面向未來職業(yè)素養(yǎng)的小學(xué)AI課程重構(gòu)

隨著人工智能（AI）逐步滲透到生活的方方面面，其已成為新一代科技核心驅(qū)動(dòng)力，同時(shí)催生一系列高技能、高智能、高管理的新職位。在此背景下，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》將入工智能上升到國家戰(zhàn)略高度，提出“中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”[1]。《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”）也明確提出，要開展“真實(shí)性學(xué)習(xí)”，引導(dǎo)學(xué)生理解人工智能原理、技術(shù)應(yīng)用和社會(huì)影響，并強(qiáng)調(diào)“做中學(xué)”以發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維和創(chuàng)新能力。然而，當(dāng)前小學(xué)AI教育存在諸多問題，與課標(biāo)“核心素養(yǎng)導(dǎo)向”目標(biāo)存在差距。鑒于此，筆者以某校“智慧農(nóng)業(yè)工程師”項(xiàng)自為例，從大單元設(shè)計(jì)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以及打造學(xué)生合力團(tuán)隊(duì)等策略出發(fā)，探索小學(xué)階段基于未來職業(yè)體驗(yàn)的人工智能教學(xué)路徑，旨在為小學(xué)人工智能教學(xué)提供參考。

一、課標(biāo)視域下小學(xué)AI教育的問題診斷

根據(jù)課標(biāo)，人工智能是信息科技學(xué)科的重要內(nèi)容。某小學(xué)依據(jù)地方市級(jí)教材課程安排，分別在四年級(jí)（下）、五年級(jí)（下）開展基于Mind + 的圖形化編程教學(xué)，六年級(jí)（上）開展創(chuàng)客教學(xué)，六年級(jí)（下）開展人工智能教學(xué)。此外，該校在“ 1 + 2 ”信息科技課堂模式下，高年級(jí)段借助課后服務(wù)形式開設(shè)人工智能社團(tuán)，但缺乏固定的、系列性的教學(xué)內(nèi)容。總體來看，該校人工智能課程主要存在以下問題。

（一）課程定位偏離核心素養(yǎng)目標(biāo)

課標(biāo)強(qiáng)調(diào)“人工智能教育需聚焦思維培養(yǎng)，避免技術(shù)工具化”，但該校教師常將機(jī)器人編程或創(chuàng)客教育等同于人工智能教育，忽視信息社會(huì)責(zé)任和計(jì)算思維等素養(yǎng)目標(biāo)。例如，在人工智能教學(xué)中，由于缺乏標(biāo)準(zhǔn)化配套設(shè)備，教師便將原有的圖像化編程課程進(jìn)行簡單修改，實(shí)質(zhì)上教學(xué)內(nèi)容并無大的變化。

（二）內(nèi)容設(shè)計(jì)與課標(biāo)的結(jié)構(gòu)化要求脫節(jié)

在人工智能教學(xué)中，部分教師存在走向兩個(gè)極端的情況：一些教師過于注重人工智能理論的灌輸，但小學(xué)生缺乏理解抽象理論的認(rèn)知能力，逐漸對(duì)課程產(chǎn)生倦怠感；一些教師只強(qiáng)調(diào)人工智能體驗(yàn)活動(dòng)，大量列舉生活中的例子，使學(xué)生只見皮毛，缺乏對(duì)人工智能知識(shí)和原理深入探究的動(dòng)力。即使有統(tǒng)一教材，也存在知識(shí)體系松散的問題。大部分教材對(duì)于人工智能課程的設(shè)計(jì)雖遵循“體驗(yàn)一創(chuàng)作”的邏輯原則，每個(gè)例子對(duì)應(yīng)一個(gè)或幾個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，但案例孤立，缺乏關(guān)聯(lián)，學(xué)生難以形成完整的人工智能知識(shí)體系，也難以培養(yǎng)解決職業(yè)中復(fù)雜問題的能力。

