王曉強，丁錦宏

(南通大學教育科學學院，江蘇 南通 226019)

0 引言

2017年國務院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提到：“在我國中小學階段設置人工智能相關課程?！薄镀胀ǜ咧行畔⒓夹g課程標準（2017 年版）》將《人工智能初步》作為選擇性必修課程列入其中。各地中小學在國家和教育部各種政策的鼓勵下，紛紛開始探索人工智能教育，建設人工智能課程。

本文以江蘇省南通中學附屬實驗學校建設的人工智能課程為例，借鑒其做法，從普適性角度對我國中小學課程建設提出具體舉措，以啟發(fā)學生對人工智能技術的興趣，為之后相關領域的學習和研究打下基礎。

1 人工智能課程存在問題分析

首先，人工智能課程目標模糊。人工智能本身知識覆蓋面廣，具有多學科交叉、綜合性強等特點，特別是很多子領域如深度學習、卷積神經(jīng)網(wǎng)絡等仍然處于快速發(fā)展和創(chuàng)新階段。即便是高等教育階段，人工智能專業(yè)的設立和課程體系建設仍然處于發(fā)展初期。國家也并沒有制定引領性、規(guī)范性政策，缺少專門的人工智能課程標準。中小學階段人工智能的課程目標至今仍然沒有厘清。

其次，人工智能課程內(nèi)容雜亂。在小學和初中階段，人工智能課程大多是校本課程，學段與學段之間課程的連貫性不足，各學校間的課程內(nèi)容大相徑庭，缺乏整體性的課程體系設計與系統(tǒng)性的教學資源建設。很多中小學在人工智能教育實踐過程中，很容易將人工智能教育等同于創(chuàng)客教育、編程教育或是機器人教育，學生在學習過程中很容易將人工智能局限在某些領域，造成人工智能課程窄化，不利于學生之后對人工智能的學習和認知。

最后，人工智能課程師資薄弱。我國中小學人工智能相關內(nèi)容的教學工作大多由信息技術教師來承擔，很多教師的知識理論儲備和計算機操作技能距離專業(yè)水平還有不小的差距。柏宏權等對中小學人工智能教師勝任力狀況進行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)中小學人工智能課程教師勝任力整體水平一般，人工智能專業(yè)知識和能力還有很大的提升空間。同時中小學的人工智能課程缺乏相關可參考可實踐的教學案例，教師在課堂實踐中缺乏必要指導。

2 人工智能課程落地具體實踐

人工智能課程建設面臨諸多問題，但是也有不少學校在實踐中取得良好效果。接下來將從課程目標、課程內(nèi)容和課程評價三個方面闡述南通中學附屬實驗中學在人工智能課程建設中的具體實踐。

2.1 課程目標

課程目標的確立是校本課程開發(fā)的出發(fā)點，根據(jù)泰勒課程與教學的基本原理，學校設立課程目標從學生、文化和社會三個維度進行考量。首先是學生維度，學生是課程目標的中心維度，課程目標需要立足學生的現(xiàn)實狀況和未來發(fā)展。其次是文化維度，人工智能的文化和思想需要浸潤到學生生活的各方面。最后是社會維度，教授學生應對未來社會的技能是學校的責任，在校本課程中要指導學生做好應對未來的人工智能社會的準備。

學校對不同階段人工智能課程目標進行了梳理和界定。三年三個階段，構(gòu)成一個整體校本課程。①初一階段，課程設置以體驗為主，重在感知，讓學生對人工智能有所接觸、了解和體驗，感知人工智能的無處不在；②初二階段，課程設置以發(fā)現(xiàn)為主，重在認知，了解人工智能基礎與倫理，掌握一到兩種編程語言，會用圖形化編程工具進行綜合編程，通過實踐，理解人工智能原理，進行簡單的創(chuàng)造；③初三階段，人工智能課程的設置以探究為主，重在創(chuàng)造，深入學習人工智能原理與方法，通過編程教育和機器人教育，實現(xiàn)跨學科的實踐操作，能完成較為復雜的作品設計制作。通過三年時間的教學與指導，學生能客觀認識人工智能技術發(fā)展對社會生活的影響，既能形成積極、安全使用人工智能技術的觀念，又要對人工智能技術的應用帶來的社會倫理、安全等方面的挑戰(zhàn)具有清晰的認識，形成較強的安全防護意識和責任感。這樣校本課程就把人，文化，社會三者都結(jié)合起來，學生的培養(yǎng)，文化的傳遞，社會的發(fā)展構(gòu)成三方共同體。

