太原市第十二中學(xué) 劉 君 高一華

太原十二中創(chuàng)建于1956年，發(fā)展至今，已有5個(gè)校區(qū)，辦學(xué)規(guī)模102 個(gè)教學(xué)班，在校學(xué)生5000 余人。學(xué)校堅(jiān)持“一切為了學(xué)生的健康成長”的辦學(xué)理念和“一體兩翼”育人模式，全面落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，全面提升學(xué)生的人文素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)，逐步形成了科技創(chuàng)新教育辦學(xué)特色。學(xué)校先后獲得了“山西省示范高中”、“山西省素質(zhì)教育示范?！?、“現(xiàn)代教育技術(shù)實(shí)驗(yàn)學(xué)校”、“山西省基礎(chǔ)教育課程改革先進(jìn)學(xué)?！?、“全國中小學(xué)人工智能教育實(shí)驗(yàn)校”、“中國STEM 教育2029 創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃領(lǐng)航學(xué)?！?、“首屆全國文明校園”等榮譽(yù)稱號(hào)。

一、實(shí)施背景

2016年6月中央政府大力推動(dòng)科技創(chuàng)新教育,國家在發(fā)布的《教育信息化“十三五”規(guī)劃》中提倡有條件的地區(qū)要積極探索信息技術(shù)在“眾創(chuàng)空間”、跨學(xué)科學(xué)習(xí)(STEAM 教育)、創(chuàng)客教育等新的教育模式中的應(yīng)用，深化信息技術(shù)與教育教學(xué)的融合發(fā)展，從服務(wù)教育教學(xué)拓展為服務(wù)育人全過程。

2017年7月國家發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》, 明確指出人工智能成為國際競爭的新焦點(diǎn)，應(yīng)逐步開展全民智能教育項(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、建設(shè)人工智能學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才，形成我國人工智能人才高地。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，教育部特別提出需要在中小學(xué)設(shè)置人工智能課程、編程類課程。并在《規(guī)劃》中提出，實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，鼓勵(lì)社會(huì)力量參與寓教于樂的編程教學(xué)軟件、游戲的開發(fā)和推廣。

2018年1月國家教育部發(fā)布《普通高中課程方案和語文等學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》,其中人工智能正式被納入《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》新課標(biāo)。

2018年4月國家發(fā)布《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》, 指出了教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃是順應(yīng)智能環(huán)境下教育發(fā)展的必然選擇，確定實(shí)施“智慧教育創(chuàng)新發(fā)展行動(dòng)”。

2020年12月《山西省教育廳關(guān)于加強(qiáng)和改進(jìn)新時(shí)代基礎(chǔ)教育教研工作的實(shí)施意見》探索適應(yīng)課程改革需要的教研工作機(jī)制，開展跨區(qū)域、跨學(xué)校和跨學(xué)科的教研活動(dòng)。以人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)為基礎(chǔ)，積極開展智慧教研探索與實(shí)踐，推動(dòng)教研理念、模式、內(nèi)容、方法及機(jī)制創(chuàng)新。

二、模式創(chuàng)新及成效

1.頂層設(shè)計(jì)，自上而下，提供組織保障

學(xué)校堅(jiān)持“一體兩翼”育人模式：“一體”是指落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，“兩翼”是指全面提升學(xué)生的人文素養(yǎng)和科學(xué)素養(yǎng)。為更好地落實(shí)“一體兩翼”育人模式，學(xué)校于2020年9月對學(xué)校組織架構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，變原科層制為中心負(fù)責(zé)制。成立了“六大中心”（黨群工作中心、教學(xué)服務(wù)中心、創(chuàng)新教育中心、學(xué)生發(fā)展中心、文化藝體中心、后勤保障中心），管理模式不斷創(chuàng)新，工作效能進(jìn)一步提高，實(shí)現(xiàn)了“一個(gè)集團(tuán)、四個(gè)校區(qū)、統(tǒng)一管理、高效運(yùn)轉(zhuǎn)、特色辦學(xué)、優(yōu)質(zhì)發(fā)展”的全新局面。其中創(chuàng)新教育中心下機(jī)器人、航模、創(chuàng)客等社團(tuán)以及人工智能實(shí)驗(yàn)室為學(xué)生參與科技類活動(dòng)和競賽提供了豐富的場地、平臺(tái)和設(shè)施，通過專職創(chuàng)客、機(jī)器人教師、班主任和任課教師的配合，實(shí)施具體工作安排。

