王曉強，丁錦宏

(南通大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院，江蘇 南通 226019)

0 引言

2017年國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提到：“在我國中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程?！薄镀胀ǜ咧行畔⒓夹g(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》將《人工智能初步》作為選擇性必修課程列入其中。各地中小學(xué)在國家和教育部各種政策的鼓勵下，紛紛開始探索人工智能教育，建設(shè)人工智能課程。

本文以江蘇省南通中學(xué)附屬實驗學(xué)校建設(shè)的人工智能課程為例，借鑒其做法，從普適性角度對我國中小學(xué)課程建設(shè)提出具體舉措，以啟發(fā)學(xué)生對人工智能技術(shù)的興趣，為之后相關(guān)領(lǐng)域的學(xué)習(xí)和研究打下基礎(chǔ)。

1 人工智能課程存在問題分析

首先，人工智能課程目標(biāo)模糊。人工智能本身知識覆蓋面廣，具有多學(xué)科交叉、綜合性強等特點，特別是很多子領(lǐng)域如深度學(xué)習(xí)、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等仍然處于快速發(fā)展和創(chuàng)新階段。即便是高等教育階段，人工智能專業(yè)的設(shè)立和課程體系建設(shè)仍然處于發(fā)展初期。國家也并沒有制定引領(lǐng)性、規(guī)范性政策，缺少專門的人工智能課程標(biāo)準(zhǔn)。中小學(xué)階段人工智能的課程目標(biāo)至今仍然沒有厘清。

其次，人工智能課程內(nèi)容雜亂。在小學(xué)和初中階段，人工智能課程大多是校本課程，學(xué)段與學(xué)段之間課程的連貫性不足，各學(xué)校間的課程內(nèi)容大相徑庭，缺乏整體性的課程體系設(shè)計與系統(tǒng)性的教學(xué)資源建設(shè)。很多中小學(xué)在人工智能教育實踐過程中，很容易將人工智能教育等同于創(chuàng)客教育、編程教育或是機器人教育，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中很容易將人工智能局限在某些領(lǐng)域，造成人工智能課程窄化，不利于學(xué)生之后對人工智能的學(xué)習(xí)和認(rèn)知。

最后，人工智能課程師資薄弱。我國中小學(xué)人工智能相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)工作大多由信息技術(shù)教師來承擔(dān)，很多教師的知識理論儲備和計算機操作技能距離專業(yè)水平還有不小的差距。柏宏權(quán)等對中小學(xué)人工智能教師勝任力狀況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)中小學(xué)人工智能課程教師勝任力整體水平一般，人工智能專業(yè)知識和能力還有很大的提升空間。同時中小學(xué)的人工智能課程缺乏相關(guān)可參考可實踐的教學(xué)案例，教師在課堂實踐中缺乏必要指導(dǎo)。

2 人工智能課程落地具體實踐

人工智能課程建設(shè)面臨諸多問題，但是也有不少學(xué)校在實踐中取得良好效果。接下來將從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容和課程評價三個方面闡述南通中學(xué)附屬實驗中學(xué)在人工智能課程建設(shè)中的具體實踐。

2.1 課程目標(biāo)

課程目標(biāo)的確立是校本課程開發(fā)的出發(fā)點，根據(jù)泰勒課程與教學(xué)的基本原理，學(xué)校設(shè)立課程目標(biāo)從學(xué)生、文化和社會三個維度進(jìn)行考量。首先是學(xué)生維度，學(xué)生是課程目標(biāo)的中心維度，課程目標(biāo)需要立足學(xué)生的現(xiàn)實狀況和未來發(fā)展。其次是文化維度，人工智能的文化和思想需要浸潤到學(xué)生生活的各方面。最后是社會維度，教授學(xué)生應(yīng)對未來社會的技能是學(xué)校的責(zé)任，在校本課程中要指導(dǎo)學(xué)生做好應(yīng)對未來的人工智能社會的準(zhǔn)備。

學(xué)校對不同階段人工智能課程目標(biāo)進(jìn)行了梳理和界定。三年三個階段，構(gòu)成一個整體校本課程。①初一階段，課程設(shè)置以體驗為主，重在感知，讓學(xué)生對人工智能有所接觸、了解和體驗，感知人工智能的無處不在；②初二階段，課程設(shè)置以發(fā)現(xiàn)為主，重在認(rèn)知，了解人工智能基礎(chǔ)與倫理，掌握一到兩種編程語言，會用圖形化編程工具進(jìn)行綜合編程，通過實踐，理解人工智能原理，進(jìn)行簡單的創(chuàng)造；③初三階段，人工智能課程的設(shè)置以探究為主，重在創(chuàng)造，深入學(xué)習(xí)人工智能原理與方法，通過編程教育和機器人教育，實現(xiàn)跨學(xué)科的實踐操作，能完成較為復(fù)雜的作品設(shè)計制作。通過三年時間的教學(xué)與指導(dǎo)，學(xué)生能客觀認(rèn)識人工智能技術(shù)發(fā)展對社會生活的影響，既能形成積極、安全使用人工智能技術(shù)的觀念，又要對人工智能技術(shù)的應(yīng)用帶來的社會倫理、安全等方面的挑戰(zhàn)具有清晰的認(rèn)識，形成較強的安全防護(hù)意識和責(zé)任感。這樣校本課程就把人，文化，社會三者都結(jié)合起來，學(xué)生的培養(yǎng)，文化的傳遞，社會的發(fā)展構(gòu)成三方共同體。

