人工智能课程实施探微

摘要：在研究相关文献的基础上，明确了人工智能课程的内涵，梳理了人工智能课程的研究进展，提出了初中人工智能校本课程“总一分—总—创”的开发思路和项目化的实施模式。“智能家居”人工智能校本课程，从核心素养出发，细化课程目标;结合真实学习情境，重构课程内容;围绕项目化学习，实施课程教学;从多元评价角度，组织课程评价。

关键词：初中信息科技;人工智能;校本课程;项目化学习

人工智能作为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，近年来逐渐受到各国的高度重视。2017年，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，提出“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”。同年，《普通高中信息技術课程标准（2017年版）》在课程中加入人工智能模块，人工智能开始走进基础教育领域。2021年，《中小学人工智能课程开发标准（试行）》发布并实施﹐自此人工智能课程的开发有章可依。2022年，《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》颁布，在第四学段（7—9年级）加入“人工智能与智慧社会”模块。随着相关政策文件的落地，人工智能教育迅速成为研究热点，全国各地中小学都在积极探索。如何开发与实施人工智能课程，成为一线教师亟须思考的问题。

一、人工智能课程的研究进展

人工智能课程的开发与实施，首先要从人工智能课程的内涵入手。人工智能作为自然科学、社会科学、技术科学三向交叉的综合学科，涉及计算机科学、信息论、神经生理学、语言学、心理学、控制论等多个领域①，是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学②，研究内容包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等。清华大学林尧瑞教授等人认为：“人工智能是研究、制造智能机器或智能系统，来模拟人类智能活动的能力，以延伸人类智能的科学。”③

人工智能课程是一门综合性的课程，涉及诸多的学科知识；同时又是一门实践性的课程，强调从应用人工智能的需求出发，鼓励学生提出问题、解决问题。被国家纳入中小学课程体系的人工智能课程，除了要考虑人工智能技术的基本原理、方法以及应用，还需要注重发挥其学科特性，培养满足社会需求的人。

目前，中小学人工智能课程的开设方式主要有以下三种：一是作为信息科技课程的子模块；二是融入创客课程或STEAM课程；三是作为独立的课程。④本文中的人工智能课程是指独立开设的课程，即使用数字终端设备和基于人工智能技术的数字化软件，以培养人工智能时代人才的核心能力为目标的跨学科综合实践课程⑤。

2018年7月，西北师范大学、北京师范大学出版社联合科大讯飞股份有限公司共同发布了《人工智能（初中版）》教材。2018年11月，华东师范大学出版社出版“AI上未来智造者”丛书11册，2021年，其配套课程在南京市建邺区推广使用。2020年，广州市教育研究院协调组织编写了中小学《人工智能》三年级到八年级全套教材，分通识、人工智能应用主题、人工智能技术应用三个部分展开，将人工智能的多个应用场景引入其中，如机器博弈、人工智能艺术、无人驾驶、智能家居等⑥。

除了教材的逐步本土化，与之相应的人工智能教育研究也在不断创新。2019年，周建华等人提出：“中小学开展人工智能教育的关键是教师和课程”，同时分析了中国人民大学附属中学人工智能课程得以快速发展的原因和中小学开展人工智能教育的愿景和实施策略。⑦同年，杨洋以江苏省南京市江宁区D小学为例，分享了小学人工智能校本课程的开发与实践。⑧2022年，任辉结合小学人工智能教学的背景和现状，构建了适合小学阶段人工智能教学内容的体系架构，提出了基于项目进行小学人工智能教学设计与实施策略。⑨同年，金鑫以广州市黄埔区为例，围绕课程教学内容、课程教学环境、课程教学模式等，提出了初中人工智能课程的建设与实施建议。⑩

综上，我们可以发现：一是中小学人工智能课程已经从信息科技的子模块逐步成为一门独立的课程，越来越多的一线教师开始结合自己学校的实际情况，积极探索人工智能校本课程的具体实施；二是大部分的中小学人工智能课程都以项目化学习为主要的实施形式，包括基于问题的学习、基于方案的学习、基于产品的学习等不同的具体形态；三是由于经济差异和区域差异，人工智能教育的发展也出现了参差不齐的现象。自上而下的改革固然重要，以学校为单位的实践探究也有重要的价值。

二、“智能家居”人工智能校本课程的开发与实施

随着项目化学习的思路进入中小学教育，越来越多的项目化课程实践也逐渐成熟。研究表明，项目化的实施模式相较于传统的教学，在提升学生的积极性、学习习惯、自主学习和协作学习能力等方面有明显优势①，因此项目化的实施模式逐渐被人工智能教育领域接纳，并成为主流的课程实施模式。张蝶嫔以残疾宠物车项目的教学设计与实施为例，开发了一系列课程，探究了小学高年级的人工智能教学。为了让学习具有整体性，她采用项目化的实施思路，形成项目迭代的基本模式，让学生以小组为单位开展研究，在可选硬件范围内根据学生的意向灵活调整课程内容。②周迎春则结合江苏省苏州市吴江区鲈乡实验小学的实践探索及校本教材《AI机器人创意搭建与mBlock5慧编程》中的课例设计，阐明如何建构与实施项目化、趣味化、普及化的普惠型AI教育课程。③

