教師+AI，創(chuàng)造更好的教育

高潔 肖明 王有學

信息技術應用能力是新時代高素質(zhì)教師的核心素養(yǎng)。教育部于2019年4月發(fā)布了《關于實施全國中小學教師信息技術應用能力提升工程2.0的意見》，大數(shù)據(jù)、人工智能等新技術變革對教師信息素養(yǎng)提出了新要求：要適應信息技術發(fā)展趨勢與分層分類培訓需求;提高應用信息技術進行教學設計等的能力;充分利用人工智能等新技術成果助推教師教育，提升校長、教師面向未來教育發(fā)展進行教育教學創(chuàng)新的能力;整合高等學校、企業(yè)等多方資源，組建培訓團隊，開展信息技術支持的跨學科教學培訓;加強智能化教育領航名校長名師培養(yǎng);面向社會匯聚教師信息素養(yǎng)提升的教育大資源，積極引入大數(shù)據(jù)、云計算、虛擬現(xiàn)實和人工智能等前沿技術支持的實物情景和實訓操作等培訓資源。可以明顯看出，人工智能已成為國家提升教師信息技術應用中的重要能力之一。

面向新時代的中小學教師人工智能素養(yǎng)要求

中小學教師人工智能素養(yǎng)要求教師學會使用AI技術輔助教學、管理教學、評價教學和理解AI技術在教學中合適場景下的應用。這也為人工智能素養(yǎng)培訓課程提供了設計思路。中小學教師的人工智能素養(yǎng)提升是通識教育，內(nèi)容為人工智能在教育領域中的探索與應用，而不是通過培訓使教師成為編程精英、成為精通神經(jīng)網(wǎng)絡和機器學習的工程師。最重要的是，使教師知道人工智能是什么、其重要意義及如何應用等。教師要了解人工智能、感受人工智能、應用人工智能。尤其對于基礎教育一線的教師，應結(jié)合基礎教育特點，發(fā)揮“人工智能+教育”優(yōu)勢，進行通識教育提升素養(yǎng)。一方面，要讓教師了解并學會更多可以輔助教育教學的AI教學應用和管理應用;另一方面，要讓教師了解并會自主選擇培養(yǎng)學生創(chuàng)造精神和引起技術興趣的AI創(chuàng)造工具，兩方面目的都是打開教師視野，為教師提供豐富的各類資源，讓教師自由選擇。

培訓課程開展情況

1.課程宗旨和前期調(diào)研

課程培訓的定位是通識教育，目的是為了提升教師人工智能素養(yǎng);培訓對象為幼兒園、中小學、直屬事業(yè)單位全學科教師;培訓內(nèi)容為了解人工智能、感受人工智能、應用人工智能。為了更好地了解教師的培訓需求，我們進行了培訓前的問卷調(diào)研。調(diào)研發(fā)現(xiàn)，大部分教師希望多培訓信息技術在教學中的應用，多一些案例和視頻，區(qū)級多開設人工智能教育培訓和指導。

2.培訓課程開展具體情況

學員們通過對人工智能教育的理論和實踐經(jīng)驗，探索人工智能在教育教學中的作用，具體了解了人工智能在教育中的發(fā)展與現(xiàn)狀。通過實際案例學習人工智能教育的教學設計方法，能夠?qū)⑷斯ぶ悄芗夹g與學科融合，形成自己的智能教學設計。截至目前，我們面向全學科教師共舉辦了八期人工智能教育培訓。前四期內(nèi)容包括：“人工智能教育與創(chuàng)新人才培養(yǎng)”“人工智能技術發(fā)展歷程及在教育中的應用”“人工智能與學科教學融合”“人工智能創(chuàng)新智能教育授課案例體驗及操作討論”“人工智能教育及教育應用教學設計”“教學設計成果匯報與交流”等幾十個專題。在前四期的培訓過程中，我們發(fā)現(xiàn)了如課程時間安排、課程內(nèi)容設置、學員學科與課程匹配度、學員報名積極性與教室人數(shù)等方面的問題，接下來后四期培訓中針對這幾個問題進行了課程方案的改進。