2.2 課程內(nèi)容

首先是課程內(nèi)容的組織。在課程內(nèi)容的組織上，既要關(guān)注人工智能最前沿的發(fā)展，又要立足學(xué)生知識與技能的實際，注重構(gòu)建面向全體的普及性課程、面向群體的發(fā)展性課程和面向個體的榮譽性課程，給各級各類學(xué)生提供豐富的選擇。學(xué)校基于初中學(xué)生的特點，圍繞人工智能的主要技術(shù)和初中學(xué)生的基礎(chǔ)信息技術(shù)知識，借助區(qū)域優(yōu)勢，制定了富有特色的基地課程。學(xué)校設(shè)計了三個課程模塊，人工智能通識課程包括人工智能的發(fā)展歷程，人工智能與現(xiàn)代生活等；人工智能進(jìn)階課程包括程序設(shè)計基礎(chǔ)（Python），無人機原理、機器人裝配與控制等；人工智能綜合課程包含以語音識別為基礎(chǔ)的英語口語測評系統(tǒng)，以自然語言處理為基礎(chǔ)的文檔分類方案設(shè)計等。三個課程模塊層層推進(jìn)，滿足學(xué)生知識學(xué)習(xí)與實踐創(chuàng)新。

其次是課程具體實施。陳凱泉等認(rèn)為人工智能教學(xué)應(yīng)深度融入綜合實踐類活動，且應(yīng)將探究式教學(xué)當(dāng)做教學(xué)中的主要策略。學(xué)校為學(xué)生精心設(shè)計了許多項目式學(xué)習(xí)。初一新生進(jìn)入校園后，學(xué)校安排學(xué)生探尋校園內(nèi)的人工智能應(yīng)用場景，如人臉識別，語音開門等。學(xué)生能體驗到人工智能技術(shù)在校園內(nèi)的應(yīng)用，激發(fā)對人工智能的興趣，以此來構(gòu)建全域校園環(huán)境課程。學(xué)生對人工智能有一定的感知和直觀了解后，學(xué)校借助于語音識別、圖像識別、自然語言處理等現(xiàn)實生活中最常見的人工智能場景，幫助學(xué)生走進(jìn)人工智能世界。

初二學(xué)生經(jīng)過一年的基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí)后，開始接觸編程基礎(chǔ)知識，了解順序、選擇、循環(huán)三大基本結(jié)構(gòu)，通過圖形化界面編程，實現(xiàn)簡易且豐富的人工智能技術(shù)應(yīng)用。同時，學(xué)校還在初二開設(shè)“人工智能+”學(xué)科的特色VR 課程，如生物課利用VR 設(shè)備，進(jìn)入三維虛擬世界觀察人體結(jié)構(gòu)，物理課利用VR 設(shè)備探究速度原理的實驗，體驗人工智能技術(shù)的應(yīng)用，促進(jìn)學(xué)生多學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

人工智能是一門理論性和實踐性都很強的課程，初三學(xué)生需要綜合利用所學(xué)知識解決實際問題。如機器人特殊舞蹈和格斗動作設(shè)計，無人機特定方式飛行等。以任務(wù)驅(qū)動的方式，鼓勵學(xué)生勇于打破常規(guī)的思維，創(chuàng)造性完成實驗，讓學(xué)生了解人工智能技術(shù)的魅力，感受人工智能為生活帶來的快捷和便利，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和探索的興趣，讓學(xué)生充分展示個人的智慧才華和團(tuán)隊的創(chuàng)新能力。學(xué)校力求通過三年的人工智能課程學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生信息意識、計算思維，以及數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力，試圖解決現(xiàn)有人工智能課程窄化的問題，力求給學(xué)生展現(xiàn)人工智能的全貌。

然后是教師培育。教師隊伍建設(shè)是核心工程。學(xué)校成立了由教科室、學(xué)科教師以及校外專家組成的“人工智能課程建設(shè)領(lǐng)導(dǎo)小組”，定期舉辦相關(guān)教育教學(xué)研討會、“人工智能+學(xué)科”教學(xué)研討課，積極研究如何將人工智能與學(xué)科教學(xué)有效結(jié)合，具體舉措：①教師以學(xué)科為單位，每學(xué)期對外進(jìn)行公開課，從教學(xué)主題、教學(xué)手段、教學(xué)過程、學(xué)習(xí)成果體現(xiàn)人工智能+教學(xué)創(chuàng)新；②學(xué)校層面規(guī)劃特色課程，形成涵蓋初中各學(xué)科的“人工智能+”項目化學(xué)習(xí)系列，構(gòu)建特色校本課程；③邀請人工智能技術(shù)人員、教學(xué)專家來學(xué)校講學(xué)，從技術(shù)培訓(xùn)、課程開發(fā)、項目化教學(xué)設(shè)計等方面對全體教師進(jìn)行專業(yè)引領(lǐng)；④學(xué)校還充分利用當(dāng)?shù)刭Y源，積極與南通城市博物館、南通虛擬體驗館、南通科技城聯(lián)合打造校外實踐基地，構(gòu)建了校外科技活動場所與學(xué)校拓展課程相銜接的有效機制；與南通中學(xué)課程共建、資源共享、教師交流，實現(xiàn)初高中教學(xué)與課程銜接。

