【摘 要】《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》將人工智能納入了中小學(xué)信息科技教育體系。在人工智能時(shí)代熱潮下，廣西壯族自治區(qū)柳州市第八中學(xué)基于工程思維對(duì)中學(xué)人工智能課程進(jìn)行探究實(shí)踐，并總結(jié)出課程探究的成效。

【關(guān)鍵詞】工程思維；人工智能；科技教育；中學(xué)生；人工智能課程

【中圖分類(lèi)號(hào)】G434 " 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2025）01-065-02

研究背景

隨著智能客服機(jī)器人、無(wú)人駕駛汽車(chē)等人工智能技術(shù)的普及，提升人工智能教育和素養(yǎng)成為迫切需求。2024年教育部發(fā)布的《關(guān)于加強(qiáng)中小學(xué)人工智能教育的通知》中，強(qiáng)調(diào)要以人工智能引領(lǐng)構(gòu)建以人為本的創(chuàng)新教育生態(tài)，服務(wù)引導(dǎo)學(xué)生正確處理人與技術(shù)、社會(huì)的關(guān)系，促進(jìn)思維發(fā)展，培養(yǎng)創(chuàng)新精神，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。在此背景下，學(xué)校以工程思維為核心，普及推廣人工智能課程，讓人工智能走進(jìn)學(xué)生生活，取得顯著成效。

工程思維在研究文獻(xiàn)中表現(xiàn)為系統(tǒng)分析、權(quán)衡比較的籌劃性思維，其核心在于發(fā)現(xiàn)并解決問(wèn)題，通過(guò)實(shí)際操作獲取成長(zhǎng)與提升。這種思維方式注重目標(biāo)的實(shí)際價(jià)值，強(qiáng)調(diào)可行性。具體而言，學(xué)生面對(duì)問(wèn)題時(shí)，可以提出多樣化的創(chuàng)意方案，但在解決問(wèn)題時(shí)，需聚焦切實(shí)可行的途徑。教師在此過(guò)程中鼓勵(lì)學(xué)生自由討論，隨后給予引導(dǎo)，促使學(xué)生回歸實(shí)際問(wèn)題，設(shè)計(jì)出既科學(xué)又可行的方案。人工智能是一門(mén)由計(jì)算機(jī)、心理學(xué)、哲學(xué)等多學(xué)科交叉融合的新興學(xué)科，覆蓋的知識(shí)面很廣[1]，目前大部分學(xué)校的現(xiàn)狀是把人工智能課程開(kāi)成單純的編程課，但僅僅單純地學(xué)習(xí)一門(mén)人工智能課或者新興技術(shù)課是不能完全了解和在生活中熟練地運(yùn)用人工智能技術(shù)的。

人工智能課程培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐

1.實(shí)施問(wèn)題導(dǎo)向、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)、賽創(chuàng)融合的人工智能課程

基于工程思維的人工智能課程，是教師以學(xué)生為中心，注重理論與實(shí)踐的結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)的。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，工程思維方法中的系統(tǒng)分析、方案設(shè)計(jì)、模型構(gòu)建與測(cè)試得以被運(yùn)用，培養(yǎng)了學(xué)生創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力[2]。

（1）問(wèn)題導(dǎo)向?qū)W習(xí)。創(chuàng)設(shè)與學(xué)生學(xué)習(xí)生活息息相關(guān)的真實(shí)情景，如智能校園情景，在情景中設(shè)計(jì)一系列問(wèn)題，如提出“如何利用圖像識(shí)別技術(shù)識(shí)別學(xué)生是否佩戴校牌”等問(wèn)題，在智慧交通情景中，提出“怎樣借助機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)預(yù)測(cè)交通擁堵趨勢(shì)，尋找合適的上學(xué)路線”。（2）項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)。以實(shí)施項(xiàng)目的方式，讓學(xué)生以團(tuán)隊(duì)的形式開(kāi)展學(xué)習(xí)，團(tuán)隊(duì)成員共同進(jìn)行問(wèn)題剖析、信息挖掘、小組討論、方案設(shè)計(jì)與作品優(yōu)化，最終完成創(chuàng)意作品。如在“智能校園環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)”項(xiàng)目中，促使學(xué)生主動(dòng)整合多學(xué)科知識(shí)，包括物理、化學(xué)、信息技術(shù)等多學(xué)科知識(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)校園環(huán)境參數(shù)（如溫度、濕度、空氣質(zhì)量等）的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與智能調(diào)控。（3）賽創(chuàng)融合學(xué)習(xí)。以人工智能與編程類(lèi)競(jìng)賽為依托，有效推動(dòng)學(xué)生“賽中學(xué)”知識(shí)、“賽中做”實(shí)踐、“賽中創(chuàng)”新。如組織學(xué)生參與教育部白名單中的機(jī)器人競(jìng)賽及虛擬機(jī)器人足球課程，學(xué)生面對(duì)競(jìng)賽任務(wù)與對(duì)手挑戰(zhàn)，不斷嘗試新方案、優(yōu)化算法、創(chuàng)新策略，在實(shí)踐操作中強(qiáng)化編程與人工智能專業(yè)技能，實(shí)現(xiàn)能力的綜合提升。

