中小學(xué)人工智能教育的校本實(shí)施策略研究

葉依薇 福建省廈門第二中學(xué)

《中小學(xué)人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》（以下簡(jiǎn)稱“素養(yǎng)框架”），旨在明確中小學(xué)階段開(kāi)展人工智能教育教學(xué)應(yīng)培養(yǎng)的學(xué)生核心素養(yǎng)的基本內(nèi)容與要求，為有關(guān)單位和學(xué)校編寫相關(guān)教學(xué)材料、開(kāi)設(shè)相關(guān)課程和開(kāi)展相關(guān)教學(xué)活動(dòng)提供參考和依據(jù)。“素養(yǎng)框架”主要解決了“培養(yǎng)什么人”的問(wèn)題，即人工智能教育培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)當(dāng)如何定位的問(wèn)題。為此，“素養(yǎng)框架”設(shè)計(jì)了人工智能與人類、人工智能與社會(huì)、人工智能技術(shù)、人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)四個(gè)領(lǐng)域的內(nèi)容，并提出要具體從“理解人工智能技術(shù)原理、制訂解決人工智能問(wèn)題的方案并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、溝通與協(xié)作”三個(gè)實(shí)踐原則衡量學(xué)生的人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)。

●準(zhǔn)備階段

“素養(yǎng)框架”沒(méi)有獨(dú)立描述學(xué)習(xí)內(nèi)容，而是將培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容混合在一起。因此，教師需要從教學(xué)主題出發(fā)，在31個(gè)二級(jí)指標(biāo)中尋找對(duì)應(yīng)的培養(yǎng)目標(biāo)，再進(jìn)一步設(shè)計(jì)與培養(yǎng)與目標(biāo)相匹配的學(xué)習(xí)內(nèi)容。值得注意的是，教師需要根據(jù)地區(qū)差異、各校特色制訂符合學(xué)生最近發(fā)展區(qū)的教學(xué)主題、教學(xué)目標(biāo)和課程內(nèi)容。

1.選擇教學(xué)主題

“素養(yǎng)框架”缺乏一條明晰的由目標(biāo)到內(nèi)容的路線，建議根據(jù)人工智能的關(guān)鍵技術(shù)和典型應(yīng)用設(shè)置模塊，如機(jī)器人、人臉識(shí)別、圖像識(shí)別、語(yǔ)音交互、智能控制等。

2.制訂教學(xué)目標(biāo)

“素養(yǎng)框架”下的每個(gè)指標(biāo)都細(xì)分為“應(yīng)該知道”—K類的“知道的知識(shí)”和“能夠做到”—A類的“做到的活動(dòng)”。通過(guò)K類指標(biāo)“理解人工智能技術(shù)原理”，通過(guò)A類指標(biāo)“制訂解決人工智能問(wèn)題的方案并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)”，并在活動(dòng)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)“溝通與協(xié)作”，即教學(xué)目標(biāo)要圍繞人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)的三個(gè)實(shí)踐原則來(lái)制訂。

3.設(shè)計(jì)課程內(nèi)容

可將每個(gè)模塊設(shè)計(jì)成一個(gè)完整的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，結(jié)合該關(guān)鍵技術(shù)在日常生活中的應(yīng)用，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，設(shè)計(jì)更加聚焦、操作性更強(qiáng)的真實(shí)問(wèn)題。教師可結(jié)合各校學(xué)情，參考《美國(guó)K-12人工智能教育行動(dòng)計(jì)劃指南》提供的內(nèi)容框架、主題和教學(xué)活動(dòng)建議，以及中國(guó)《中小學(xué)人工智能課程開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》提供的“實(shí)踐活動(dòng)”來(lái)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程。

4.四大領(lǐng)域的權(quán)重分配

在“素養(yǎng)框架”下的四個(gè)領(lǐng)域內(nèi)容中，“人工智能技術(shù)”領(lǐng)域是重點(diǎn)，應(yīng)該作為主線貫穿始終，是人工智能課程的基本架構(gòu)。同時(shí)，與人工智能技術(shù)相關(guān)的倫理道德即“人工智能與人類”和“人工智能與社會(huì)”（解決了“為誰(shuí)培養(yǎng)人”的問(wèn)題）也不可忽略。這兩個(gè)領(lǐng)域不必獨(dú)立講授，而應(yīng)以滲透式的思政方式，貫穿整個(gè)人工智能課程。“人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)”難度相對(duì)較大，建議簡(jiǎn)化為軟硬件結(jié)合的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，同樣可以培養(yǎng)對(duì)系統(tǒng)組成要素、協(xié)同機(jī)制、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、迭代優(yōu)化等初步概念與基本思想的認(rèn)識(shí)與理解，以滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的需要。