第五期和第七期面向各學科教師，鼓勵非信息技術學科教師參訓;第六期和第八期面向各學科教師，鼓勵信息技術學科教師參訓。相應地，我們將人工智能培訓分為兩種主題：人工智能在教育領域中的應用內(nèi)容為：通過對人工智能教育的理論和實踐經(jīng)驗，探索人工智能在教育教學中的作用，學習交互式智能課件的制作，學習虛擬現(xiàn)實和增強現(xiàn)實實驗設備在學科教學中的應用;通過實際案例學習人工智能教育的教學設計方法，能夠?qū)⑷斯ぶ悄芗夹g與學科融合，形成自己的智能教學設計。人工智能技術操作與實踐主題內(nèi)容為：了解人工智能教育環(huán)境構建及人工智能背景的人才培養(yǎng)，學習如何設計人工智能課程，海淀區(qū)人工智能實訓平臺應用的介紹與實踐，Scratch編程活動設計、3D創(chuàng)意編程體驗，語音識別的技術原理與體驗，機器學習的相關理論與應用、KOOV STEAM 教學-編程教育實踐與探索等，課程具體內(nèi)容不在此贅述。

3.部分培訓內(nèi)容展示

（1）人工智能實驗室應用講解。其形式為：專題講座、技術體驗。從人工智能政策及社會環(huán)境、人工智能技術環(huán)境、教育發(fā)展環(huán)境及物理環(huán)境四個角度對人工智能教育環(huán)境基礎進行了詳細介紹。介紹了人工智能與教育應用的結(jié)合點，通過教育信息化2.0政策引出人工智能教育環(huán)境基礎的主要特征和時代要求，從人工智能的計算智能、感知智能及認知智能三個層次介紹了當今人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀。最后從人工智能智慧教室物理環(huán)境進行了現(xiàn)狀陳述和未來展望。在培訓中，還現(xiàn)場演示了相關人工智能產(chǎn)品及技術。

（2）人工智能教育與創(chuàng)新人才培養(yǎng)。其形式為：專題講座。通過人工智能技術在司法、醫(yī)療、社會服務等領域的應用，細致講解了人工智能與行業(yè)結(jié)合的切入點和應用價值，隨后引入“人工智能+教育”，從提升教學效率，促進學生個性化學習，保障考試公平性，實現(xiàn)智慧化管理等維度講解了人工智能在教育細分領域中的應用。從人才培養(yǎng)的角度講解了人工智能對未來教師、未來學生的要求，強調(diào)人工智能對教育改革的促進作用。

（3）人工智能創(chuàng)新教育授課案例體驗及操作討論。其形式為：理論講授、小組活動。本節(jié)課以小組活動方式，帶領學員組建隊伍，設計一節(jié)人工智能課程。通過時代的發(fā)展變化和創(chuàng)造力引入，并通過科普視頻觀看、互動講授、提供參考資料、軟件的操作演示體驗，給學員們進行了人工智能和機器學習的知識補充。通過頭腦風暴和深度探究兩個進階式任務式課程設計實戰(zhàn)，讓學員依據(jù)參考資料，及教研式交流討論通過社會化學習的方式進行項目實戰(zhàn)。在實戰(zhàn)過程中，由導師進行一對一針對性指導，并針對學員分享進行點評。通過對話分享解析了教學模式、教學方法、課程亮點和學生培養(yǎng)四個模塊。通過典型案例介紹了人工智能教學的設計技巧，指導學員們切身實踐如何設計一節(jié)人工智能課，幫助學員們學習課程設計的方式，提高課程設計的能力，揭釋人工智能課程意義，為未來教師做好準備，使人工智能課堂能真正落地學校。

（4）人工智能教學實驗室V1.0核心技術與展望。其形式為：專題講座。從“人工智能+教育”和“教育+人工智能”的辨析引入，通過人工智能+校園建設闡述了智慧校園建設的三個標準：一是落地到學校的剛需應用，覆蓋教、學、管; 二是互聯(lián)互通，在常態(tài)化應用過程中采集伴隨式數(shù)據(jù);三是數(shù)據(jù)分析，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的應用，促使針對教、個性學、科學管。人工智能教室除了需要具備SMART模型特性外，更需要實現(xiàn)課堂行為數(shù)據(jù)與學習數(shù)據(jù)的采集和分析，實現(xiàn)個性化、分層化的教學。介紹人工智能進校園的方式和途徑，從課程建設、實驗室建設以及培訓活動幾個方面來使人工智能落地學校，培養(yǎng)學生對人工智能的鑒賞力、理解力和應用力。