2.優(yōu)化教材選擇與教學(xué)場(chǎng)所

（1）分層教材體系。在認(rèn)知與理解階段，學(xué)校安排每周2節(jié)面向全體學(xué)生的零基礎(chǔ)課程，選用Mind+圖形化編程軟件和“人工智能入門(mén)”課程，以直觀的圖像識(shí)別和語(yǔ)音交互方式，幫助學(xué)生初步了解人工智能理論原理，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在應(yīng)用與實(shí)踐階段，學(xué)校每學(xué)期開(kāi)設(shè)8—10節(jié)課后服務(wù)課程，選用優(yōu)必選AI智慧教育平臺(tái)開(kāi)設(shè)“AI超級(jí)工程師”以及“AI未來(lái)小鎮(zhèn)”課程，促使學(xué)生深入鉆研人工智能算法、掌握編程技巧并學(xué)會(huì)團(tuán)隊(duì)協(xié)作策略。如在“AI超級(jí)工程師”課程里，學(xué)生需要親自設(shè)計(jì)機(jī)械手臂，編寫(xiě)程序并進(jìn)行調(diào)試，讓機(jī)械手臂能夠模擬人手臂完成物品拿取、搬運(yùn)等特定任務(wù)。在競(jìng)賽和培優(yōu)階段，學(xué)校每學(xué)期安排36學(xué)時(shí)，用于包括C++編程在信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽中的應(yīng)用、Python在人工智能領(lǐng)域的編程項(xiàng)目，學(xué)生將深入探究人工智能算法的優(yōu)化技術(shù)、模型的開(kāi)發(fā)流程，以及創(chuàng)新性的應(yīng)用實(shí)踐[3]，以深化學(xué)生對(duì)人工智能領(lǐng)域的理解和應(yīng)用能力。

（2）多元教學(xué)場(chǎng)所利用。整合校內(nèi)資源，學(xué)校除配備三間常規(guī)機(jī)房用于日常人工智能課程教學(xué)外，還建設(shè)了柳州市第一家中學(xué)生眾創(chuàng)空間。眾創(chuàng)空間占地1500平方米，涵蓋人工智能活動(dòng)室和實(shí)驗(yàn)室，為學(xué)生提供了將創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為實(shí)際作品的理想環(huán)境。在這里，學(xué)生能夠充分發(fā)揮創(chuàng)造力，自主解決問(wèn)題，培養(yǎng)克服困難、勇于創(chuàng)新的科技品質(zhì)。

（3）拓展校外合作。學(xué)校加強(qiáng)與高校，如廣西科技大學(xué)、電子科技大學(xué)合作，共建中學(xué)生科技創(chuàng)新教育平臺(tái)；與柳州市科技館合作開(kāi)設(shè)“科技創(chuàng)新校外第二課堂”，定期組織學(xué)生參加科技館的科普活動(dòng)；與優(yōu)必選研究院合作打造人工智能與機(jī)器人教育實(shí)驗(yàn)室，共同開(kāi)展課程研發(fā)、師資培訓(xùn)和項(xiàng)目合作，引入先進(jìn)的技術(shù)和教育資源，提升學(xué)校人工智能教育水平。