●實(shí)施階段

1.遵循認(rèn)知規(guī)律，設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)

“素養(yǎng)框架”提出，教師應(yīng)從學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律出發(fā)，通過(guò)體驗(yàn)、理解、應(yīng)用、創(chuàng)新、反思五個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)課堂教學(xué)活動(dòng)（如上圖）。

第一，體驗(yàn)活動(dòng)。了解技術(shù)在生活中的應(yīng)用，讓學(xué)生親自動(dòng)手使用智能產(chǎn)品和智能應(yīng)用，以直接經(jīng)驗(yàn)和感受喚起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，營(yíng)造良好的課堂氛圍。除此之外，常見(jiàn)的體驗(yàn)活動(dòng)還有不插電活動(dòng)、視頻演示、黑箱演示、案例演示等。

第二，理解活動(dòng)。對(duì)技術(shù)的認(rèn)識(shí)不能只停留在字面意義和簡(jiǎn)單使用上，而要引導(dǎo)學(xué)生去剖析技術(shù)背后的原理和算法、技術(shù)的發(fā)展過(guò)程和未來(lái)趨勢(shì)等。常見(jiàn)的理解活動(dòng)有實(shí)驗(yàn)、視頻演示、白箱演示。

第三，應(yīng)用活動(dòng)。以任務(wù)的形式，增加課堂實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生動(dòng)手搭建模擬真實(shí)場(chǎng)景，運(yùn)用編程實(shí)現(xiàn)智能控制。需要注意的是，教師要根據(jù)學(xué)情，實(shí)施分層教學(xué)，設(shè)置不同難度的任務(wù)：對(duì)于編程能力較弱的學(xué)生，不盲目要求每個(gè)算法都實(shí)現(xiàn)，避免不必要的編程知識(shí)的學(xué)習(xí)；對(duì)于編程能力較強(qiáng)的學(xué)生，則要更注重算法的底層邏輯和實(shí)現(xiàn)方法。

第四，創(chuàng)新活動(dòng)。在真實(shí)情境中，以問(wèn)題為導(dǎo)向，引導(dǎo)學(xué)生思考如何利用已有技術(shù)改善生活中遇到的“痛點(diǎn)”，并綜合運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題。

第五，反思活動(dòng)。通過(guò)作品展示評(píng)價(jià)、小組合作交流、頭腦風(fēng)暴等活動(dòng)，促使學(xué)生在思維的碰撞中提升自我。

2.創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，聚焦問(wèn)題解決

情境化學(xué)習(xí)是一種沉浸式的學(xué)習(xí)場(chǎng)景。在情境化教學(xué)中，教師可以賦予學(xué)生特定的學(xué)習(xí)身份，引導(dǎo)學(xué)生在特有的學(xué)習(xí)場(chǎng)景中解決問(wèn)題，進(jìn)而習(xí)得技能、提升素養(yǎng)。問(wèn)題化學(xué)習(xí)，是通過(guò)一系列的問(wèn)題來(lái)引發(fā)學(xué)生持續(xù)性的學(xué)習(xí)行為，促進(jìn)學(xué)生將“教材內(nèi)容”轉(zhuǎn)化為“內(nèi)化的知識(shí)”。學(xué)習(xí)活動(dòng)以有效的問(wèn)題為起點(diǎn)，以引導(dǎo)學(xué)生自主解決問(wèn)題為核心，從而達(dá)成知識(shí)的有效遷移，實(shí)現(xiàn)經(jīng)驗(yàn)的持續(xù)建構(gòu)。情境的創(chuàng)設(shè)是開(kāi)啟學(xué)生自我學(xué)習(xí)的第一步，教師利用創(chuàng)設(shè)的各種情境，以生活中的實(shí)際問(wèn)題為錨，引發(fā)學(xué)生自主地完成相關(guān)任務(wù)和活動(dòng)，最終形成高質(zhì)量的作品。

