基于人工智能的科技社團校本課程開發研究

查德清

【摘 要】人工智能教育作為教育發展的新形態，為學校科技社團的發展注入了新的活力，為培育學生科學核心素養提供了新的手段。作為新生事物，基于人工智能的科技社團活動在實踐層面出現了一些亟待解決的問題，如活動內容呈現碎片化、松散化、階段化，不利于系統性地培養學生的科學素養。基于此，本文對人工智能背景下的科技社團校本課程開發進行了探究。

【關鍵詞】人工智能 核心素養 科技社團 校本課程

人工智能的快速發展為深化教育改革帶來了無限可能，同時伴隨著大數據、深度學習的跨越式發展，更促使了人工智能應用的無所不及。把新技術、新科技引入學校課程教育成為適應時代發展的重要舉措。在科技社團中引入適合學生心智發展的人工智能技術，將為學校科技教育增添新的色彩，為提升學生科學核心素養插上騰飛的翅膀。

一、科學學科核心素養內容概述

課程實施是培養學生學科核心素養的重要途徑，學校要通過實施國家規定的課程，落實立德樹人的根本任務。科學課程是發展學生智力、培育學生能力、形成實踐創新力的重要途徑之一，我們要通過科學課程的實施，培育學生的科學核心素養。其中科學觀念是基礎，這是對自然現象的一種基本認識;科學思維是形成科學觀念的重要途徑;科學探究是通過一定的科學方法獲取和處理信息，并對結果進行交流和評價的實踐過程;科學態度是本著實事求是的精神，對科學技術持正確立場，具有嚴謹、執著的探索精神和應有的社會責任感。以上四個維度的內容既相對獨立、各有側重，又緊密聯系、相互補充。

科技社團作為科學課程的重要補充和延伸，有助于培養學生善于探究、勇于實踐的科學精神，幫助學生形成良好的科學素養。

二、科技社團活動開展現狀和構建科技社團校本課程的必要性

隨著人工智能的不斷普及，《新一代人工智能發展規劃》通知的出臺，把人工智能教育引入課程教學已然成為不可逆轉的趨勢。目前，已有越來越多的學校建起了創客教室、機器人教室等適應時代發展、適合學生實踐創新的智慧教室，同時，還組建了活動內容豐富多彩的科技社團，以期育人才、打品牌、創特色。把當前熱門的人工智能技術引入科技社團，契合上級教育主管部門通知要求，順應時代發展潮流，符合學生發展需要。

在實踐中，科技社團活動中的傳統科技活動項目正逐步被以機器人、物聯網等為代表的人工智能項目所取代。特別是近幾年，隨著各級“科協”對學校科技教育的關注及助推，更加快了人工智能項目進校園的普及程度。在學校的大力支持下，教師參與積極性高，一個又一個科技社團如雨后春筍般涌現出來，成為科技創新人才的重要孵化陣地。同時，在各級各類人工智能項目競賽的引領下，越來越多的學校開始投入不菲的資金，依托科技社團，轟轟烈烈、如火如荼地參加各類競賽活動，并且規模不斷發展壯大。

隨著基于人工智能項目的科技社團活動持續性深入開展，各類問題也開始顯現。作為新生事物，人工智能項目科技含量高，挑戰性強，教師自身基礎薄弱，又沒有現成的經驗可循，社團活動不可避免地呈現碎片化、松散化、階段化的狀況。很多學校在開展科技社團活動時沒有適用的校本課程，社團活動隨意性大，缺乏系統性，基本處于摸著石頭過河的狀態。因此，開發適合科技社團活動的校本課程成為當前急切需要解決的問題。

三、人工智能背景下科技社團校本課程開發策略

作為科學課程的延伸和補充，基于人工智能的科技社團校本課程設計首先要因地制宜，結合學校的實際情況，充分考慮學生的認知規律和年齡特征，要具有可實施性、可操作性。課程安排不能過于“功利性”，僅為競賽而準備。同時，課程要充分考慮是否有利于學生科學核心素養的養成，要讓學生通過實踐活動，能認識到技術的學習是為了解決現實問題，并在實踐中幫助學生逐步形成科學思維，樹立正確的科學觀。

1.建立合作機制，實現優勢互補

校本課程的開發是一項復雜的系統性工程，涉及課程內容的選取、編排、審定、出版等眾多流程，牽涉到人、事、物方方面面的問題。因此，校本課程的開發需要建立一定的合作機制，集思廣益，發揮團隊的作用。人工智能是一項快速發展的新技術，融合了科學、信息、勞技等眾多學科知識。因此，科技社團校本課程的開發具有一定的專業性和學科融合性，學校在組織教師參與開發時，要實現多學科聯動，并且做到分工明確，既要發揮個人專長，又要實現融合創新。

在開發過程中，可以科學、信息、勞技等學科任課教師為主體，學校領導和校外專家為指導，實現多層次、全方位的協作。團隊先進行科學評估，確定課程開發方向和課程開發目標后，再分工實施。同時，在課程開發過程中，需要充分發揮核心成員在課程開發中的主導作用，在學校管理層面的全局推動下，引導教師團隊積極參與。