課程探究的成效

1.學(xué)生綜合素質(zhì)全面提升

一是鍛造了學(xué)生跨學(xué)科整合與知識(shí)遷移能力。人工智能課程作為多學(xué)科交叉融合的新興學(xué)科，促使學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中主動(dòng)融合多學(xué)科知識(shí)，將各學(xué)科知識(shí)有機(jī)整合，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜問(wèn)題的有效解決，從而極大地提升了跨學(xué)科整合能力與知識(shí)遷移應(yīng)用能力。二是塑造了學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)的品質(zhì)和培養(yǎng)了其創(chuàng)新意識(shí)。在參與競(jìng)賽和創(chuàng)新實(shí)踐的過(guò)程中，學(xué)生不斷自我挑戰(zhàn)，不斷接觸新的知識(shí)領(lǐng)域和技術(shù)難題，如在探索人工智能算法優(yōu)化的競(jìng)賽中，為了取得更好成績(jī)，學(xué)生必須持續(xù)學(xué)習(xí)前沿理論，勇于嘗試新算法和模型架構(gòu)，不斷突破自我，進(jìn)而逐漸養(yǎng)成持續(xù)學(xué)習(xí)的習(xí)慣和勇于創(chuàng)新的精神。三是培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)協(xié)作和批判思維的能力。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)團(tuán)隊(duì)合作的重要性，在項(xiàng)目完成的過(guò)程中，學(xué)生需要共同開(kāi)展研究，各司其職又相互配合，通過(guò)對(duì)項(xiàng)目方案的反復(fù)討論、評(píng)估和改進(jìn)，學(xué)生能夠從不同角度思考問(wèn)題，客觀分析方案優(yōu)劣，培養(yǎng)批判性思維。

2.推動(dòng)了學(xué)校特色發(fā)展

一是提高了教育教學(xué)質(zhì)量。開(kāi)設(shè)人工智能課程，教師有機(jī)會(huì)接觸到最前沿的信息科技知識(shí)，通過(guò)專題培訓(xùn)和自主學(xué)習(xí)不斷提升自身的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)能力。在指導(dǎo)開(kāi)展跨學(xué)科項(xiàng)目學(xué)習(xí)和競(jìng)賽實(shí)踐活動(dòng)中，不同學(xué)科教師探究合作學(xué)習(xí)，通過(guò)人工智能課程跨學(xué)科研究，掌握更先進(jìn)的教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生更好地進(jìn)行學(xué)習(xí)，進(jìn)而推動(dòng)學(xué)校整體教育教學(xué)質(zhì)量提高。二是擴(kuò)大學(xué)校影響力與促進(jìn)人才培養(yǎng)。作為學(xué)校的特色項(xiàng)目，每年通過(guò)舉辦科技文化藝術(shù)節(jié)、開(kāi)放眾創(chuàng)空間基地研學(xué)、跨學(xué)科項(xiàng)目式科技冬令營(yíng)等活動(dòng)，指導(dǎo)學(xué)生利用跨學(xué)科知識(shí)，以項(xiàng)目化的形式解決生活中的問(wèn)題，向社會(huì)各界展示了學(xué)校在人工智能教育領(lǐng)域的實(shí)力和學(xué)生的風(fēng)采，進(jìn)一步擴(kuò)大了學(xué)校的社會(huì)影響力。更重要的是，人工智能教育的實(shí)施為學(xué)校培養(yǎng)了一批批具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的學(xué)生，為學(xué)校的可持續(xù)發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

未來(lái)，學(xué)校將繼續(xù)深化課程改革，堅(jiān)持以提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為核心，進(jìn)一步優(yōu)化人工智能課程體系；積極探索創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式，加強(qiáng)與高校、企業(yè)的合作，引入更多前沿技術(shù)和資源。同時(shí)，學(xué)校將持續(xù)提升教師專業(yè)素養(yǎng)，為教師提供更多發(fā)展機(jī)會(huì)，推動(dòng)教師在人工智能教育領(lǐng)域不斷創(chuàng)新；努力培養(yǎng)更多適應(yīng)時(shí)代需求的創(chuàng)新型人才。

注：本文系2023年度廣西教育信息化教學(xué)應(yīng)用實(shí)踐共同體專項(xiàng)課題“教育數(shù)字化轉(zhuǎn)型下區(qū)域AI教育共同體發(fā)展路徑與實(shí)踐研究”（編號(hào)：2023ZJY518）階段性成果

參考文獻(xiàn)

于勇，徐鵬，劉未央. 我國(guó)中小學(xué)人工智能教育課程體系現(xiàn)狀及建議：來(lái)自日本中小學(xué)人工智能教育課程體系的啟示[J]. 中國(guó)電化教育， 2020（8）：7.DOI：10.3969/j.issn.1006-9860.2020.08.014.

宋玉潔. 面向工程思維培養(yǎng)的初中人工智能拓展課教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐[D]. 上海：華東師范大學(xué)，2022.

周晉. 關(guān)于人工智能的深度學(xué)習(xí)算法[J]. 電腦編程技巧與維護(hù)，2019（7）：3.DOI：10.3969/j.issn.1006-4052.2019.07.044.