雷玲 趙文安

西安交通大學(xué)附屬小學(xué)（以下簡稱“交大附小”），是一所有著豐厚文化底蘊(yùn)的現(xiàn)代化學(xué)校。其前身為1897年創(chuàng)辦于上海的南洋公學(xué)附屬小學(xué)堂。經(jīng)過百年的文化積淀，學(xué)校以塑造具有社會責(zé)任感的創(chuàng)新人才，著力培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造力為己任，傳承文化精髓，引領(lǐng)學(xué)校未來發(fā)展。

當(dāng)今世界已步入人工智能時代，著名的預(yù)言家凱文·凱利提出，人工智能將是未來一段時間最重要的技術(shù);而著名未來學(xué)家雷·庫茲韋爾更是預(yù)言，2030年人類將成為混合式機(jī)器人，進(jìn)入進(jìn)化的新階段。因此，以人工智能為代表的新一輪科技革命，有著改變國家間力量對比的趨勢。當(dāng)前，不論是發(fā)達(dá)國家還是發(fā)展中國家都在積極制定基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的人工智能發(fā)展戰(zhàn)略。交大附小近年來積極開展人工智能教育的研究，制定了人工智能教育的發(fā)展戰(zhàn)略：讓附小每位學(xué)生從小接受人工智能教育，為國家培養(yǎng)人工智能后備人才，進(jìn)一步凸顯“數(shù)學(xué)”和“信息技術(shù)”“科學(xué)”這三門在人工智能教育中占有基礎(chǔ)地位的學(xué)科，把培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、數(shù)學(xué)建模、深度學(xué)習(xí)的能力以及創(chuàng)造力作為人工智能教育的主要目標(biāo)。采用“培訓(xùn)先行、研發(fā)課程、社團(tuán)試點、課堂深入、賽事提升、區(qū)域示范”的實施策略，推行人工智能教育，培養(yǎng)新時代新型人才。

構(gòu)建校本課程，助推人工智能教育

我們的人工智能課程建設(shè)起步于2008年，當(dāng)年在四年級開設(shè)了機(jī)器人校本課程，隨著創(chuàng)客教育和STEAM教育的深入開展，我們開設(shè)了編程課、3D打印體驗課、3D與數(shù)學(xué)思維課、STEAM課等創(chuàng)新類校本課程。在實踐中我們逐漸認(rèn)識到，中小學(xué)的人工智能教育課程不能完全等同于機(jī)器人課程、編程課程、3D設(shè)計課程。機(jī)器人、編程、3D設(shè)計只是開展人工智能教育必備的載體和工具，中小學(xué)的人工智能教育應(yīng)該有它獨特的教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)內(nèi)容。我們認(rèn)為，小學(xué)人工智能教育課程的主要內(nèi)容是讓學(xué)生了解人工智能的一些基本概念、增強(qiáng)智能意識、體驗人工智能技術(shù)在生活中的應(yīng)用。在傳授知識的同時，致力于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，以計算思維為核心，迭代培養(yǎng)學(xué)生的設(shè)計思維、批判思維等一系列思維能力。以人工智能教育為統(tǒng)領(lǐng)，我們整合了先前開設(shè)的創(chuàng)新類課程，逐漸構(gòu)建了符合自身情況的人工智能教育校本課程體系。

我們的課程體系以編程課程為核心，在低年級主要開設(shè)趣味編程課程，培養(yǎng)孩子們的興趣。在中年級開設(shè)了智能硬件、機(jī)器人、STEAM課程，讓學(xué)生能夠通過編程控制智能硬件或機(jī)器人完成一些簡單的任務(wù)，同時把編程和智能硬件結(jié)合，完成STEAM課程的相關(guān)任務(wù)，讓學(xué)生體驗完成任務(wù)的快樂和自豪感。在高年級開設(shè)了3D模型設(shè)計課和人工智能課程，旨在讓學(xué)生通過編程在3D模型設(shè)計課上把編程思維和設(shè)計思維有機(jī)結(jié)合，在人工智能課上用程序控制智能硬件體驗人臉識別、語音識別等常見的人工智能技術(shù)，從而培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的鉆研精神和科學(xué)素養(yǎng)，為孩子們種下進(jìn)一步打開科學(xué)大門的種子。

人工智能課程受到了學(xué)生的歡迎，不僅激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，還提升了學(xué)生的創(chuàng)造力。例如，低年級學(xué)生的創(chuàng)意編程作品《植樹造林》，把環(huán)保的理念，通過編程把植樹造林的場景作可視化的展現(xiàn)，學(xué)生的問題解決能力、計算思維能力、創(chuàng)造力都得到了提升，同時體驗了編程之美。在高年級學(xué)生的創(chuàng)意作品《智能飲料機(jī)》的創(chuàng)作過程中，老師引導(dǎo)學(xué)生用3D打印技術(shù)設(shè)計結(jié)構(gòu)件，用編程控制傳感件、控制件、水泵完成智能飲料機(jī)的制作，解決了生活中的真實問題，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，不僅學(xué)生的動手能力得到提升，其計算思維、設(shè)計思維、發(fā)散思維、工程思維、創(chuàng)新思維也都得到了很好的發(fā)展。