（三）實(shí)踐條件制約真實(shí)性學(xué)習(xí)落地

課標(biāo)倡導(dǎo)利用實(shí)驗(yàn)、項(xiàng)目解決真實(shí)問題，但該校由于硬件匱乏，導(dǎo)致 80 % 的課程停留在理論講解階段。人工智能設(shè)備與班級(jí)人數(shù)配比失衡，難以普及開課。小學(xué)階段人工智能課程亟須尋找合適的課堂教學(xué)模式，以實(shí)現(xiàn)“人機(jī)共存”“人人可學(xué)”的目標(biāo)。

二、基于 “智慧農(nóng)業(yè)工程師” 項(xiàng)目的重構(gòu)策略

（一）大單元重組：錨定課標(biāo)知識(shí)結(jié)構(gòu)化要求

人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，相關(guān)教材需不斷更新。現(xiàn)有教材以課時(shí)為單位，章節(jié)缺乏關(guān)聯(lián)性。學(xué)科核心素養(yǎng)指出，要從“關(guān)注知識(shí)點(diǎn)的課時(shí)設(shè)計(jì)”轉(zhuǎn)向“注重結(jié)構(gòu)化知識(shí)單元的設(shè)計(jì)”[2]。為此，筆者從宏觀角度，以大單元項(xiàng)目式教學(xué)策略對(duì)教材原有的人工智能單元課程進(jìn)行規(guī)劃重組，讓學(xué)生初步體驗(yàn)感悟人工智能，并以項(xiàng)目式探究達(dá)到深層次學(xué)習(xí)，從而更好地投入創(chuàng)新設(shè)計(jì)。整個(gè)教學(xué)課程以“AI智慧農(nóng)業(yè)”為主題，以智慧農(nóng)業(yè)工程師“向陽仔”貫穿始終，全面發(fā)掘知識(shí)點(diǎn)之間的關(guān)聯(lián)，具體以概念群、問題鏈、系列活動(dòng)的方式設(shè)計(jì)單元項(xiàng)目。每課時(shí)看似獨(dú)立，如圖像識(shí)別模塊分別基于百度App和智慧平臺(tái)兩種途徑學(xué)習(xí)，分別創(chuàng)設(shè)小項(xiàng)目一（AI圖像識(shí)別之旅）和小項(xiàng)目二（AI果蔬小能手），但知識(shí)點(diǎn)之間相互關(guān)聯(lián)，環(huán)環(huán)相扣，匯聚成大單元（如圖1）。

（二）雙階項(xiàng)目融合：回應(yīng)課標(biāo)實(shí)踐性訴求

從宏觀層面來看，整個(gè)課程以項(xiàng)目的方式建構(gòu)，探索人工智能“感知一體驗(yàn)一原理一實(shí)踐一創(chuàng)智”路徑。項(xiàng)目研究源于農(nóng)場，讓學(xué)生實(shí)地考察、深入調(diào)研，挖掘引起共鳴和感興趣的問題。教師基于“AI農(nóng)業(yè)探究”，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)存在的問題，并以小組為單位展開頭腦風(fēng)暴，規(guī)劃如何利用人工智能改造和優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。“AI農(nóng)業(yè)體驗(yàn)與技能”的教學(xué)活動(dòng)遵循學(xué)科知識(shí)原有邏輯，以真實(shí)情境為載體促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。在項(xiàng)目探究中，學(xué)生采取小組合作與任務(wù)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的學(xué)習(xí)方式，在不斷破解、逐層拆分問題的過程中，完成人工智能基礎(chǔ)知識(shí)和技能的學(xué)習(xí)。這一實(shí)踐與“建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論”中讓學(xué)生在真實(shí)情境中建構(gòu)知識(shí)體系的要求相契合。學(xué)生不僅能理解人工智能在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用，而且能深入理解人工智能的內(nèi)涵。人工智能原理和技術(shù)則滲透于具體實(shí)例中，教師采用視瀕、任務(wù)單、UMU平臺(tái)自主學(xué)習(xí)等方式，讓學(xué)生體驗(yàn)和操作人工智能軟件或平臺(tái)。在“我是農(nóng)場改造者”綜合環(huán)節(jié)，學(xué)生在理解相應(yīng)原理、掌握人工智能基本技能的基礎(chǔ)上，合作探究，借助數(shù)字化工具重構(gòu)知識(shí)、訓(xùn)練技能，并運(yùn)用邏輯思維高效解決問題。學(xué)生在項(xiàng)自中體驗(yàn)人工智能、實(shí)施人工智能、提升人工智能創(chuàng)新能力，從而全面提高人工智能意識(shí)和應(yīng)用創(chuàng)新能力。

