“玩創(chuàng)”雙循環(huán)：小學(xué)項目化人工智能教育課程探索實(shí)踐

王克偉 山東省臨沂龍騰小學(xué)

劉輝 山東省臨沂市教育科學(xué)研究院

王燕平 山東省菏澤市牡丹區(qū)牡丹辦事處牡丹小學(xué)

● 國內(nèi)外中小學(xué)人工智能課程現(xiàn)狀及反思

美國David E. Williams中學(xué)是第一所實(shí)施AI計劃的公立學(xué)校，課程由學(xué)區(qū)教師與麻省理工學(xué)院、卡內(nèi)基梅隆大學(xué)、Google等機(jī)構(gòu)合作開發(fā)。教學(xué)中通過項目式學(xué)習(xí)、體驗式學(xué)習(xí)以及探究式學(xué)習(xí)的模式，跨學(xué)科培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維以及對未知問題的解決能力。澳大利亞的部分中學(xué)也開設(shè)了人工智能相關(guān)的課程。昆士蘭州的Marsden州立高中開設(shè)的信息處理與技術(shù)課程，包含人工智能、信息系統(tǒng)、算法和程序設(shè)計、社會和倫理道德、計算機(jī)系統(tǒng)分別作為5個主題。該課程的大綱規(guī)定，人工智能部分的教學(xué)內(nèi)容在高中第三學(xué)期為12年級的學(xué)生開設(shè)，教學(xué)時間為10周。

中國人工智能教育起步較晚，但緊跟世界腳步。2003年4月，教育部正式頒布《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，標(biāo)志著高中人工智能課程的正式起步。2017年國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確提出“在中小學(xué)普及人工智能和編程教育”。2018年4月10日，教育部發(fā)布關(guān)于印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動計劃》的通知，未來將在中小學(xué)階段引入人工智能普及教育。

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，對于人工智能教育，國內(nèi)外的探索更多的是針對課程目標(biāo)、內(nèi)容，而對實(shí)踐落地和課程的評價研究較少。因此，筆者提出了基于項目化理念的人工智能教育教學(xué)策略、活動設(shè)計、評價方法的研究。

● 人工智能教育課程設(shè)計

1.“玩創(chuàng)”雙循環(huán)課程理念建構(gòu)

筆者結(jié)合新時代學(xué)習(xí)理論的特點(diǎn)，提出人工智能教育課程中基于項目化的“玩·創(chuàng)·造·樂”的“雙循環(huán)”課程理念（如下頁圖）。

2.人工智能教育課程目標(biāo)

①初步了解人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域。②感悟和體驗人工智能的實(shí)際應(yīng)用。③開發(fā)和創(chuàng)新人工智能。

3.人工智能教育課程架構(gòu)

確立人工智能課程結(jié)構(gòu)，將課程分為科普性課程、整合性課程、創(chuàng)造性課程。科普性課程著力于學(xué)生人工智能教育基礎(chǔ)知識和基本能力的培養(yǎng)，普惠每一位學(xué)生；整合性課程指向?qū)W生的個性化發(fā)展，主要面向特長班隊，弱跨學(xué)科特性；創(chuàng)造性課程發(fā)展實(shí)踐能力、創(chuàng)新精神，面向興趣小組的少數(shù)學(xué)生，強(qiáng)跨學(xué)科。

（1）科普性課程

科普性課程分為兩類：一類是通過電視、網(wǎng)絡(luò)、廣播傳播的公眾的人工智能科普性知識，以及科技節(jié)、人工智能科普講座等泛在課程；另一類是利用信息技術(shù)課堂進(jìn)行人工智能教育的普及，以圖形化編程為主線，輔助硬件。教學(xué)內(nèi)容上遵循純軟編程—人機(jī)交互編程—硬件編程—物聯(lián)網(wǎng)編程的邏輯關(guān)系，硬件設(shè)計和內(nèi)容設(shè)計上均遵循編程知識和能力的螺旋上升。科普性課程獨(dú)立開發(fā)測控板、GKduino主控板及周邊電子器材，編程平臺使用Scraino平臺，增加了果殼智造空間插件，學(xué)生在學(xué)習(xí)中只使用一個軟件平臺就能掌握基本的編程技術(shù)，使知識正向遷移。自主軟件和硬件的開發(fā)降低了成本，使普惠和公平的教育理念得以快速落地。

（2）整合性課程

整合性課程指向?qū)W生的個性化發(fā)展，將學(xué)校原有的科技教育課程、創(chuàng)客教育課程以人工智能教育為主題進(jìn)行改造提升。組建由信息技術(shù)、科學(xué)、數(shù)學(xué)、美術(shù)、音樂等組成的跨學(xué)科科技教師團(tuán)隊，按照機(jī)器人部、科技藝術(shù)部、科技模型部、科學(xué)STEM部、AI校園科普部、AI編程部、AI智造部七個部門進(jìn)行組織架構(gòu)，將人工智能與各學(xué)科深度融合，開展創(chuàng)意智造、中國風(fēng)編程等三十多門人工智能教育相關(guān)課程，所有課程均制訂課程綱要，開發(fā)對應(yīng)校本課程，形成課程群。學(xué)生可以根據(jù)自己的興趣選擇自己喜歡的整合性課程，課程采取精品化小班化的形式，均配足相應(yīng)的硬件設(shè)備，總課時一般為16課時，每周1課時以校本課程的方式實(shí)施。