今年九月，我們將在小學(xué)全面開設(shè)人工智能課程。1～2年級采用自主研發(fā)的校本課程，3～6年級采用教育部教育裝備研究與發(fā)展中心聯(lián)合北京、武漢、廣州、西安、深圳五地教科院所共同研發(fā)的“中小學(xué)人工智能教學(xué)用書”。該套用書全面整合最前瞻、最權(quán)威的適合中小學(xué)的人工智能教育內(nèi)容，契合23個本科人工智能本科專業(yè)課程模塊，并已在社團(tuán)活動和“錢學(xué)森班”試用，效果良好。

建設(shè)活動空間，營造人工智能教育軟硬環(huán)境

美國新媒體聯(lián)盟發(fā)布的《地平線報告》曾三次提出：學(xué)習(xí)空間的重構(gòu)與重新設(shè)計，可能成為教育變革的關(guān)鍵趨勢之一。要有效實施人工智能課程，就要大力建設(shè)全新的適合開展人工智能教育的活動空間，這個空間應(yīng)成為以學(xué)生為中心的智能學(xué)習(xí)環(huán)境，成為培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)情感最合適的地方。為此，我們在空間方面進(jìn)行了科學(xué)的區(qū)域劃分，包含AI學(xué)習(xí)區(qū)、AI活動區(qū)、AI展示區(qū)、AI工具區(qū)，融入了智能感知技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)、情感計算技術(shù)。這些活動空間在孩子們探求真知的過程中，成為他們學(xué)習(xí)的樂園。為了滿足孩子們的更多需求，我們先后建立了樂高機(jī)器人教室、創(chuàng)客工坊、3D打印實驗室、VR/AR教室、STEAM教室，為學(xué)生學(xué)習(xí)助力。

為使學(xué)生有更好的學(xué)習(xí)體驗，目前我們正在建設(shè)更“智能化”的人工智能教育活動空間。該活動空間的AI學(xué)習(xí)區(qū)，配備智慧黑板，可以實時記錄監(jiān)測人工智能教室的使用情況，教師機(jī)裝有“基于教學(xué)過程評價的大數(shù)據(jù)測評系統(tǒng)”。我們設(shè)計了可移動的自由組合桌椅，實現(xiàn)點到面的溝通結(jié)合，方便小組教學(xué)和互動討論。AI活動區(qū)還配備了各種智能裝備，如自主編程的人機(jī)對話機(jī)器人，可以帶賓客們參觀、講解。AI展示區(qū)增加了“幸運大轉(zhuǎn)盤”，把一個個作品放在轉(zhuǎn)盤的不同指針區(qū)域，通過電機(jī)和馬達(dá)以及程序的設(shè)計控制，在探究不同智能模塊的作品時就顯示不同的指針區(qū)域，并旋轉(zhuǎn)到最低端，實用有趣，方便學(xué)生拿取學(xué)習(xí)。AI工具區(qū)的儲物柜設(shè)計采用語音智能控制，只需輕輕地說一聲，“請找出Arduino主控板”，第三層左數(shù)第二個柜子的LED燈就會亮，說明Arduino主控板就在這里了。語音控制儲物柜的應(yīng)用，不僅可以培養(yǎng)學(xué)生的編程能力，還可以給學(xué)生帶來學(xué)習(xí)的快樂，讓他們養(yǎng)成從哪里取放回哪里的好習(xí)慣。

人工智能教育課程的實施除了要有適合上課的人工智能活動空間，還必須要有“強(qiáng)大”的裝備。學(xué)校目前三到六年級的人工智能課程配套的裝備有兩種：人工智能教育機(jī)器人、可拆裝智能機(jī)器人套件。人工智能教育機(jī)器人可以實現(xiàn)智能語音交互、人臉識別、物體識別等，適合學(xué)生了解人工智能的常見概念，體驗人工智能技術(shù)在實際生活中的應(yīng)用?？刹鹧b智能機(jī)器人套件可以實現(xiàn)“小尾巴”機(jī)器人、智能澆花系統(tǒng)、分揀機(jī)器人等機(jī)器人的一些功能，跟教學(xué)用書所需的機(jī)器人搭建完全配套。學(xué)生還可通過圖形化編程，對機(jī)器人進(jìn)行智能控制，這些裝備對學(xué)生來說，新鮮又十分有趣，學(xué)生們都非常樂意體驗。一至二年級的人工智能課程的內(nèi)容是自主研發(fā)的，主要偏重圖形化編程知識的傳授。