2.2 課程內(nèi)容

首先是課程內(nèi)容的組織。在課程內(nèi)容的組織上，既要關注人工智能最前沿的發(fā)展，又要立足學生知識與技能的實際，注重構(gòu)建面向全體的普及性課程、面向群體的發(fā)展性課程和面向個體的榮譽性課程，給各級各類學生提供豐富的選擇。學?；诔踔袑W生的特點，圍繞人工智能的主要技術和初中學生的基礎信息技術知識，借助區(qū)域優(yōu)勢，制定了富有特色的基地課程。學校設計了三個課程模塊，人工智能通識課程包括人工智能的發(fā)展歷程，人工智能與現(xiàn)代生活等；人工智能進階課程包括程序設計基礎（Python），無人機原理、機器人裝配與控制等；人工智能綜合課程包含以語音識別為基礎的英語口語測評系統(tǒng)，以自然語言處理為基礎的文檔分類方案設計等。三個課程模塊層層推進，滿足學生知識學習與實踐創(chuàng)新。

其次是課程具體實施。陳凱泉等認為人工智能教學應深度融入綜合實踐類活動，且應將探究式教學當做教學中的主要策略。學校為學生精心設計了許多項目式學習。初一新生進入校園后，學校安排學生探尋校園內(nèi)的人工智能應用場景，如人臉識別，語音開門等。學生能體驗到人工智能技術在校園內(nèi)的應用，激發(fā)對人工智能的興趣，以此來構(gòu)建全域校園環(huán)境課程。學生對人工智能有一定的感知和直觀了解后，學校借助于語音識別、圖像識別、自然語言處理等現(xiàn)實生活中最常見的人工智能場景，幫助學生走進人工智能世界。

初二學生經(jīng)過一年的基礎知識學習后，開始接觸編程基礎知識，了解順序、選擇、循環(huán)三大基本結(jié)構(gòu)，通過圖形化界面編程，實現(xiàn)簡易且豐富的人工智能技術應用。同時，學校還在初二開設“人工智能+”學科的特色VR 課程，如生物課利用VR 設備，進入三維虛擬世界觀察人體結(jié)構(gòu)，物理課利用VR 設備探究速度原理的實驗，體驗人工智能技術的應用，促進學生多學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

人工智能是一門理論性和實踐性都很強的課程，初三學生需要綜合利用所學知識解決實際問題。如機器人特殊舞蹈和格斗動作設計，無人機特定方式飛行等。以任務驅(qū)動的方式，鼓勵學生勇于打破常規(guī)的思維，創(chuàng)造性完成實驗，讓學生了解人工智能技術的魅力，感受人工智能為生活帶來的快捷和便利，激發(fā)學生自主學習和探索的興趣，讓學生充分展示個人的智慧才華和團隊的創(chuàng)新能力。學校力求通過三年的人工智能課程學習，培養(yǎng)學生信息意識、計算思維，以及數(shù)字化學習與創(chuàng)新能力，試圖解決現(xiàn)有人工智能課程窄化的問題，力求給學生展現(xiàn)人工智能的全貌。

然后是教師培育。教師隊伍建設是核心工程。學校成立了由教科室、學科教師以及校外專家組成的“人工智能課程建設領導小組”，定期舉辦相關教育教學研討會、“人工智能+學科”教學研討課，積極研究如何將人工智能與學科教學有效結(jié)合，具體舉措：①教師以學科為單位，每學期對外進行公開課，從教學主題、教學手段、教學過程、學習成果體現(xiàn)人工智能+教學創(chuàng)新；②學校層面規(guī)劃特色課程，形成涵蓋初中各學科的“人工智能+”項目化學習系列，構(gòu)建特色校本課程；③邀請人工智能技術人員、教學專家來學校講學，從技術培訓、課程開發(fā)、項目化教學設計等方面對全體教師進行專業(yè)引領；④學校還充分利用當?shù)刭Y源，積極與南通城市博物館、南通虛擬體驗館、南通科技城聯(lián)合打造校外實踐基地，構(gòu)建了校外科技活動場所與學校拓展課程相銜接的有效機制；與南通中學課程共建、資源共享、教師交流，實現(xiàn)初高中教學與課程銜接。