從微觀層面來看，課程中的每個(gè)小知識(shí)點(diǎn)都基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方法開展教學(xué)[3]。以“AI農(nóng)業(yè)小偵探”為例（如圖2），課前進(jìn)行項(xiàng)目設(shè)計(jì)，承接“智慧農(nóng)場”上一課時(shí)“AI機(jī)器學(xué)習(xí)之旅”發(fā)現(xiàn)的新問題作為該課例小項(xiàng)目主題。教師制訂學(xué)習(xí)目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)情境，制作視頻，準(zhǔn)備半成品或平臺(tái)體驗(yàn)資源，預(yù)設(shè)學(xué)生思考方向，并嘗試將問題分解為小任務(wù)。例如，根據(jù)“圖像識(shí)別”學(xué)習(xí)結(jié)果，“向陽仔”學(xué)會(huì)使用人工智能技術(shù)識(shí)別農(nóng)場各類果蔬后，萌發(fā)新問題：番茄植株出現(xiàn)病害癥狀。教師基于該問題進(jìn)行課程資源開發(fā)，設(shè)計(jì)課堂教學(xué)環(huán)節(jié)和任務(wù)，并讓學(xué)生課前了解。課程實(shí)施中，以問題為導(dǎo)向，讓學(xué)生借助人工智能學(xué)習(xí)平臺(tái)，驗(yàn)證機(jī)器學(xué)習(xí)測試成果，完成學(xué)習(xí)任務(wù)單，解決番茄病害問題。最后，學(xué)生進(jìn)一步利用所學(xué)知識(shí)解決農(nóng)場探究中的其他問題，進(jìn)行知識(shí)遷移，內(nèi)化知識(shí)。課程實(shí)施后，學(xué)生對(duì)實(shí)踐中的問題進(jìn)行反思，并對(duì)課堂上小組表現(xiàn)進(jìn)行自評(píng)和互評(píng)，根據(jù)反饋及時(shí)調(diào)整學(xué)習(xí)方向和策略。

思考：“園丁使用眼睛認(rèn)識(shí)果蔬，在人工智能系統(tǒng)中，我們利用什么設(shè)備充當(dāng)視覺功能？”經(jīng)教師引導(dǎo)，學(xué)生明確人工智能與人類的關(guān)系。學(xué)生掌握利用攝像頭實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺功能后，教師進(jìn)一步引導(dǎo)“向陽仔”思考如何賦能攝像頭使其具有AI功能。學(xué)生自主探究、簡單體驗(yàn)、嘗試實(shí)踐，學(xué)會(huì)讓視覺模塊賦能。學(xué)生以百度識(shí)物與AI平臺(tái)識(shí)別，分別探究“百度 攝像頭”與“計(jì)算機(jī)平臺(tái)+ 攝像頭”，識(shí)別果蔬并記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。教師在傳授“機(jī)器視覺”模塊內(nèi)容時(shí)，注重引導(dǎo)學(xué)生以“智慧農(nóng)業(yè)工程師”角色，在教師引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問題、解決問題。

教師利用小項(xiàng)目撬動(dòng)課程大項(xiàng)目。項(xiàng)目知識(shí)內(nèi)容不僅涵蓋人工智能基礎(chǔ)知識(shí)，而且融合探究過程，滲透人工智能應(yīng)用。教師以點(diǎn)、線、面形式將課程內(nèi)容融人項(xiàng)目中，以知識(shí)為點(diǎn)設(shè)計(jì)小項(xiàng)目，以項(xiàng)自為線建構(gòu)單元（或關(guān)項(xiàng)目），以單元主題為面組建完整的小學(xué)人工智能教學(xué)課程，使項(xiàng)目研究不孤立，從而建構(gòu)知識(shí)體系，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)。

