【摘 要】人工智能課程對培養(yǎng)初中生的創(chuàng)新思維有著較高的實(shí)踐價值，創(chuàng)新思維應(yīng)成為人工智能課程設(shè)計的聚焦點(diǎn)。本文從需求分析、內(nèi)容設(shè)計、情境設(shè)計、過程設(shè)計和評價設(shè)計五個方面闡述初中人工智能課程的設(shè)計，并在此基礎(chǔ)上提出了具體的實(shí)施建議，通過“做中學(xué)”“用中學(xué)”和“創(chuàng)中學(xué)”培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。

【關(guān)鍵詞】創(chuàng)新思維；人工智能；課程設(shè)計

【中圖分類號】G434 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【論文編號】1671-7384（2024）07-048-03

創(chuàng)新思維與人工智能課程

1.創(chuàng)新思維及其教育現(xiàn)狀

創(chuàng)新思維，也被稱為“創(chuàng)造性思維”，是指能夠察覺問題并找出癥結(jié)，產(chǎn)生解決問題的新穎想法，最終傳達(dá)出結(jié)果的一種思維能力[1]。創(chuàng)新思維是人類最復(fù)雜、最高級的思維過程，是一切創(chuàng)造活動的源泉，是智力的核心，也是實(shí)踐創(chuàng)新的重要內(nèi)容。實(shí)踐創(chuàng)新是中國學(xué)生發(fā)展六大核心素養(yǎng)之一，在當(dāng)今“惟創(chuàng)新者進(jìn)，惟創(chuàng)新者強(qiáng)，惟創(chuàng)新者勝”之大變革時代，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才是新時代立德樹人的關(guān)鍵[2]。目前，我國的教育系統(tǒng)仍存在著過度注重考試和機(jī)械化教育的問題，這可能會使學(xué)生在解決實(shí)際問題時缺乏創(chuàng)造力和創(chuàng)新精神。

2.初中人工智能課程的現(xiàn)實(shí)需求

2003年4月，我國教育部正式頒布了《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗）》，首次在信息技術(shù)科目中設(shè)立了“人工智能初步”選修模塊，這標(biāo)志著我國高中人工智能課程的正式起步[3]。2017年，國務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，首次將人工智能發(fā)展上升到國家戰(zhàn)略層面，提出實(shí)施全民智能教育項目，要求在中小學(xué)設(shè)置人工智能相關(guān)課程。此后，教育部發(fā)布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》和《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》都將人工智能納入課程內(nèi)容，推進(jìn)中小學(xué)人工智能教育的開展。

在初中階段，開設(shè)人工智能課程已成為一種現(xiàn)實(shí)需求，主要體現(xiàn)在以下三方面。第一，人工智能已成為發(fā)達(dá)國家K-12教育的必備內(nèi)容。如美國在K-CPib6KokNYd1jqGNi+vSww==12計算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中提出了開設(shè)人工智能課程[4]；新加坡推出了面向小學(xué)的“AI for Kids”（兒童人工智能）和面向中學(xué)的“AI for Students”（中學(xué)生人工智能）等計劃[5]。當(dāng)今社會已進(jìn)入人工智能時代，人才也在快速迭代轉(zhuǎn)型，新時代需要更多的人工智能人才。所以，亟須將人工智能課程納入中小學(xué)生的課程之中，為培養(yǎng)尖端人才做儲備。第二，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)和基礎(chǔ)教育的逐步發(fā)展，中小學(xué)的計算機(jī)軟、硬件及網(wǎng)絡(luò)設(shè)施水平不斷提高，師資、教學(xué)材料和設(shè)施等方面水平持續(xù)提升，在初中開設(shè)人工智能課程的條件已具備。第三，人工智能課程的開設(shè)不僅關(guān)系到人才的培養(yǎng)，更關(guān)系到教育理念的發(fā)展、教與學(xué)活動方式的轉(zhuǎn)變、教師能力素養(yǎng)的提升，以及立德樹人根本任務(wù)的落實(shí)。

