區域開展中小學人工智能課程實驗的策略與工作路徑

劉載興

人工智能是引領未來的戰略性技術，在廣州市的中小學推進人工智能與教育融合創新發展，是人工智能時代賦予教育的重要使命。2019年8月，廣州市147所學校被遴選為市人工智能課程改革實驗校，在3～6年級和7～8年級安排一定課時開展人工智能課程學習活動。2022年，要實現人工智能教育覆蓋全市學校，培養適合未來社會的創新型人才。筆者所在區域教育部門努力探索和實踐，爭取走出一條符合廣州市開展中小學人工智能課程實驗的發展之路。

● 中小學人工智能課程實驗的目標

在中小學開展人工智能教育，旨在為培養符合智能化社會需求的、具備良好計算思維和編程能力的創新人才奠定基礎。一方面幫助中小學生了解人工智能對現代社會的影響，關注相關前沿知識，發展人工智能意識和信息倫理道德;另一方面幫助他們增長技術應用技能，激發利用人工智能技術創建美好世界的情感。人工智能課程的核心素養主要包括人工智能意識、技術創新思維、應用實踐能力和智慧社會責任。中小學開展人工智能是面向全體學生的普惠性地方課程，以人工智能通識學習為重點。

廣州市人工智能課程改革實驗對象為中小學3～8年級學生，根據課程編排，廣州市中小學人工智能課程培養目標按四大層面進行了詳細的描述，具體如下表所示。

廣州市中小學人工智能課程實驗重在“課程”。中小學課程建設應該具備3個必要條件——教師、教材、教具（實驗儀器設備），在這3個必要條件中最核心的部分是教材，因為教材內容決定了教學內容和教學要求，教材的建設成為開展人工智能課程實驗的頂層設計。做好人工智能課程建設的頂層設計，才能保證中小學生人工智能課程的落地實踐。積極開展人工智能課程的師資培養和配備相應的教學設備，是人工智能課程的發展基礎。進一步創新人工智能課程教學模式，能夠形成區域特色。廣州市開展中小學人工智能課程實驗的策略如圖1所示。

1.頂層設計，構建中小學人工智能課程體系

廣州市教育研究院對教育部教育裝備研究與發展中心牽頭編寫的3～8年級《人工智能》教材開展本地化改編，建設具有廣州人工智能教育地方特色的課程體系，做好課程建設的頂層設計。廣州版的《人工智能》教材已通過廣東省教育廳的審核，成為國內最早通過的中小學人工智能地方教材之一。

做好課程內容的頂層設計，教材是最有效的載體。根據學生的認識水平和學習進階能力的發展，廣州市人工智能課程體系可以分成四個層次：人工智能通識、人工智能應用、人工智能編程、智能機器人開發。結合人工智能課程培養目標，構建廣州市中小學人工智能課程知識體系設計，如圖2所示。

2.發展基礎，普及人工智能課程教學

（1）建設中小學人工智能課程師資培訓基地，培訓課程骨干教師隊伍。要實施中小學人工智能課程，師資是重中之重，而人工智能師資的嚴重缺乏是全球性的問題。因此，筆者所在單位立足于從信息技術教師中培養。2019年9月，在廣州教育學會的支持下，廣州信息工程學校與深圳某科技有限公司合作建成中小學人工智能課程師資培訓基地，具備兩個培訓實驗室（含計算機40臺，人工智能機器人40套），建成一支由高校教師、中職學校教師、國內外頂級人工智能企業專家、教科研機構人員組成的培訓師資團隊，構建中小學人工智能課程師資培訓課程。2019年9月至2020年1月一共完成了四期的人工智能基礎培訓。參與培訓的實驗學校教師達150多人，培訓對象涵蓋了所有實驗學校的主管教師，為開展廣州市中小學人工智能課程實驗提供了人才保障。

（2）市區聯動，共建課程實驗室樣板間。廣州市各區域積極建設中小學人工智能課程實驗室工程。在市、區教育基建和裝備中心的指導、支持下，黃埔區實驗學校已全部完成人工智能科創室建設工作，安裝人工智能課程教學硬件包，配備線上人工智能教學資源，配套語音識別、可編程人工智能實驗機器人等，保證人工智能課程實施有必備的實驗儀器設備。在政府沒有投入相關資金前，鼓勵學校自己解決人工智能教學設備問題。

3.創新應用，探索中小學人工智能課堂教學廣州模式

做好中小學人工智能課程實驗，教學模式是關鍵。經過一段時間的實驗研究，形成了“以通識教育為主線，通過體驗、實驗、應用學習人工智能技術”的中小學人工智能課堂教學廣州模式，即以人工智能通識為主線，以體驗、實驗和應用三個層次展開（如圖3），通過視頻、實物讓學生體驗人工智能技術，在此基礎上提供相應的實驗講解、驗證，最終落實到應用層次，學生能夠運用人工智能技術解決生活中的簡單問題。