最后是設(shè)備保障。學(xué)校人工智能教育項目設(shè)計了兩類特色學(xué)習(xí)環(huán)境。一是人工智能學(xué)習(xí)中心，包括機器人實驗室、人工智能研究室、人工智能+學(xué)科教學(xué)研究室。學(xué)習(xí)中心給學(xué)生提供體驗創(chuàng)新創(chuàng)造和動手實踐的機會，為學(xué)有余力的學(xué)生進(jìn)一步深入學(xué)習(xí)搭建發(fā)展平臺，充分滿足師生的探究需求。二是環(huán)幕展示廳，內(nèi)容覆蓋了人工智能文化、學(xué)科知識模型和學(xué)生成果展示。展示廳是為營造人工智能技術(shù)氛圍，凸顯人工智能的教學(xué)價值和人文關(guān)懷。

2.3 課程評價

課程評價是對課程開發(fā)及實施中的各個環(huán)節(jié)、總體成效等依據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行多種形式價值判斷的系列活動。學(xué)校校本課程評價的內(nèi)容指標(biāo)可以從主體、過程和結(jié)果三個層面進(jìn)行全面評價。學(xué)校設(shè)立如下指標(biāo)如表1、表2 和表3所示。

表1 人工智能課程評價主體層面內(nèi)容指標(biāo)

表2 人工智能課程評價過程層面內(nèi)容指標(biāo)

表3 人工智能課程評價結(jié)果層面內(nèi)容指標(biāo)

學(xué)校自辦學(xué)以來，努力打造學(xué)校特色，積極推進(jìn)人工智能課程在學(xué)校落地，人工智能教育成果斐然，如江蘇省青少年“云科創(chuàng)”線上科技活動、江蘇省青少年“虛擬世界創(chuàng)意編程”活動、江蘇省青少年科技模型大賽Robojoy 項目，南通市青少年電子信息智能創(chuàng)新大賽無人機C 語言編程賽、南通市“領(lǐng)航杯”無人機任務(wù)賽，南通市青少年人工智能創(chuàng)新大賽等比賽中，共有127人次獲獎。同時，學(xué)校還積極承辦各種機器人、無人機、人工智能競賽。學(xué)校建構(gòu)“普及教育——社團(tuán)培養(yǎng)——競賽提高”的三級體系，這三條主線并行發(fā)展，滿足不同層次學(xué)生的需求，全面覆蓋科普入門、愛好興趣、能力提高三個方面。學(xué)校推進(jìn)學(xué)生社團(tuán)活動，每年10 月舉辦為期一周的科技節(jié)，讓學(xué)生充分展示個人的智慧才華和團(tuán)隊的創(chuàng)新能力。學(xué)校成立的社團(tuán)包括無人機社團(tuán)、機器人社團(tuán)、程序設(shè)計社團(tuán)，每個社團(tuán)都有專業(yè)指導(dǎo)老師，并聘請南通大學(xué)教授為校外指導(dǎo)專家，開設(shè)專門的社團(tuán)特色課，如無人機社團(tuán)就有無人機繞任務(wù)桿競賽。

教師隊伍建設(shè)也頗具規(guī)模，學(xué)校信息技術(shù)學(xué)科教師獲南通市青少年人工智能創(chuàng)新大賽優(yōu)秀指導(dǎo)老師，學(xué)校獲得南通市首屆青少年電子信息智能創(chuàng)新大賽優(yōu)秀組織獎，多位教師圍繞智慧課堂發(fā)表國家級省級論文五十多篇，還有多位教師參加南通市信息化應(yīng)用大賽并獲獎。

3 結(jié)束語

教育是人類應(yīng)對人工智能挑戰(zhàn)的根本力量，中小學(xué)階段科學(xué)、合理地設(shè)計和開展人工智能課程，不僅幫助學(xué)生未來應(yīng)對人工智能時代的挑戰(zhàn)，也是國家未來發(fā)展的必然需求。本文首先分析我國人工智能教育在中小學(xué)階段面臨的問題，如課程定位模糊，課程內(nèi)容雜亂，教師師資薄弱。然后從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容和課程評價三個方面闡述了學(xué)校人工智能課程建設(shè)的具體實踐，顯著提高了學(xué)校人工智能課程辦學(xué)水準(zhǔn)。然而，在課程建設(shè)過程中如何更好地利用人工智能技術(shù)服務(wù)教師和學(xué)生，學(xué)生在實際學(xué)習(xí)過程中的滿意度情況究竟如何，這些都需要進(jìn)一步深入重點研究。