學(xué)校成立由校長擔(dān)任組長，副校長擔(dān)任副組長，各部門中層領(lǐng)導(dǎo)擔(dān)任主要成員的創(chuàng)新教育指導(dǎo)組，由校長牽頭，各副校長及各部門中層領(lǐng)導(dǎo)積極參與，配合全體教師，共同完成學(xué)生的創(chuàng)新教育指導(dǎo)工作。

2.群策群力，多方合作，構(gòu)建專業(yè)師資隊(duì)伍

學(xué)校成立創(chuàng)新教育指導(dǎo)組，在創(chuàng)新教育中心的基礎(chǔ)上，發(fā)展校企合作、高校聯(lián)盟，配置專業(yè)教師，以專職指導(dǎo)教師為主，聯(lián)合相關(guān)職能處室、學(xué)科組及班主任教師，組成全員指導(dǎo)的創(chuàng)新科技指導(dǎo)隊(duì)伍，組織教師外出培訓(xùn)學(xué)習(xí)、參觀體驗(yàn)，借鑒其他省份優(yōu)秀學(xué)校的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，并通過開展輻射式培訓(xùn)，發(fā)展專業(yè)的師資隊(duì)伍。

3.完善課程體系建設(shè)，推動(dòng)STEM 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)

結(jié)合本校特點(diǎn)，自主開發(fā)適合學(xué)生的科技類課程。學(xué)校建設(shè)了機(jī)器人、人工智能、航模、創(chuàng)客實(shí)驗(yàn)室等創(chuàng)新訓(xùn)練空間，配套完善相關(guān)課程及設(shè)施設(shè)備，包括樂高套件、賽季場地、航模、遙控器、模擬器、DFRobot 開源硬件等，此外在北大街校區(qū)成立了太原十二中創(chuàng)新教育基地，包括STEAM 教學(xué)空間、領(lǐng)軍人才活動(dòng)中心、蹦豆創(chuàng)客學(xué)院三個(gè)教學(xué)區(qū)域。

基于眾多的平臺(tái)和設(shè)備，學(xué)校建設(shè)了相關(guān)的校本課程，分為必修課和選修課。其中必修課包括人工智能和創(chuàng)客，選修課包括無人機(jī)、航模、FLL 和Robo-Master。

（1）航模和無人機(jī)課程

學(xué)校航模隊(duì)2011年成立，至今已建成成熟的課程體系，包括紙飛機(jī)、模擬飛行，航模搭建等，航模是一項(xiàng)飛向天空的體育運(yùn)動(dòng)，它涵蓋機(jī)械、電子、計(jì)算機(jī)編程、無線電通信、遙感等多方面知識(shí)，學(xué)校航模社為學(xué)生配備了泡沫 KT 板、碳纖維加強(qiáng)桿、膠水、切割工具、無刷電機(jī)、螺旋槳、電子調(diào)速器、舵機(jī)、電池、遙控器等相應(yīng)設(shè)備，學(xué)生通過親自動(dòng)手制作航模，編程和操作飛行，理解飛機(jī)飛行原理、如何保持穩(wěn)定、空氣氣流動(dòng)力學(xué)等多種知識(shí)。學(xué)校航模隊(duì)每年代表山西參加全國比賽，屢獲殊榮，其中蔡佳晟同學(xué)多次代表山西省參加國際比賽并獲獎(jiǎng)，廖原同學(xué)考入浙江大學(xué)，現(xiàn)于英國通訊無人機(jī)專業(yè)讀博。學(xué)生通過學(xué)習(xí)航模知識(shí)，親手制作航模飛機(jī)，參加航模活動(dòng)和比賽，控制飛機(jī)盤旋、翻轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)了空中翱翔的夢想，不僅豐富了生活，開闊了眼界，更有同學(xué)因?yàn)檫@些經(jīng)歷而立志長大為祖國航天事業(yè)做出貢獻(xiàn)，這是最好的愛國教育。2019年學(xué)校獲中國航空運(yùn)動(dòng)協(xié)會(huì)授予的“校園航空飛行營地”榮譽(yù)稱號(hào)。