3.關(guān)注自主學(xué)習(xí)，開(kāi)展合作探究

素養(yǎng)的培養(yǎng)需要學(xué)生經(jīng)歷真正有意義的學(xué)習(xí)活動(dòng)，因此，自主學(xué)習(xí)和合作探究是素養(yǎng)養(yǎng)成的必經(jīng)之路。自主學(xué)習(xí)要求教師為學(xué)生提供足夠的時(shí)間、空間，并通過(guò)一系列的問(wèn)題來(lái)引發(fā)持續(xù)性學(xué)習(xí)行為。合作探究學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)了信息快速聚散、經(jīng)驗(yàn)協(xié)同篩選、成果生成資源，提高了學(xué)習(xí)成效，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、創(chuàng)造性，培養(yǎng)了團(tuán)隊(duì)精神，實(shí)現(xiàn)了深度學(xué)習(xí)。

學(xué)生在開(kāi)展小組合作的過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)一些問(wèn)題：①部分學(xué)生缺乏責(zé)任感，不參加小組活動(dòng)，不貢獻(xiàn)個(gè)人力量，免費(fèi)享用整個(gè)小組的勞動(dòng)果實(shí)，當(dāng)其他小組成員意識(shí)到這種行為后，參與度也會(huì)大大降低，導(dǎo)致整個(gè)小組的進(jìn)度停滯不前。②因性格不和、意見(jiàn)不一致，同伴間的矛盾較多。③由于小組內(nèi)的任務(wù)分工由組長(zhǎng)根據(jù)組員特長(zhǎng)來(lái)分配，每個(gè)組員的分工相對(duì)固定，導(dǎo)致每個(gè)人持續(xù)做同一類任務(wù)。④有的學(xué)生不善于表達(dá)個(gè)人看法，因此他們的個(gè)性化思考可能被忽視。

因此，教師應(yīng)對(duì)小組合作方式進(jìn)行優(yōu)化，即每?jī)擅麑W(xué)生共用一套智能設(shè)備（機(jī)器人或者是開(kāi)發(fā)板），這兩名學(xué)生的任務(wù)是明確且可交換的，他們相互合作共同完成人工智能應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。此外。小組之間可以展開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)評(píng)比，創(chuàng)造良性競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境。

●評(píng)價(jià)階段

人工智能課程的評(píng)價(jià)不僅包括結(jié)果導(dǎo)向的知識(shí)測(cè)試，還包括證據(jù)導(dǎo)向的素養(yǎng)評(píng)價(jià)，要建立教師、自我和同伴等多方主體進(jìn)行過(guò)程性和總結(jié)性相結(jié)合的全過(guò)程評(píng)價(jià)，如下表所示。

●結(jié)語(yǔ)

目前，教育界對(duì)人工智能教育雖已達(dá)成許多共識(shí)，但仍未形成統(tǒng)一的課標(biāo)和教材，這就給人工智能教師帶來(lái)了機(jī)遇和挑戰(zhàn)。“素養(yǎng)框架”從國(guó)家層面出發(fā)，對(duì)學(xué)生人工智能素養(yǎng)進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)，為教材編寫和課程開(kāi)設(shè)提供了參考和依據(jù)，而每位人工智能教師都要根據(jù)地區(qū)差異、各校特色開(kāi)展教學(xué)實(shí)踐，助力人工智能落地實(shí)施。

評(píng)價(jià)類型 評(píng)價(jià)方式 評(píng)價(jià)的過(guò)程和目標(biāo) 評(píng)價(jià)工具 評(píng)價(jià)主體過(guò)程性評(píng)價(jià)電子檔案 利用各種線上學(xué)習(xí)平臺(tái)作為教學(xué)支持工具，在項(xiàng)目活動(dòng)的各個(gè)環(huán)節(jié)，填寫學(xué)習(xí)日志，保存項(xiàng)目資料，記錄學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程線上平臺(tái)：ITTools、UMU、AI教學(xué)平臺(tái)教師、學(xué)生自我、同伴項(xiàng)目活動(dòng)評(píng)價(jià) 對(duì)項(xiàng)目活動(dòng)各個(gè)環(huán)節(jié)中的素養(yǎng)達(dá)成情況進(jìn)行評(píng)價(jià)總結(jié)性評(píng)價(jià)小組項(xiàng)目作品評(píng)價(jià) 幫助學(xué)生創(chuàng)作高品質(zhì)的作品，確保達(dá)到項(xiàng)目預(yù)期課堂測(cè)試卷 學(xué)業(yè)內(nèi)容的掌握情況 試題 教師