科技社團輔導教師通常由信息技術、科學和勞技學科的教師組成。這幾個學科的教師在參與課程開發的過程中，更要突出其學科優勢，把人工智能技術與信息技術、科學及勞技知識進行深度整合，進而實現課程的創新融合，達成人工智能科技社團校本課程的開發目標。

2.基于核心素養優選校本課程的學習內容

科技社團活動的開展，為學生提供了內容豐富多彩的學習平臺，同時，提升了學校的辦學層次。學校開設科技社團活動的目的是為了豐富學生的業余生活，培養學生適應未來社會的能力，提升學生的科學素養。因此，在開發科技社團校本課程過程中，課程內容的編排始終要圍繞核心素養，課程內容要體現科學素養。

引入最前沿的人工智能技術應用于科技社團活動中，符合現代學生的需求，也有助于培養學生的科學探究力和科學創造力，進而為發展學生的科學素養注入動力。人工智能的涉及面廣，所涵蓋的領域非常寬泛，同時，人工智能技術專業性很強，如何在浩瀚的人工智能海洋中，汲取適合學生發展需要的內容，需要進行大量的學習和篩選。課程開發教師要了解人工智能目前的主要應用情況，熟悉哪些人工智能內容適合引進社團，以此篩選出合適的人工智能項目作為課程學習內容。

人工智能技術有趣而深奧，在設計課程內容時，選擇相對淺顯但有趣的內容，可以很好地激發學生的學習欲望和探究興趣，如結合信息技術，設計基于Scratch或Python編程語言的機器人、物聯網實驗項目。人工智能技術應用開發編程，有一定的挑戰性，也比較容易讓學生擁有獲得感。對這一內容進行設計時，由于學生已有一定的Scratch或Python編程基礎，再結合硬件，通過創意編程和硬件設置使想法成為現實，學生會獲得極大的成就感，科學思維也可以得到有效提升。另外，通過編程設計，還可以培養學生嚴謹的科學態度和不懈的科學精神，非常有助于學生科學素養的形成。除了開發機器人、物聯網等與信息技術緊密關聯的課程內容外，還可以結合勞技學科，設計基于學生動手實踐的電子百拼、各類建模實驗項目等內容，以豐富科技社團活動內容，從不同層面促進學生科學素養的形成。

3.基于核心素養優化課程的編排和流程

課程內容要體現理論性、可操作性及創新性。人工智能涉及的內容要符合學生的認知規律和年齡特征，有序推進，以模塊化、主題化為導向，并與各章節內容相匹配。例如，課程可以先帶領學生認識人工智能，并讓學生感知人工智能的強大應用，從而激發探究人工智能的興趣，再通過大量的應用實例，讓學生對人工智能建立初步的認識，形成一定的概念。另外，可以通過體驗性學習課程來幫助學生感知人工智能在教育領域的應用，以及熟悉社團人工智能環境，為接下來學生的探究實踐打好基礎。課程中還可以安排一定數量的影音、圖像等內容，進一步激發學生進行科學探究的動力，幫助學生樹立科學觀念。

在學生學完人工智能強大應用章節后，可通過文字識別、圖片識別、語音識別等應用內容的設置，結合各類傳感器，借助奇思妙想的編程，來提升學生的實踐能力。

總之，要通過“體驗—實踐—感悟—創新”這樣的課程編排體系來組織課程內容，最終在一系列的實踐活動中激發學生的科學思維能力。

4.發揮技術優勢，實現課程資源多媒體化

人工智能背景下的科技社團校本課程，凸顯著時代性、技術性和前沿性。人工智能技術中大量的課程內容需要借助視頻、圖像、設備實物來呈現，傳統的紙質文稿無法滿足人工智能課程信息的表達需求。另外，對于多媒體化的內容呈現形式，不僅學生容易學習與交流，而且教師也便于分享與討論。因此，在開發科技社團校本課程時，除了紙質文稿外，還要注重數字資源的開發。

在運用現代教育技術開發多媒體化校本課程學習資源時，可以專題網站、短視頻、公眾號等形式呈現，制作出以圖文版課程為主，以視頻、微課、動畫等不同形式學習資源為輔的多媒體化校本課程，以滿足社團活動開展及培育學生學科核心素養的需要。

眾所周知，校本課程的開發是“討論—編寫—實踐—修改”循環往復的過程，不可能一勞永逸。基于人工智能的科技社團校本課程更是如此，課程內容既要符合校情、師情和學情，更要跟上人工智能技術快速迭代的發展腳步。這就要求教育工作者既要腳踏實地，更要與時俱進、積極探索。

實踐證明，開展基于人工智能的科技社團活動，符合時代發展的潮流，是提升學生科學素養的有效途徑。基于學科核心素養，開發以人工智能技術為內容的校本課程，有助于科技社團活動更好地開展。相信在上級教育主管部門的積極引導下，在各校的大力支持下，在教師們的積極參與下，以及在科技社團課程開發的不斷推進下，學生科學核心素養勢必落地生根。

注：本文系江蘇省教育科學“十三五”規劃重點資助課題“基于科學素養養成的K12一貫制科學課程一體化實踐研究”研究成果（課題編號：B-a/2016/02/03）。