變革學(xué)習(xí)方式，引導(dǎo)學(xué)生自主探究

引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能這門課程，僅僅靠課程和裝備是不夠的。為此，我們變革傳統(tǒng)教學(xué)方式，采用線上線下混合教學(xué)模式，豐富學(xué)生學(xué)習(xí)的途徑?，F(xiàn)在已經(jīng)推出了兩種線上學(xué)習(xí)平臺。一種是中小學(xué)人工智能項目組研發(fā)的“AI教育云平臺”，另一種是學(xué)校自主研發(fā)的“慕課學(xué)習(xí)平臺”。該平臺已經(jīng)購買和自主研發(fā)了很多與中小學(xué)人工智能教育相關(guān)的課程，可以輔助學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的相關(guān)知識。

學(xué)校還不斷研發(fā)適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)人工智能課程的“人工智能課程學(xué)習(xí)App”。該App運用“知識森林”的理論，把知識的傳授看作由課程、主題、分面、知識碎片四個維度構(gòu)成（主題主要指知識點，分面是指知識點的各個方面，知識碎片就是指具體的知識）。通過構(gòu)建“知識森林”云平臺，對知識點和知識點之間的聯(lián)系進(jìn)行標(biāo)記形成課程的知識體系。在“知識森林”云平臺的支撐下，人工智能課程學(xué)習(xí)App可以對人工智能教學(xué)用書的任一頁進(jìn)行掃描，自動提取出每頁知識點的關(guān)鍵詞，從而通過增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)形成一棵知識樹。知識樹上有該知識點的分面和該知識點相關(guān)聯(lián)的其他知識點，點擊各知識點就會出現(xiàn)對各知識點的“文字”和“視頻”的解讀。例如，人工智能教學(xué)用書“投其所好的信息”這一課的某頁有一個知識點“智能推送”，當(dāng)用“人工智能課程學(xué)習(xí)App”去掃描這一頁的時候，就會自動識別出“智能推送”這個詞，App會通過增強(qiáng)現(xiàn)實技術(shù)在學(xué)生面前呈現(xiàn)一棵知識樹，知識樹上有“智能推送”的定義、原理、應(yīng)用，用鼠標(biāo)點擊相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生們就可以自主進(jìn)行學(xué)習(xí)。

建構(gòu)評價機(jī)制，力促學(xué)生個性發(fā)展

人工智能教育課程實施的效果如何，應(yīng)該有一套科學(xué)的評價機(jī)制，傳統(tǒng)的評價機(jī)制已不能適應(yīng)人工智能教育課程評價的需求。為此，我們把第四代評價理論、基于成效的教學(xué)理論及混合學(xué)習(xí)理論作為開展人工智能教育的重要理論依據(jù)。我們引進(jìn)了國際上先進(jìn)的CDIO評價模式，把理論、實踐、創(chuàng)新合為一體，著眼于培養(yǎng)學(xué)生的工程能力。采用CDIO模式能有效地對學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能教育課程的過程進(jìn)行評價。依據(jù)CDIO模式，我們制定了人工智能教育課程具體評價內(nèi)容。

這種評價機(jī)制運用在實際教學(xué)中已經(jīng)兩年，它大大激發(fā)了學(xué)生潛能，促進(jìn)了學(xué)生個性化發(fā)展。例如，運用這種評價機(jī)制，遴選出了不同年級、不同性別、不同個性的孩子組成團(tuán)隊，參加全國中小學(xué)創(chuàng)意大賽。團(tuán)隊提交的《草原集水大師》項目，利用紗窗網(wǎng)使霧水凝結(jié)成小水滴，通過過濾系統(tǒng)使霧水變成飲用水，解決了牧民的生活用水問題。

目前，我們正在與西安交通大學(xué)人工智能教育實驗室合作共同研發(fā)“基于大數(shù)據(jù)的智能評測系統(tǒng)”，以實現(xiàn)對學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能課程的動態(tài)跟蹤和評測，同時也計劃使用“青少年創(chuàng)新能力大數(shù)據(jù)測評系統(tǒng)”，對學(xué)生的創(chuàng)造力進(jìn)行科學(xué)的評價。

人工智能正在深刻影響社會發(fā)展的未來走向，《未來簡史》的作者尤瓦爾·赫拉利在書中寫道：未來已來，未來超越想象。我們期待人工智能對教育的改革帶來超越想象的良效，也期待交大附小能在這輪教育改革的浪潮中，長風(fēng)破浪，站立潮頭。首先，我們將加大教師培訓(xùn)的力度，構(gòu)建一支能夠勝任人工智能課程的優(yōu)秀的教師隊伍;同時，配合“西安市人工智能課程研究中心”，聯(lián)合西安教科所做好區(qū)域內(nèi)各校的人工智能教育的相關(guān)培訓(xùn)工作。其次，協(xié)調(diào)好國家課程、地方課程、校本課程的關(guān)系，確保有一定的課時量，讓人工智能教育的課程持續(xù)在1-6年級實施。與此同時，做好人工智能技術(shù)與學(xué)科的深度融合，借助人工智能技術(shù)使學(xué)生更好地理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，更多地進(jìn)行動手實踐。

我們相信，未來，人工智能無處不在，人工智能將會促進(jìn)教育產(chǎn)生更加深刻的變革。面對未來，讓每位孩子都擁有美好的未來，我們義無反顧、責(zé)無旁貸！