3.面向創(chuàng)新思維發(fā)展的初中人工智能課程設(shè)計可行性

創(chuàng)新思維是指以新穎獨(dú)創(chuàng)的方法解決問題的思維過程，通過這種思維能突破常規(guī)思維的界限，以超常規(guī)甚至反常規(guī)的方法、視角去思考問題，提出與眾不同的解決方案，從而產(chǎn)生新穎的、獨(dú)到的、有社會意義的思維成果[6]。值得關(guān)注的是，初中人工智能課程為學(xué)生創(chuàng)新思維的發(fā)展提供了新路徑。首先，從課程內(nèi)容來看，人工智能課程最底層是大數(shù)據(jù)、算法，這是實(shí)現(xiàn)各類人工智能技術(shù)的核心，包括傳統(tǒng)的機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)。第二層是感知，能聽會看，如語音識別、圖像識別、生物特征識別、文字識別等技術(shù)。最上層是創(chuàng)新、應(yīng)用，開展人工智能項目，將理論應(yīng)用于實(shí)踐。由此可以看出，人工智能課程內(nèi)容體現(xiàn)的是學(xué)生跨學(xué)科、跨領(lǐng)域綜合性的創(chuàng)新思維能力。其次，從教學(xué)方式來看，人工智能課程所涉及的大多是綜合性、創(chuàng)造性的活動，學(xué)生需要綜合運(yùn)用知識，進(jìn)行項目式設(shè)計或動手實(shí)踐來解決問題。而創(chuàng)新思維培養(yǎng)恰好強(qiáng)調(diào)的是問題求解、系統(tǒng)設(shè)計等項目式學(xué)習(xí)的活動方式，故人工智能課程的開展可為創(chuàng)新思維的發(fā)展提供支持。最后，從評價方面來看，創(chuàng)新思維培養(yǎng)和人工智能課程都指向“以學(xué)習(xí)者為中心”和“素養(yǎng)培養(yǎng)”，兩者都關(guān)注學(xué)生在項目式學(xué)習(xí)中的過程性表現(xiàn)以及學(xué)生發(fā)展的綜合性評價。綜上，教師通過設(shè)計初中人工智能課程培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新思維具有可行性。

發(fā)展創(chuàng)新思維的人工智能課程設(shè)計

當(dāng)前，中學(xué)人工智能課程仍存在依托編程教育和機(jī)器人教育，注重學(xué)生編程技能的習(xí)得，而對學(xué)生思維能力的提升涉及較少的現(xiàn)象。創(chuàng)新思維作為現(xiàn)代學(xué)生必須具備的一種思維，應(yīng)成為人工智能課程設(shè)計的聚焦點(diǎn)。

1.人工智能課程的需求分析

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》雖將人工智能納入課程內(nèi)容，但其開發(fā)主體仍是學(xué)校教師個體或團(tuán)隊，而大多數(shù)教師之前并無相關(guān)活動設(shè)計的經(jīng)驗，因此，需求分析對于人工智能課程設(shè)計尤為關(guān)鍵。初中人工智能課程設(shè)計的需求分析應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注以下兩方面。一是分析學(xué)情，了解學(xué)生已經(jīng)具備的知識體系和基礎(chǔ)能力。由于人工智能課程涉及語音識別、圖像識別、生物特征識別、文字識別技術(shù)等應(yīng)用創(chuàng)新，所以教師還要分析學(xué)生的創(chuàng)新思維能力和跨學(xué)科綜合能力水平。二是分析學(xué)習(xí)環(huán)境和設(shè)備。人工智能課程活動并非在傳統(tǒng)的教室中開展，其需要計算機(jī)、機(jī)器人、開源硬件、創(chuàng)客、物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備的支持。為此，設(shè)計人工智能課程還要分析其對智能化學(xué)習(xí)設(shè)備、技術(shù)創(chuàng)設(shè)情境等方面的需求。

2.人工智能課程的內(nèi)容設(shè)計

中小學(xué)人工智能課程受限于現(xiàn)有的教學(xué)環(huán)境與資源，因此要順利開展相關(guān)課程就需因地制宜，選擇合適的授課內(nèi)容。經(jīng)費(fèi)充足的學(xué)校，可以考慮建設(shè)高端的人工智能實(shí)驗室以及開放的、先進(jìn)的人工智能實(shí)驗平臺，讓學(xué)生沉浸在人工智能的應(yīng)用場景中，充分感受人工智能的優(yōu)勢及不足；經(jīng)費(fèi)不足的學(xué)校則可以利用學(xué)?，F(xiàn)有的創(chuàng)客實(shí)驗室或開源硬件，在原有基礎(chǔ)上引入人工智能軟、硬件模塊；沒有經(jīng)費(fèi)的學(xué)校，教師也可以利用手機(jī)、網(wǎng)絡(luò)平臺搜索人工智能應(yīng)用，讓學(xué)生觀摩、體驗其優(yōu)勢與不足。