（5）人工智能與學科教學的融合發(fā)展實施策略。形式為：理論講授、小組活動。在介紹人工智能概念、發(fā)展歷程、國家戰(zhàn)略的基礎上，詳細介紹當前人工智能在教育領域中應用的具體技術和案例，如基于計算機視覺的手語識別及翻譯、視覺動作捕捉與視頻分析、情感計算、基于圖像識別的拍照搜題、語音識別、音頻識別、基于自然語言處理的作文自動批閱、自適應學習等，并在此基礎上開展人工智能與學科深度融合的討論。

（6）交互式智能課件制作。其形式為：理論講授、實際操作。圍繞互動式教學軟件在教學中的應用展開培訓，主要培訓軟件操作及信息技術與教育教學的結(jié)合，包括希沃白板5、希沃授課助手、班級優(yōu)化大師。通過教育信息化相關政策、互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展趨勢、中央電化教育館相關活動進行引入;通過實際案例視頻激發(fā)學習興趣，結(jié)合豐富的課堂互動進行講解，詳細介紹了軟件操作方法。

（7）3D編程在學科教學中的應用。其形式為：理論講授、實際操作。本節(jié)課主要讓參訓教師了解VR的概念、特征、技術要求、國內(nèi)外發(fā)展歷史等背景，了解VR在行業(yè)特別是教育行業(yè)的應用;體驗不同學科VR課件資源，通過實際操作與課例分享，了解VR+教育的產(chǎn)品及應用現(xiàn)狀，同時完成初級、進階的任務。

（8）虛擬實驗平臺的學科應用。其形式為：理論講授、實際操作。本次培訓以實驗教學為切入口，結(jié)合最新的信息技術手段，讓教師可以上一節(jié)高效和生動的物理課程。利用信息化手段，輔助老師進行教學，避免在實際教學過程存在的危險，比如易燃易爆、有毒氣體、腐蝕藥品等危害。多角度、多種類的資源，解決了取材難、周期長、成功率低的問題。課件資源、動手實驗、觀察實驗的內(nèi)容幫助老師講解更加精彩的科學實驗。

（9）AR和VR在學科教學中的應用。其形式為：理論講授、實際操作。從VR是什么、VR技術的發(fā)展和應用現(xiàn)狀、VR技術在教學中的應用、各校使用VR設備進行教學的案例及演示如何利用VR設備上課等方面對虛擬現(xiàn)實教學進行了詳細介紹。增強現(xiàn)實設備在教學中的應用、各地使用增強現(xiàn)實設備教學的案例及現(xiàn)場演示使用AR設備教學的上課流程。增強現(xiàn)實技術和虛擬現(xiàn)實技術在教學中的突出優(yōu)點，可以解決傳統(tǒng)課堂的一些問題。最后由教師體驗增強現(xiàn)實設備和虛擬現(xiàn)實設備，對設備使用流程及上課流程有一個直觀的認識。針對課程內(nèi)容的不同設計形式，教師對上課流程有一個了解，對如何使用設備上課、上課過程的注意事項有清晰的認識，體驗后對課程內(nèi)容進行交流溝通。

4.培訓作業(yè)、評價、反饋及成果

每次培訓結(jié)束后，我們會讓參訓學員提交一份以人工智能為主題的教學設計，并在最后一次課上進行展示匯報。我們?yōu)榕嘤栐O計了作業(yè)評價量表、培訓反饋問卷，參訓學員能夠通過作業(yè)評價量表了解自己的學習情況，反饋問卷也為今后的培訓改進提供依據(jù)。每期培訓結(jié)束后，我們會擇優(yōu)將學員作業(yè)匯編成冊，包括《教學設計案例集》《培訓學員文集》《現(xiàn)場成果圖集》《培訓反饋統(tǒng)計報告》等，這些成果記錄了自人工智能教學實驗室成立以來所有針對人工智能教育研究、培訓、組織、會議、討論等過程內(nèi)容。

特色與展望

我們認為，教師人工智能素養(yǎng)提升課程方案有以下特色：（1）課程宗旨為通識教育。為教師們更多打開眼界，了解、感受、應用AI。（2）課程強調(diào)教師作品。通過教學設計匯報分享讓教師真正學以致用。（3）課程組織形式多樣。小組合作、任務驅(qū)動、體驗實踐讓教師參與其中。（4）課程采用旁聽生制度。讓更多的教師有學習機會，充分發(fā)揮師資力量。（5）課程注重成果匯編。不浪費教師們每一份自己的心血，將作品轉(zhuǎn)化為成果。（6）課程注重學科分類。技術學科與非技術學科安排不同期數(shù)的主題課程。

作者單位：北京市海淀區(qū)教育科學研究院