（2）機(jī)器人課程

機(jī)器人設(shè)計(jì)涉及到數(shù)學(xué)邏輯思維、計(jì)算機(jī)算法初步、結(jié)構(gòu)搭建、物理受力分析、電路連接等多學(xué)科知識(shí)，在日常訓(xùn)練過程中，我們采用基于項(xiàng)目的任務(wù)驅(qū)動(dòng)法進(jìn)行教學(xué)，如“絢彩燈光”、“掃射攻擊”、“視線跟隨”、“智能巡線”等項(xiàng)目，在項(xiàng)目任務(wù)完成過程中滲透變量、分支、循環(huán)等編程知識(shí)及齒輪傳動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)，顏色傳感器、陀螺儀等的用法，實(shí)現(xiàn)了“做中學(xué)”，“玩中學(xué)”。學(xué)校機(jī)器人隊(duì)于2015年成立后，參加WER 和FLL 比賽基本囊括省市前三甲，代表山西參加全國賽并屢創(chuàng)佳績，2018年FIRST 中國機(jī)器人大會(huì)上，學(xué)校機(jī)器人隊(duì)郭肖慧同學(xué)在PREP 留學(xué)優(yōu)先計(jì)劃面試中獲得美國密爾沃基工程學(xué)院的Offer，同時(shí)獲得68000 美元的獎(jiǎng)學(xué)金。郭肖慧同學(xué)談到參加機(jī)器人比賽的感想，說機(jī)器人結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是比賽的關(guān)鍵，在平時(shí)的訓(xùn)練中，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)之后要嘗試著與隊(duì)友分享，在相互分享與交流的過程中，常常會(huì)碰撞出新的想法與思路，會(huì)找到機(jī)器人活動(dòng)的樂趣，這時(shí)的機(jī)器人學(xué)習(xí)就不會(huì)是一項(xiàng)任務(wù)，而是一種玩耍。能力才是相伴一生的財(cái)富。

（3）人工智能課程

2019年，學(xué)校被中央電教館遴選為22 所“全國中小學(xué)人工智能教育實(shí)驗(yàn)?！敝?，是山西省唯一一所，為了有效開展人工智能課程，學(xué)校組織相關(guān)老師參加了在合肥舉辦的中小學(xué)人工智能教育試點(diǎn)工作培訓(xùn)會(huì)，隨后于11月中旬依托中央電教館的AI 教學(xué)資源網(wǎng)、百度EasyDL 深度學(xué)習(xí)等人工智能應(yīng)用學(xué)習(xí)平臺(tái)、《人工智能》初高中教材，在高一、初一全年級(jí)開設(shè)必修課，旨在科普人工智能相關(guān)理論，培養(yǎng)學(xué)生對人工智能專業(yè)的興趣。

在教學(xué)探索過程中，我們逐漸認(rèn)識(shí)到，人工智能是一門新興的技術(shù)交叉科學(xué)，主要研究如何使機(jī)器具有人的智能并開發(fā)相應(yīng)的技術(shù)、方法和應(yīng)用系統(tǒng)，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、哲學(xué)、社會(huì)學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、腦科學(xué)、生理學(xué)、心理學(xué)多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，其學(xué)科交叉性意味著在教學(xué)過程不能使用單一的教學(xué)方法，這與基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)、STEAM 教育理念相契合，因此我們逐漸構(gòu)建了基于STEAM 教育理念的項(xiàng)目教學(xué)模式，形成了一系列教學(xué)資源，并將研究成果匯入國家級(jí)課題《基于STEM 教育的中學(xué)人工智能課程教學(xué)案例研究》，為開展和推廣中學(xué)人工智能教育做出了積極探索。2020年，學(xué)生溫凱峰考入哈爾濱工業(yè)大學(xué)工科試驗(yàn)班（智能裝備）。

