河南省鄭州市教育局實驗教學裝備管理中心(450000) 張 超鄭州師范學院附屬小學(450000) 賀紅曉

近幾年，技術的發(fā)展、政府的重視，讓人工智能迅速成為社會熱點。我國不少地方都已經(jīng)開始探索在義務教育階段開展人工智能教育，人工智能下的創(chuàng)新實驗室也應運而生。但是，由于各地基礎和條件各不相同，人工智能教育項目面臨諸多問題，如創(chuàng)新實驗室的建設沒有裝備標準可供借鑒，創(chuàng)新項目的軟件開發(fā)缺少教研部門參與的頂層設計，同時也少有與創(chuàng)新環(huán)境相配套的課程，致使創(chuàng)新項目的發(fā)展難以深入進行。

中小學階段，正是培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力的關鍵時期。在有效培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力方面，創(chuàng)新教育發(fā)揮著重要作用。要使創(chuàng)新教育扎實開展、穩(wěn)步推進，創(chuàng)新實驗室的建設是基礎。因此，在各中小學建設創(chuàng)新實驗室，是學校開展創(chuàng)新教育的首要條件。根據(jù)新課程的發(fā)展趨勢，結合我市中小學創(chuàng)新教育的實際狀況，進行創(chuàng)新實驗室的建設及課程開發(fā)勢在必行。

本文從我市中小學創(chuàng)新教育現(xiàn)狀出發(fā)，依托試點學校，為學校提供創(chuàng)新空間設計方案，使實驗室空間建設更加符合學生核心素養(yǎng)發(fā)展的需要；同時，對不同學段、不同主題的創(chuàng)新課程進行開發(fā)，進一步引導培養(yǎng)學生自主探究、自我成長的能力，從而推動以深入構建培養(yǎng)學生“實踐創(chuàng)新”素養(yǎng)為根本目的的創(chuàng)新教育蓬勃發(fā)展。

1 加強創(chuàng)新實驗室建設，為課程建設提供硬件支持

1.1 設計建設與升級改造相結合，打造優(yōu)質學習空間

一方面在沒有創(chuàng)新實驗室的學校進行項目設計，為學生的創(chuàng)新實踐活動打造優(yōu)質的學習空間；一方面對部分中小學實驗室進行升級與改造，扶持多樣化的校園創(chuàng)新實驗室建設(見圖1～3)。同時，在相關課程專家的引領下，進行基于創(chuàng)新空間的課程開發(fā)，為校園的發(fā)展提供有力的支撐，也為更多學校開展創(chuàng)新教育提供了資源和借鑒。

1.2 提供前沿技術支持，優(yōu)化裝備配置

為了充分發(fā)揮創(chuàng)新實驗室的功能，豐富創(chuàng)新課程的研發(fā)，先后引進各種新技術及平臺，如:開源硬件平臺 Arduino/Frizing、圖形化編程平臺 Scratch、3D 打印平臺 Printer、智能機器平臺 Robot、互動新媒體平臺 Processing、數(shù)字化實驗系統(tǒng) DIS、物理引擎實驗平臺 Algodoo、物聯(lián)網(wǎng)+平臺 ESP8266等。這些新技術和平臺的使用，有效促進了創(chuàng)新課程的研發(fā)。目前，3D打印、機器人編程、圖形計算器等先進技術和軟件在實驗學校都得到了不同程度的應用。

1.3 教學資源整合，為課程開發(fā)儲存資源

借助信息化手段對全市實驗教學相關資源進行收集，為各類創(chuàng)新課程的開發(fā)提供豐富的素材資源。如“實驗教學創(chuàng)新優(yōu)質課平臺”“教師自制教(學)具和學生小制作小發(fā)明平臺”“實踐教育優(yōu)質課平臺”等管理平臺的開發(fā)，收集并篩選了一批我市中小學教師和學生的優(yōu)秀課例和作品，為多種類型的創(chuàng)客課程開發(fā)提供樣本。

2 積極推進創(chuàng)新課程開發(fā)，為創(chuàng)新教育的落地提供依托

人工智能(Artificial Intelligence)，英文縮寫為AI，它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。人工智能可以對人的意識、思維的信息進行過程的模擬。人工智能從誕生以來，理論和技術日益成熟，應用領域也不斷擴大，可以設想，未來人工智能帶來的科技產(chǎn)品，將會帶來人類生活的極大改變。

人工智能的核心是編程和智能硬件，因此人工智能的課程開發(fā)主要與這2個方面有關。由于中小學生受認知和能力所限，開始接受的人工智能課程大部分是人工智能中最基礎和最直觀的課程，例如基礎編程、基礎的智能硬件、簡單機器人、人工智能體驗等。在這些課程中，編程課程往往作為評價其發(fā)展水平的核心指標?；谌斯ぶ悄鼙尘跋碌膭?chuàng)新課程開發(fā)與實施也是從以上方面著手研究。下面，以我市某小學的“人工智能背景下的創(chuàng)新課程”研發(fā)及實施為例加以闡述。

2.1 人工智能背景下創(chuàng)客課程基本理念

人工智能背景下創(chuàng)新課程基本理念是:著力培養(yǎng)面向未來的創(chuàng)新型人才。

主要包括以下幾個方面:

(1)尊重個性:尊重學生的個性化發(fā)展，以科技為導向，用世界一流的學科融合教育模式，幫助學生按照自己的興趣、潛力實現(xiàn)個體的最優(yōu)發(fā)展，培養(yǎng)具有仁愛精神、獨立意志、社會擔當、終身學習能力和幸福感的地球公民。