（三）角色化協(xié)作：踐行課標(biāo)育人價(jià)值觀

課標(biāo)強(qiáng)調(diào)應(yīng)將學(xué)生的核心素養(yǎng)作為學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)[4。從國家與社會(huì)層面看，信息科技教學(xué)不僅是技能傳授，更將育人放在首位，并在螺旋上升的基礎(chǔ)一實(shí)踐一綜合性的教學(xué)課程設(shè)計(jì)中引導(dǎo)學(xué)生樹立正確價(jià)值觀。立足未來職業(yè)進(jìn)行研究，教師以項(xiàng)目形式有效融合“基礎(chǔ)性”“實(shí)踐性”“綜合性”知識(shí)技能于職業(yè)問題中。在未來的智能社會(huì)中，學(xué)生不僅是未來數(shù)字環(huán)境中的使用者，更是生產(chǎn)者和改造者。他們基于人工智能學(xué)科方法，利用智能系統(tǒng)和信息社會(huì)思維方式解決現(xiàn)實(shí)問題。

項(xiàng)目以“向陽仔”立志成為智慧農(nóng)業(yè)工程師為主線，由“彩虹教師”和“椿萱爸爸”提供農(nóng)場管理方面的幫助。教師的核心作用是項(xiàng)目最初設(shè)計(jì)和學(xué)習(xí)過程中的引導(dǎo)協(xié)助者。以智慧農(nóng)場之“蔬果小能手一計(jì)算機(jī)視覺”為例，“向陽仔”為弄懂果蔬農(nóng)場里的每種植物，教師引導(dǎo)他

學(xué)生充當(dāng)不同角色，在“智慧農(nóng)業(yè)”活動(dòng)中模擬未來職場，協(xié)作工作（見表1）。他們?cè)诮巧酥谐袚?dān)職責(zé)，增強(qiáng)未來職業(yè)體驗(yàn)感，培養(yǎng)良好的信息社會(huì)責(zé)任感，從小培養(yǎng)適應(yīng)能力、實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力，引領(lǐng)學(xué)生明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和人生追求，為后期擇校、擇業(yè)及人生規(guī)劃奠定基礎(chǔ)，塑造健全的“向陽”人格，這恰是信息科技學(xué)科育人價(jià)值的綜合體現(xiàn)。

三、項(xiàng)目實(shí)施成效與反思

（一）學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展

參與項(xiàng)目的學(xué)生在多方面展現(xiàn)出顯著能力提升。在技術(shù)理解層面，多數(shù)學(xué)生能夠解釋監(jiān)督學(xué)習(xí)基本原理，區(qū)分不同算法使用場景。實(shí)踐應(yīng)用方面，學(xué)生團(tuán)隊(duì)開發(fā)的環(huán)境監(jiān)測站、智能移動(dòng)蜂車等裝置成功應(yīng)用于本地農(nóng)場試點(diǎn)，其中兩項(xiàng)創(chuàng)新設(shè)計(jì)獲得省級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)。值得關(guān)注的是，學(xué)生在項(xiàng)目答辯中主動(dòng)探討技術(shù)倫理問題，有小組提出“AI監(jiān)測系統(tǒng)可能加劇數(shù)字鴻溝”的見解，展現(xiàn)出對(duì)技術(shù)社會(huì)影響的深刻思考。這種從技術(shù)學(xué)習(xí)到價(jià)值判斷的素養(yǎng)提升，印證了項(xiàng)目設(shè)計(jì)的育人成效。

（二）教師專業(yè)能力提升

項(xiàng)目實(shí)施過程推動(dòng)教師角色轉(zhuǎn)變與專業(yè)成長。項(xiàng)目組教師從單純的技術(shù)講授者，轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)者與引導(dǎo)者。教師參與課程開發(fā)、教學(xué)實(shí)踐與反思研討，逐步形成“素養(yǎng)導(dǎo)向”教學(xué)理念，開發(fā)出“智慧農(nóng)業(yè)AI課程資源包”和《小學(xué)AI教學(xué)實(shí)施指南》等校本資源。多名教師在市級(jí)教學(xué)競賽中獲獎(jiǎng)，并受邀在區(qū)域教研活動(dòng)中分享經(jīng)驗(yàn)，形成良好示范效應(yīng)。