3.人工智能課程的情境設(shè)計

設(shè)計和開展人工智能課程的目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的人工智能素養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維。中小學(xué)人工智能課程具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。在教學(xué)過程中，應(yīng)把知識與技能的學(xué)習(xí)置于真實(shí)、生動的情境中，以任務(wù)驅(qū)動方式進(jìn)行自主學(xué)習(xí)與合作探究。教師在整個項目實(shí)施過程中適時引導(dǎo)，并提供自主探究的學(xué)習(xí)支架與學(xué)習(xí)資源，助力學(xué)生進(jìn)行項目開發(fā)和創(chuàng)新，并進(jìn)行多方面的交流與評價。

4.人工智能課程的過程設(shè)計

初中人工智能課程的開展方式可以是基于問題的學(xué)習(xí)，也可以是基于項目的學(xué)習(xí)。教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)的情境中自主學(xué)習(xí)、合作探究和分享交流，達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)，在學(xué)習(xí)人工智能的過程中養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)能力。第一步，學(xué)生通過自主學(xué)習(xí)解決項目的基礎(chǔ)問題，發(fā)現(xiàn)存在的難點(diǎn)；第二步，學(xué)生通過小組合作探究，解決自主學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的問題，突破項目的重難點(diǎn)；第三步，通過分享交流展示學(xué)習(xí)成果，分享該項目的收獲，評價項目成果。人工智能課程的過程設(shè)計應(yīng)以教師為主導(dǎo)，以學(xué)生為主體，把“教師教”變?yōu)椤皩W(xué)生學(xué)”，拓展教學(xué)區(qū)域，提倡合作探究型學(xué)習(xí)，讓每位學(xué)生都能收獲學(xué)習(xí)的樂趣，既關(guān)注學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活，又著眼于學(xué)生的長遠(yuǎn)發(fā)展。學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的過程，實(shí)質(zhì)上是一種探究、選擇和創(chuàng)造的過程，也是學(xué)生的科學(xué)精神、創(chuàng)新思維乃至世界觀逐步形成的過程。

5.人工智能課程的評價設(shè)計

2020年10月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)了《深化新時代教育評價改革總體方案》，指出教育評價事關(guān)新時代教育改革發(fā)展方向和高質(zhì)量教育體系建設(shè)，并提出了“改進(jìn)結(jié)果評價，強(qiáng)化過程評價，探索增值評價，健全綜合評價”的總體方向。人工智能課程的評價應(yīng)注重過程性、實(shí)踐性和發(fā)展性評價，促進(jìn)學(xué)生全面健康發(fā)展。在教學(xué)實(shí)踐中，教師要構(gòu)建多維評價體系。如利用教學(xué)網(wǎng)站或其他網(wǎng)絡(luò)平臺構(gòu)建學(xué)生綜合評價體系，評價內(nèi)容包括回答問題、課堂展示、提出質(zhì)疑、項目展示、合作交流等。教師要給學(xué)生自評、互評與反思的機(jī)會，培養(yǎng)學(xué)生良好的項目記錄能力與習(xí)慣，讓學(xué)生在對自身及他人的活動評價和反思中不斷成長。評價設(shè)計中還可加入小組評價和教師評價等，讓學(xué)生逐步學(xué)會客觀地評價他人和正確地看待他人的評價。教師更要重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的創(chuàng)新思維、計算思維、編程能力和人機(jī)協(xié)同等人工智能素養(yǎng)水平，尤其是創(chuàng)新思維應(yīng)重點(diǎn)考查。

