的作用。學(xué)生能發(fā)揮特長(zhǎng)共同完成項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，不僅激發(fā)了他們的學(xué)習(xí)興趣和積極性，還培養(yǎng)了他們的邏輯思維能力、動(dòng)手實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力和團(tuán)隊(duì)合作精神。

（四）校企協(xié)同育人

人工智能緊隨時(shí)代發(fā)展而發(fā)展，且需要不斷完善。單靠學(xué)校的力量還不能做好人工智能教育。學(xué)校積極加強(qiáng)與人工智能科研院所、高等院校以及人工智能企業(yè)的合作，和他們建立起一種長(zhǎng)期穩(wěn)定的合作機(jī)制。學(xué)校聘請(qǐng)?jiān)菏?、高校?zhuān)家和企業(yè)高管作為科學(xué)副校長(zhǎng)。他們定期給學(xué)校提供專(zhuān)業(yè)的指導(dǎo)和豐富的教育資源，助力學(xué)校建立完善的人工智能課程體系和開(kāi)展人工智能教育工作；人工智能企業(yè)提供實(shí)踐平臺(tái)和技術(shù)支持，讓學(xué)生有機(jī)會(huì)走進(jìn)企業(yè)實(shí)踐，和工程師面對(duì)面交流，同時(shí)在日常實(shí)踐教學(xué)中，還可以邀請(qǐng)企業(yè)技術(shù)人員通過(guò)遠(yuǎn)程指導(dǎo)或現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)等方式和學(xué)生互動(dòng)，解決學(xué)生在實(shí)踐中遇到的問(wèn)題[3。通過(guò)定期為學(xué)生授課和指導(dǎo)實(shí)踐項(xiàng)目，企業(yè)的實(shí)際案例和最新技術(shù)被帶人課堂，使教學(xué)內(nèi)容更加貼近實(shí)際生活，幫助學(xué)生解決項(xiàng)自學(xué)習(xí)中遇到的問(wèn)題，將所學(xué)知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，提升實(shí)戰(zhàn)能力。此外，還可以讓學(xué)生到企業(yè)中了解真實(shí)的人工智能項(xiàng)目開(kāi)發(fā)全過(guò)程，讓他們親身體驗(yàn)到人工智能技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，從而更深刻地理解所學(xué)知識(shí)，也啟發(fā)了創(chuàng)新思維。

三、人工智能實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐成效與反思

（一）學(xué)生發(fā)展

通過(guò)開(kāi)展以實(shí)驗(yàn)室為依托的人工智能教育，學(xué)生的人工智能理論知識(shí)得到提升，科技創(chuàng)新潛能也得到了全面且持續(xù)的提升。這種教育模式的實(shí)施，不僅激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維，還極大地提高了他們?cè)诳萍紕?chuàng)新競(jìng)賽中的成績(jī)。近幾年來(lái)，學(xué)生參加科技競(jìng)賽的積極性不斷提高，參與各級(jí)勞動(dòng)素養(yǎng)活動(dòng)、科技體育競(jìng)賽、編程及國(guó)家的白名單科技賽事。2020～2024年，學(xué)校每年均有300人次在各種賽事中榮獲獎(jiǎng)項(xiàng)，這既是對(duì)學(xué)生個(gè)人能力的肯定，也是對(duì)學(xué)校人工智能教學(xué)質(zhì)量的認(rèn)可。由于在人工智能等大科學(xué)教育方面的突出表現(xiàn)，2024年初，學(xué)校被教育部評(píng)為首批“全國(guó)科學(xué)教育實(shí)驗(yàn)?！保粡V東省教育廳認(rèn)定為“廣東省科學(xué)教育示范?！薄?/p>

（二）反思與展望

目前，學(xué)校的人工智能教育已經(jīng)融人日常教學(xué)體系，實(shí)現(xiàn)了常態(tài)化教學(xué)。在教學(xué)軟件與硬件方面，學(xué)校已配備了較為完善的基礎(chǔ)設(shè)施，基本能夠滿(mǎn)足目前的人工智能教學(xué)需求。然而，隨著科技的飛速發(fā)展，學(xué)校也將面臨多方面的挑戰(zhàn)。所以，為了更好地提升人工智能教學(xué)的質(zhì)量與效果，我們不僅需要更新教學(xué)設(shè)施、優(yōu)化課程內(nèi)容、豐富配套資源，還需要加強(qiáng)對(duì)老師的培訓(xùn)和獎(jiǎng)勵(lì)，激勵(lì)他們積極參加學(xué)習(xí)和實(shí)踐。

今后，學(xué)校將帶領(lǐng)更多學(xué)生走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)人工智能企業(yè)開(kāi)展人工智能項(xiàng)目學(xué)習(xí)和實(shí)踐，使他們有機(jī)會(huì)親身參與項(xiàng)目和企業(yè)的研發(fā)實(shí)踐。同時(shí)，學(xué)生結(jié)合生活實(shí)際需求，解決生活中的痛點(diǎn)、難點(diǎn)，設(shè)計(jì)并制作出能夠提升生活品質(zhì)、改善生活環(huán)境的智能設(shè)備，做到學(xué)以致用，為智慧生活貢獻(xiàn)自己的力量。人工智能實(shí)驗(yàn)室為服務(wù)支撐新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的拔尖創(chuàng)新人才培養(yǎng)，為教育現(xiàn)代化和教育強(qiáng)國(guó)建設(shè)提供堅(jiān)實(shí)支撐，

參考文獻(xiàn)：

[1]杜曉敏，史松竹.人工智能時(shí)代中小學(xué)編程課程體系構(gòu)建的實(shí)踐探索[J].基礎(chǔ)教育課程，2020（23）：20-24.

[2]馮洪榮，詹偉華，王振強(qiáng).北京市中小學(xué)人工智能教育的實(shí)踐思路與探索[J].人民教育，2024（24）：17-20.

[3]許洪瑋，楊曉君，原玲.基于校企融合的人工智能人才培養(yǎng)模式探索[J].科技風(fēng)，2022（33）：25-27.

責(zé)任編輯：石萍