（三）項(xiàng)目推廣價(jià)值與優(yōu)化方向

“智慧農(nóng)業(yè)工程師”項(xiàng)目形成了可復(fù)制的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)。其一，構(gòu)建的‘ ”課程體系，以智慧農(nóng)業(yè)為核心項(xiàng)目，衍生出“AI + 環(huán)保”“ 社區(qū)”等領(lǐng)域的精準(zhǔn)匹配，實(shí)現(xiàn)工種協(xié)同，為其他學(xué)校開展AI教育提供模板。其二，研發(fā)的低成本教學(xué)方案，使人工智能教育在常規(guī)教室即可開展，有效降低實(shí)施門檻。其三，采用的“過程性數(shù)據(jù) + 作品量規(guī)”評(píng)價(jià)體系，為素養(yǎng)導(dǎo)向的評(píng)價(jià)實(shí)踐提供范例。項(xiàng)目的持續(xù)優(yōu)化可從以下方向著力：一是開發(fā)輕量化AI教學(xué)套件，進(jìn)一步降低硬件成本；二是完善跨學(xué)科協(xié)同機(jī)制，提升課程整合的深度與廣度；三是構(gòu)建區(qū)域教研共同體，促進(jìn)經(jīng)驗(yàn)共享與資源共建。此外，需關(guān)注學(xué)生能力發(fā)展的長期追蹤，評(píng)估項(xiàng)目對(duì)職業(yè)認(rèn)知與生涯規(guī)劃的影響。

“智慧農(nóng)業(yè)工程師”項(xiàng)目的實(shí)踐探索表明，小學(xué)階段的人工智能教育應(yīng)突破技術(shù)工具主義局限，借助職業(yè)場景賦能、真實(shí)問題驅(qū)動(dòng)、社會(huì)價(jià)值引領(lǐng)，構(gòu)建“做真事一解真難一求真知”學(xué)習(xí)閉環(huán)[5。當(dāng)學(xué)生在田間地頭調(diào)試算法參數(shù)，在項(xiàng)目路演中思考技術(shù)倫理時(shí)，他們正在經(jīng)歷的不僅是知識(shí)建構(gòu)過程，更是在智能時(shí)代確立主體性、發(fā)展創(chuàng)造力的成長儀式。這種扎根中國大地、面向未來社會(huì)的教育實(shí)踐，或許正是人工智能教育改革的應(yīng)有之義。人工智能教育是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要教育工作者持續(xù)探索、不斷創(chuàng)新。期待“智慧農(nóng)業(yè)工程師”項(xiàng)目能為更多學(xué)校提供借鑒，共同推動(dòng)人工智能教育在基礎(chǔ)教育階段的深入開展，為培養(yǎng)適應(yīng)智能時(shí)代發(fā)展的創(chuàng)新型人才貢獻(xiàn)力量。“智慧農(nóng)業(yè)工程師”項(xiàng)目教學(xué)過程中，教師按照課標(biāo)要求設(shè)計(jì)“真實(shí)性、結(jié)構(gòu)化和綜合性”課程，增強(qiáng)職業(yè)體驗(yàn)感，讓學(xué)生基于已有認(rèn)知水平自主建構(gòu)新型知識(shí)體系，并遷移至實(shí)際問題解決中；深化理論學(xué)習(xí)，從方案規(guī)劃到項(xiàng)目實(shí)施，并善于利用多元化評(píng)價(jià)迭代作品。讓項(xiàng)目源于學(xué)生現(xiàn)實(shí)生活，從真實(shí)走向未來。

注：本文系廣東省中山市教育科研2022年度一般項(xiàng)目“基于未來職業(yè)體驗(yàn)的小學(xué)人工智能項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施研究”（課題編號(hào)：B2022029）的研究成果。

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（作者系廣東省中山市西區(qū)中心小學(xué)教師）

責(zé)任編輯：祝元志