初中人工智能課程設(shè)計建議

1.“做中學(xué)”建構(gòu)知識，呼喚學(xué)生的創(chuàng)新意識

“做中學(xué)”是由美國實(shí)用主義哲學(xué)家、教育家約翰·杜威提出的，他認(rèn)為，“從做中學(xué)”也就是“從活動中學(xué)”“從經(jīng)驗中學(xué)”?；凇白鲋袑W(xué)”的人工智能教育，教師需要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)適合他們經(jīng)驗的活動主題，引導(dǎo)學(xué)生在動手實(shí)踐中完成任務(wù)，在實(shí)踐過程中思考解決問題的方法與策略，建構(gòu)人工智能知識[7]。如在制作“智能垃圾分類”模型的過程中，學(xué)生在明確了垃圾分類的標(biāo)準(zhǔn)后，借助人工智能學(xué)習(xí)平臺采集數(shù)據(jù)，體驗機(jī)器進(jìn)行垃圾識別的過程，完成模型訓(xùn)練，最后再應(yīng)用訓(xùn)練的模型對垃圾進(jìn)行識別，識別出可回收物、有害垃圾、廚余垃圾或其他垃圾。學(xué)生在“做中學(xué)”的過程中，了解機(jī)器學(xué)習(xí)的基本過程和方法，為后續(xù)深入學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容打下基礎(chǔ)。學(xué)生通過“做中學(xué)”，實(shí)現(xiàn)人工智能知識的構(gòu)建，喚醒創(chuàng)新意識，以逐步適應(yīng)人工智能的生存環(huán)境。

2.“用中學(xué)”培養(yǎng)能力，鍛煉學(xué)生的創(chuàng)新思維

“用中學(xué)”的理念鼓勵學(xué)生通過運(yùn)用所學(xué)知識解決現(xiàn)實(shí)問題，實(shí)現(xiàn)知識的遷移和拓展，從而將知識、技能和方法轉(zhuǎn)化為核心素養(yǎng)?！坝弥袑W(xué)”的人工智能教學(xué)，教師需要把實(shí)際問題融入真實(shí)的情境中，讓學(xué)生在真實(shí)情境中用人工智能解決實(shí)際問題。如為解決飯卡容易丟失的問題，某學(xué)生想要為食堂開發(fā)一款刷臉支付的程序，以代替飯卡的使用。在實(shí)踐過程中，學(xué)生先學(xué)習(xí)采集一位同學(xué)的人臉數(shù)據(jù)并正確識別該同學(xué)。接著采集多位同學(xué)的人臉數(shù)據(jù)，并正確識別出不同人臉。在程序的驗證階段，學(xué)生發(fā)現(xiàn)用照片也能進(jìn)行刷臉支付，所以，在真實(shí)的人臉識別中，一定要加入“活體檢測”。學(xué)生通過“初始化設(shè)備—采集人臉—識別人臉”的過程初步解決刷臉支付的問題?！坝弥袑W(xué)”幫助學(xué)生在應(yīng)用人工智能解決問題的過程鍛煉了解決復(fù)雜問題的能力和創(chuàng)新思維。

3.“創(chuàng)中學(xué)”提升素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力

為提高學(xué)生的人工智能創(chuàng)新能力，人工智能教育就不應(yīng)停留于把學(xué)生培養(yǎng)成智能工具的消費(fèi)者層面，而應(yīng)將學(xué)生培養(yǎng)成人工智能的創(chuàng)新應(yīng)用者，將“創(chuàng)中學(xué)”教育理念與方法融入教學(xué)[8]?！皠?chuàng)中學(xué)”可通過創(chuàng)設(shè)跨領(lǐng)域的復(fù)雜主題情境引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用人工智能創(chuàng)造性解決問題，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“分析問題—設(shè)計方案—應(yīng)用人工智能—解決問題”的過程，在創(chuàng)造性解決問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，提升學(xué)生的人工智能素養(yǎng)。如在開發(fā)“紅橙分揀器”的項目活動中，學(xué)生要解決根據(jù)紅橙的顏色和大小來預(yù)測紅橙的品質(zhì)問題。學(xué)生先初始化攝像頭與圖像識別模塊，再采集紅橙圖像進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)，接著識別圖像，最后鑒別出優(yōu)質(zhì)紅橙和一般紅橙并進(jìn)行分類。通過“創(chuàng)中學(xué)”提升了學(xué)生的人工智能素養(yǎng)，發(fā)展了學(xué)生的創(chuàng)新能力。

注：本文系廣東省中小學(xué)教師教育科研能力提升計劃重點(diǎn)項目“基于ICS教學(xué)理念的中小學(xué)人工智能課程實(shí)踐研究”（課題批準(zhǔn)號：2022ZQJK062）研究成果

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