（4）基于STEAM 的創(chuàng)客課程

創(chuàng)客活動(dòng)包含硬件搭建和程序設(shè)計(jì)兩部分，其中硬件搭建涉及到3D 打印、激光切割、圖形設(shè)計(jì)等多方面的知識(shí)，學(xué)生需要根據(jù)主題進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，制作項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)方案，結(jié)合硬件結(jié)構(gòu)進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，最終完成項(xiàng)目，用以解決生活中的實(shí)際問題。學(xué)校初一、高一年級(jí)每個(gè)班級(jí)都去北大街創(chuàng)新教育基地上課，進(jìn)行創(chuàng)意項(xiàng)目制作，例如“智能宮燈”、“智能垃圾桶”、“智能拐杖”等，通過自己動(dòng)手實(shí)踐、編程、小組合作，學(xué)生的信息素養(yǎng)、計(jì)算思維、動(dòng)手能力都有所提升。

三、經(jīng)驗(yàn)與反思

數(shù)字校園建設(shè)和以信息技術(shù)為輔助的教學(xué)模式顯然已經(jīng)成為時(shí)代發(fā)展的必然趨勢，學(xué)校著重打造了一系列以信息技術(shù)為基礎(chǔ)的精品科技社團(tuán)和精品課程，取得了豐富的成果，也為教師在教學(xué)科研方面的工作開展指明了方向，收獲了以下經(jīng)驗(yàn)和體會(huì)：

1.順應(yīng)時(shí)代，堅(jiān)決貫徹執(zhí)行黨的方針政策

十八大以來，我國的教育信息化發(fā)展處于前所未有的戰(zhàn)略機(jī)遇期，國家的政策力度顯著提升，此時(shí)學(xué)校務(wù)必要抓住時(shí)機(jī)，堅(jiān)決貫徹執(zhí)行黨和國家教育信息化方針政策，服務(wù)于新時(shí)代的教育改革發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)中國夢培養(yǎng)大批高素質(zhì)技術(shù)技能型人才。

2.組織保障，為學(xué)生個(gè)性化發(fā)展提供平臺(tái)

創(chuàng)新教育課程種類多樣，包括航模、機(jī)器人、人工智能都需要大量的資金投入，因此，學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)的支持和資金的保障是開展數(shù)字校園課程建設(shè)的首要條件，同時(shí)，在組織制度上，成立專門的創(chuàng)新教育中心進(jìn)行課程開設(shè)和管理工作，為必修、選修課程及各社團(tuán)活動(dòng)的有序開展提供了保障。

3.變革教學(xué)模式，開展基于STEAM 的項(xiàng)目式教學(xué)

學(xué)校開展的所有科技類課程和活動(dòng)，都需要理論結(jié)合實(shí)際，不斷實(shí)踐和嘗試，才能獲得較好的成果，這與STEAM 教育理念和項(xiàng)目式教學(xué)方式都很契合，因此針對不同的問題、任務(wù)、比賽，構(gòu)建項(xiàng)目主題，策劃項(xiàng)目實(shí)施方案，開展基于STEAM 的項(xiàng)目式教學(xué)，是針對這些課程的一種可實(shí)施且效果良好的教學(xué)模式，學(xué)生在自己動(dòng)手實(shí)踐的過程中，團(tuán)隊(duì)分工合作，分享交流，思維碰撞，最終完成項(xiàng)目、解決實(shí)際問題，不僅獲得了極大的成就感，而且印象深刻，知識(shí)記憶更加牢固。

4.興趣體驗(yàn)，豐富校園文化生活

學(xué)校通過舉辦科技節(jié)，向全校學(xué)生開放實(shí)驗(yàn)室和社團(tuán)活動(dòng)室，展示創(chuàng)造成果，學(xué)生通過參觀和實(shí)際體驗(yàn)，接觸豐富多彩的科技創(chuàng)新活動(dòng)，開闊眼界，發(fā)現(xiàn)自己的興趣所在，根據(jù)自己所喜歡的東西選擇參加其中某項(xiàng)活動(dòng)，以興趣作為老師，積極參與，用心實(shí)踐，真正實(shí)現(xiàn)個(gè)性化發(fā)展。