(2)學科結合:順應傳統(tǒng)學科教育，查缺補漏，互為補充。將技術、科學、工程、編程、造物、勞技、體育、生活、藝術(音樂、美術)等學科融合教育理念融入其中，激發(fā)孩子的學習興趣，提高動手和邏輯思維能力，培養(yǎng)探索和思考精神，促使學生知識內化。

(3)個性定制:未來教育是個性定制的，以尊重個性為中心，以 “項目制”“主題式”教學方式，配合“導師制”“學院制”“走班制”“蜂窩型”資源配置，建立情感信任，打破學科邊界，課程融合聯(lián)接，培養(yǎng)學生掌握知識的能力和自主思考解決問題及動手實踐的能力。

(4)面向未來:培養(yǎng)面向未來的創(chuàng)新型人才是目的，學科融合教育是方式，現(xiàn)代科學技術應用是支撐，跨學科融合的個性化定制是主導，培養(yǎng)具備服務社會、國際視野的地球公民是追求。

2.2 人工智能背景下創(chuàng)新課程目標設定

(1)普及創(chuàng)新教育素養(yǎng):全校學生普及創(chuàng)客基本素養(yǎng)；

(2)培養(yǎng)創(chuàng)新教育名師:培養(yǎng)出優(yōu)秀的創(chuàng)新教育導師團隊；

(3)打造創(chuàng)新空間:打造具有學校特色的校園創(chuàng)新實驗空間；

(4)開發(fā)校本課程:開發(fā)出具有本校文化特色的校本課程體系；

(5)形成創(chuàng)新教育標桿:使學校成為區(qū)域內的創(chuàng)新教育標桿學校。

2.3 人工智能背景下創(chuàng)新課程內容選擇

本課程體系的內容主要包括5個部分:創(chuàng)新思維培養(yǎng)課程、軟件編程課程、智能硬件課程、結構與工具課程和演講及分享課程。

(1)創(chuàng)新思維培養(yǎng)課程:含有創(chuàng)新方法課程、思維練習課程等；

(2)軟件編程課程:以Scratch圖形化編程工具為核心，學習編程的基本技術與算法；

(3)智能硬件課程:以樂動模塊系列傳感器、控制器為主要內容，學習智能硬件原理及應用；

(4)結構與工具課程:以3D建模和3D打印為主要學習內容，了解結構與數(shù)學化工具；

(5)演講及分享課程:以學生作品分享、成果路演為主要形式，學習分享的方法與技巧。

2.4 人工智能背景下創(chuàng)新課程實施基本介紹

(1)課程開設對象：2～5年級全體學生。

(2)課程開設場所：學校微機教室和校園創(chuàng)新空間。

(3)課程所需教學設備：初級實驗箱、樂動魔盒、樂動魔塊、課程資源、基礎工具、智能造物耗材等。

(4)授課形式：不同年級的授課形式見表1。

表1 授課形式

結合學校實際需求及學生能力特點，以普及式班級教學和社團課相結合的授課形式。學生通過學習編程的基礎知識技能，智能硬件和結構的知識，掌握基本的編程能力和通過社團活動課再進一步培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力、作品設計能力及綜合運用能力。

(5)課時安排與任課教師

課時安排:大班教學課直接使用《信息技術》《綜合實踐》的課時，每周1節(jié)；社團課為社團課時，每周四下午2節(jié)課后。

任課教師:《信息技術》教師、《小學科學》教師、《綜合實踐》教師。

2.5 人工智能背景下創(chuàng)客課程實施形式

2.5.1 大班普及課授課內容及安排

普及性的大班課程是以一個班為教學單位，其授課地點為學校微機教室。大班普及課開課年級為4～5年級，每個學期都有對應的課程，共4個模塊。

2.5.2 社團課授課內容與安排

本課程作為學校的社團課，授課地點為學校微機教室或學校的校園創(chuàng)客空間。社團課開課年級為2～5年級。其中3年級下、4年級、5年級都將以活動的形式展開。

3 開展各類創(chuàng)客活動，促進師生創(chuàng)新協(xié)同發(fā)展

3.1 收集師生優(yōu)秀創(chuàng)客成果，展示師生創(chuàng)新能力

(1)學生作品設計文稿見圖4～5。

(2)教師作品展示見圖6～8。

3.2 組織師生參加各類創(chuàng)客比賽，增加創(chuàng)客教育生命力

開展研究的最終目的是促進學生的全面發(fā)展，為此，我們組織了項目學校的師生參加河南省和鄭州市中小學教師自制教具及學生小制作、小發(fā)明等相關創(chuàng)客類的評比，以激發(fā)師生的創(chuàng)造力與創(chuàng)新力。

在研究過程中，實驗教師都能基于實踐，在深入落實課程改革的同時，結合學校、學生及個人實際情況，對實驗課例的教學進行全方位的創(chuàng)新，形成具備實驗學校特色的人工智能背景下的創(chuàng)新教育課程實施方案。如我市某高中的“法庭科學實驗課程”、某初中的“初中生簡明科學教程”、某小學的“人工智能背景下的創(chuàng)客課程”等。這些創(chuàng)客課程的開發(fā)，為我市各級各類學校特色創(chuàng)客課程的開發(fā)提供了可供借鑒的樣本，具有積極地意義。