小學人工智能教育以體驗為主、實驗為進階、應用為拓展這一主線，自上而下，側重學生的人工智能技術體驗與實踐實驗。如能夠利用美顏軟件對頭像進行美化，會使用開放性人工智能平臺中的人臉識別功能;認識增強現實技術的應用價值，以及人工智能的支撐作用;了解圖像識別技術對科學實踐和生活的影響;能夠使用識別軟件將包含文本的圖片轉為數字文本，對手寫輸入與文本識別的相同點和不同點有所認識;能夠使用智能語音技術工具，認識人工智能技術支持的人機交互方式，了解語音識別技術對社會生活的意義;能夠利用語音合成技術將文本信息轉化為語音效果輸出，認識語音識別技術對社會生活的影響;掌握使用機器翻譯技術幫助語言學習，能夠描述機器翻譯的優勢和不足。

中學人工智能教育則是以實驗應用為主，自下而上，著重培養學生應用人工智能技術解決身邊簡單問題的能力。學生通過體驗、實驗，在充分了解人工智能基礎知識后，學習使用人工智能技術解決實際問題。課程的教育著重培養學生的創新應用能力。例如，學生對智能家居的工作原理及信息智能推送的工作原理有初步了解，能設計未來家居，認識人工智能對生活品質的作用;對計算機程序和人工智能技術的關系有一定認識，可以使用圖形化編程工具編寫簡單程序;了解傳感器在智能機器人系統中的作用，能利用各種傳感器搭建具有一定功能的智能機器人或智能系統，包括避障移動機器人、分揀機器人、循跡機器人等。同時，學生可以利用圖形化編程工具編程，控制機器人完成規定的任務，深刻理解人工智能在各領域的應用價值。

● 人工智能課程實驗的路徑

按照“統籌規劃、分步實施、點面結合、特色發展”的原則，廣州中小學人工智能課程實驗分四個層面、四個步驟開展，逐步深入推進實施，實施路徑如圖4所示。

1.協同創新，構建課程實驗四級體系

圍繞人工智能課程實驗，廣州市構建起“部—市—區—?！彼募壵n程實驗體系。一是市教研院參加教育部裝備中心組織的（北京、廣州、武漢、西安、深圳）五大教研院中小學人工智能課程實驗共同體，合作研發課程指南、實驗配置標準和教材等開創性工作。二是設立三個市級課程實驗區和147所市級課程實驗校，開展課程實驗工作。三是市級課程實驗區在區域內選擇一批學校作為區級實驗校開展人工智能教育實驗，在此基礎上組織成立了廣州教育學會中小學人工智能專委會和中小學人工智能教學中心組，協助廣州市教育研究院指導全市課程實驗。四是將廣州市課程實驗成果通過實驗共同體教材輻射到全國，在教材編寫過程中，吸納了廣州經驗，在教材中按體驗、實驗和應用三個層次增設學生動手活動項目，特色明顯。

2.課程保障，落實課程實驗三級體系

人工智能課程要做到落地生根，學校要做到三保障：保障一定的課時、保障課程進學校課表、保障課程進學生課堂。實驗學校可以參與課程實驗的年級每周要從綜合實踐、校本課程等課程中，安排1個課時用于人工智能課程教學，確保每學期不少于12到16課時。同時，以社團活動、興趣特長班等形式，遴選有興趣愛好的學生，在校內開展提升拓展課程。

3.教研推進，建立學教研思四級體系

教師是實施中小學人工智能課程實驗的根本。在人工智能課程教學領域，不管是信息技術專業畢業的還是有信息技術基礎的教師，都是新手上任，只有采用邊學、邊教、邊研、邊思的方法，才能有效地提升自身的專業素質。同時，實踐出真知，教師可以廣州市教育研究院主持改編的中小學《人工智能》教材內容為主開展教育教學，并積極參與人工智能課程教學研究活動，從中反思進步。另外，還可借助課題引領，走出新天地?！把小奔凑n題研究，結合各自優勢和資源特點，借助人工智能專業領域的專家力量、技術支持，努力探索新課程環境下的人工智能教育教學方式。通過反思建構，不斷提高人工智能課程教育教學質量。

4.活動提升，打造創新多元學習體系

人工智能課程實驗的最終目標是培養學生具備良好的人工智能意識、技術創新思維、應用實踐能力和智慧社會責任。常態的課堂學習，已無法滿足學生各種能力的發展需求，為學生創設良好的人工智能學習環境，是高效開展人工智能課程實驗的有效路徑。通過科技節、興趣小組、研學活動等形式，學生積極參與各類人工智能拓展活動，參與不同層級的交流、競賽活動等。在多元化的探索主題和實踐環境中，學生參與人工智能領域學習、研究的積極性進一步激發，探究、溝通、創新和協作能力得到全面培養。只有積極構建以賽促學、促教、促研的機制，打造創新多元競賽體系，提供利用人工智能相關技術進行創意設計、技能展示和探索交流的平臺，學生才能在人工智能的學習環境中任意飛翔。

● 結束語

面對人工智能課程改革的浪潮，中小學人工智能課程評價研究工作也提上了議事日程。廣州市中小學人工智能課程實驗本著“立足實際、協同創新”的原則，從人工智能課程實驗的目標、策略和路徑三方面進行探索和實踐，努力構建符合區域特色、層次分明、目標明確的人工智能課程知識體系，促進廣州市中小學人工智能課程實驗朝著更加系統化、科學化、規范化、普惠化的方向發展。