（3）“2+X”創(chuàng)造性課程

創(chuàng)造性課程凸顯人工智能技術(shù)中“編程+智造”兩大人工智能教育主題，將編程確定為：純軟件編程課程（Scraino、Scratch、Python編程）、軟件硬件結(jié)合編程課程（Scraino人機(jī)交互）、硬件編程課程（Mixly、MicroPython）。此類課程采取跨學(xué)科設(shè)計，由信息技術(shù)教師為主導(dǎo)，多學(xué)科教師參與設(shè)計實(shí)施。X為整合性課程延伸至創(chuàng)造性課程，每個X創(chuàng)造性課程均設(shè)計相應(yīng)的項目手冊，以社團(tuán)的形式開展，并采用項目課題的教學(xué)策略（對接各類各級的科技競賽），給學(xué)生提供學(xué)習(xí)支架，按照“四自”原則（自己提出問題—自己設(shè)計—自己制作—自己撰寫報告），優(yōu)先選擇人工智能技術(shù)來解決問題。

● 人工智能教育課程的實(shí)施

1.“玩轉(zhuǎn)+造物”雙線課程實(shí)踐創(chuàng)新

從“玩轉(zhuǎn)”到“造物”課程系列均采取項目化教學(xué)策略。玩轉(zhuǎn)系列包含科普性課程和整合性課程。“造物”系列對應(yīng)創(chuàng)造性課程，采取跨學(xué)科項目教學(xué)策略。

由于“玩轉(zhuǎn)”系列課程利用信息技術(shù)課堂和校本課程普及人工智能技術(shù)，因此它對圖形化編程、人機(jī)交互和硬件編程進(jìn)行了主題項目的設(shè)計，每個主題項目通過“提出問題—項目調(diào)研—創(chuàng)意設(shè)計—探究實(shí)踐—反思評價”的策略進(jìn)行課程實(shí)踐，每個主題項目可以設(shè)計為6～8課時。

“造物”系列課程主要基于項目化的人工智能主題創(chuàng)新實(shí)踐，它讓學(xué)生置身于現(xiàn)實(shí)世界的情境中，圍繞師生提出的真實(shí)問題展開活動。在項目學(xué)習(xí)中，學(xué)生的創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力得到培養(yǎng)和提升。綜合項目創(chuàng)新實(shí)踐是人工智能教育課程的最高級課程，將其設(shè)計為“六階段結(jié)構(gòu)框架”，并開發(fā)項目活動手冊，將課程設(shè)置成18課時（每個階段設(shè)置具體的課時），學(xué)生以合作小組的形式進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計制作。

2.“四維聯(lián)動”推進(jìn)課程實(shí)施

通過市域統(tǒng)籌人工智能教育項目推進(jìn)、上級教研部門和高校專家跟進(jìn)指導(dǎo)、鼓勵社會參與等多方協(xié)同合作的方式，利用信息技術(shù)及各類平臺引領(lǐng)教師積極主動地適應(yīng)人工智能教育新模式。建立專兼職教研員隊伍，依托名師工作室、名師團(tuán)隊開展教學(xué)模式創(chuàng)新、課程資源研發(fā)等工作。開展編程教育教學(xué)研究工作，梳理小學(xué)信息技術(shù)與學(xué)科整合課程等，以人工智能教育課題引領(lǐng)、信息科技校本課程導(dǎo)航、三級課堂推進(jìn)、競賽活動課外延伸的“四維聯(lián)動”方式提高人工智能課程推進(jìn)實(shí)踐的實(shí)效性。

● “三位一體”的評價機(jī)制創(chuàng)新

本文提出的人工智能教育課程開發(fā)了“三位一體”的評價體系，即通過過程性評價覆蓋項目學(xué)習(xí)全程，通過結(jié)果性評價升華項目物化導(dǎo)向，通過多元性評價注重項目全育引導(dǎo)。

基于量規(guī)的過程性評價貫穿項目學(xué)習(xí)的全過程。采用量規(guī)、活動手冊等工具，重點(diǎn)評價學(xué)生知識和能力的發(fā)展水平，關(guān)注學(xué)生解決問題能力和創(chuàng)新能力的評價。基于工程設(shè)計的項目化學(xué)習(xí)評價量規(guī)的制訂主要包括以下步驟：①歸納總結(jié)工程設(shè)計的項目化學(xué)習(xí)階段；②從調(diào)查、頭腦風(fēng)暴、創(chuàng)意編程、數(shù)字化工具的使用、團(tuán)隊合作等維度，明確項目化學(xué)習(xí)的過程性目標(biāo)；③以項目結(jié)果為導(dǎo)向，逆向設(shè)計，確定評價量規(guī)的編制來驅(qū)動目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，在教學(xué)中動態(tài)調(diào)整教學(xué)策略；④過程性評價和結(jié)果性評價雙線并進(jìn)，對學(xué)習(xí)效果進(jìn)行實(shí)時評價，做到教學(xué)評一體化。

在項目化學(xué)習(xí)中，成果的物化是一個重要的評價指標(biāo)，可從思想性、規(guī)范性、創(chuàng)造性、藝術(shù)性、技術(shù)性等方面對其進(jìn)行評價。

在項目實(shí)施的各階段中，可以讓評價貫穿日志、草圖設(shè)計、編程、制作、調(diào)試的每個環(huán)節(jié)。每個成果可以根據(jù)需要將家長、教師、團(tuán)隊和學(xué)生自我評價相結(jié)合。此外，可以通過線下和線上分享的方式接受評價。

● 結(jié)語

人工智能教育課程以開源硬件、創(chuàng)意編程、3D打印等人工智能教育內(nèi)容為載體，通過探究、實(shí)踐，培養(yǎng)了學(xué)生的科技創(chuàng)新能力，有助于學(xué)生信息素養(yǎng)及未來人才所需的關(guān)鍵能力和必備品格的形成。