最后是設備保障。學校人工智能教育項目設計了兩類特色學習環(huán)境。一是人工智能學習中心，包括機器人實驗室、人工智能研究室、人工智能+學科教學研究室。學習中心給學生提供體驗創(chuàng)新創(chuàng)造和動手實踐的機會，為學有余力的學生進一步深入學習搭建發(fā)展平臺，充分滿足師生的探究需求。二是環(huán)幕展示廳，內(nèi)容覆蓋了人工智能文化、學科知識模型和學生成果展示。展示廳是為營造人工智能技術氛圍，凸顯人工智能的教學價值和人文關懷。

2.3 課程評價

課程評價是對課程開發(fā)及實施中的各個環(huán)節(jié)、總體成效等依據(jù)不同標準進行多種形式價值判斷的系列活動。學校校本課程評價的內(nèi)容指標可以從主體、過程和結(jié)果三個層面進行全面評價。學校設立如下指標如表1、表2 和表3所示。

表1 人工智能課程評價主體層面內(nèi)容指標

表2 人工智能課程評價過程層面內(nèi)容指標

表3 人工智能課程評價結(jié)果層面內(nèi)容指標

學校自辦學以來，努力打造學校特色，積極推進人工智能課程在學校落地，人工智能教育成果斐然，如江蘇省青少年“云科創(chuàng)”線上科技活動、江蘇省青少年“虛擬世界創(chuàng)意編程”活動、江蘇省青少年科技模型大賽Robojoy 項目，南通市青少年電子信息智能創(chuàng)新大賽無人機C 語言編程賽、南通市“領航杯”無人機任務賽，南通市青少年人工智能創(chuàng)新大賽等比賽中，共有127人次獲獎。同時，學校還積極承辦各種機器人、無人機、人工智能競賽。學校建構(gòu)“普及教育——社團培養(yǎng)——競賽提高”的三級體系，這三條主線并行發(fā)展，滿足不同層次學生的需求，全面覆蓋科普入門、愛好興趣、能力提高三個方面。學校推進學生社團活動，每年10 月舉辦為期一周的科技節(jié)，讓學生充分展示個人的智慧才華和團隊的創(chuàng)新能力。學校成立的社團包括無人機社團、機器人社團、程序設計社團，每個社團都有專業(yè)指導老師，并聘請南通大學教授為校外指導專家，開設專門的社團特色課，如無人機社團就有無人機繞任務桿競賽。

教師隊伍建設也頗具規(guī)模，學校信息技術學科教師獲南通市青少年人工智能創(chuàng)新大賽優(yōu)秀指導老師，學校獲得南通市首屆青少年電子信息智能創(chuàng)新大賽優(yōu)秀組織獎，多位教師圍繞智慧課堂發(fā)表國家級省級論文五十多篇，還有多位教師參加南通市信息化應用大賽并獲獎。

3 結(jié)束語

教育是人類應對人工智能挑戰(zhàn)的根本力量，中小學階段科學、合理地設計和開展人工智能課程，不僅幫助學生未來應對人工智能時代的挑戰(zhàn)，也是國家未來發(fā)展的必然需求。本文首先分析我國人工智能教育在中小學階段面臨的問題，如課程定位模糊，課程內(nèi)容雜亂，教師師資薄弱。然后從課程目標、課程內(nèi)容和課程評價三個方面闡述了學校人工智能課程建設的具體實踐，顯著提高了學校人工智能課程辦學水準。然而，在課程建設過程中如何更好地利用人工智能技術服務教師和學生，學生在實際學習過程中的滿意度情況究竟如何，這些都需要進一步深入重點研究。