初中人工智能校本课程需要从初中生的认知特征和思维能力出发，结合学校校情、学科知识，从真实的任务情境出发，构建适合初中生的多维度课程体系。基于此，笔者认为，初中人工智能校本课程可采用“总一分一总一创”的开发思路和项目化的实施模式。

例如，“智能家居”人工智能校本课程的开发思路如图1所示。课程伊始，教师首先介绍人工智能的理论知识和在家居中的应用，引导学生确定智能家居的学习项目；然后，引导学生将智能家居的大项目细分为智能灯、智能风扇、智能窗帘、智能门禁等一系列子项目，子项目学习内容由易到难，螺旋上升；在各子项目完成后，带领学生通过系统组装与知识的融合应用，完成个性化的智能家居作品；最后，让学生将知识迁移到其他场景中，根据真实的问题，小组合力完成智能创造的作品。

结合学校现状与学生能力水平，“智能家居”人工智能校本课程，从核心素养出发，细化课程目标；结合真实学习情境，重构课程内容；围绕项目化学习，实施课程教学；从多元评价角度，组织课程评价，以达到通过项目活动促进学生创新思维发展的目的。

（一）从核心素养出发的课程目标

学科目标是课程育人价值的集中体现，是落实国家学生发展核心素养的目标细化。《中小学人工智能课程开发标准（试行）》提出，人工智能课程的培养目标不仅要与信息科技课程核心素养的总体目标相呼应，同时也要关注中国学生发展核心素养的具体内容，可以从意识、能力、思维、责任四个基本点出发。信息科技课程要培养的核心素养包括信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个方面。它们是学生在接受信息科技教育过程中逐步形成的信息技术知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的综合表现。人工智能课程应该以适应未来智能社会的关键能力培养为目标，可以从人工智能意识、技术应用能力、实践创新思维、智能社会责任四个维度进行目标的设定。

项目化学习作为一种鼓励学生持续发现问题、自主解决问题的方式，特别强调提升学生发现问题、解决问题的能力、合作探究的能力、多学科知识融合的能力等。基于项目化思路开展的课程也需要从这些能力的培养入手。

综上，我们确立了“智能家居”人工智能校本课程的四维目标（详见表1）。

（二）立足真实情境的课程内容

在人工智能课程中开展项目化学习，需要学生围绕真实问题深入持续地探究，锻炼调动知识的能力，参与实践内容，与他人、环境相互作用，以达到解决问题并产生项目成果的目的。本课程立足“智能家居”这一真实情境，设置了“了不起的人工智能”“美妙的智能家居”“神奇的智能灯”“强大的遥控器”“巧妙的语音识别”“智能伸缩窗帘”“聪明的垃圾箱”“优秀的智能门禁”“温馨的未来家居”“优秀的智能创造”十个子项目。本课程既包含人工智能的学科领域知识，如语音识别、AI模型识别、人脸识别等，又兼具模块化编程与搭建活动，能较好地提升学生的学习兴趣；每个子项目尾声设置“拓展思考”，引导学生提高对人工智能社会和技术伦理的认识。

（三）项目化的课程实施策略

“智能家居”人工智能校本课程采取两周一次课、一次两节课的课时安排；8个教学班采取偶数班单周上课，奇数班双周上课的错位安排，确保学生学习时间的充足。此外，为了实现课程目标与学生的全面发展，在课程实施过程中采用了“动态小组协作”“多元学习单辅助”“‘双师课堂教学”等策略。

1．动态小组协作

中国学生发展核心素养强调自主发展，更关注合作参与、创新实践。而在项目化学习实践中，小组协作也是一种重要的学习形式。教师组织小组协作时，首先要关注学生的知识基础和能力特点，一般采用组内异质、组间同质的方式分组。笔者通过教学实践发现，学生的能力发展变化较快，一成不变的分组较难满足他们的学习需要，但频繁的分组又容易打破才建立的小组默契。对此，笔者将动态小组协作的思路引入教学实践中。课程伊始，根据知识前测和性格差异等，建立了6个同质大组。每个大组又分为2个小组，每组3人。3人团队采用“优、中、差”的搭配形式，在学习实践中互帮互助，如遇到学习困难，则可以在6人大组内讨论，3人小组会根据学习状态出现组合变化，确保每一个人都能发挥最大的团队价值。并且，为了激发学生的参与感，小组长采取轮换制，表现好的学生可以升级为小组长，获得课堂的过程加分。

2．多元学习单辅助

按照奥苏贝尔的“先行组织者”理论，学生面对新的学习任务时，如果原有认知结构中缺少同化新知识的适当上位观念，或原有观念不够清晰或巩固，则有必要设置一个先于学习材料的引导性材料。学习单恰好可以起到引导性材料、先行组织者的作用。根据使用的时间和条件不同，学习单又可以细分为预学单、回顾单、指导单、拓学单等。预学单主要用于在正式教学之前激发学生的学习热情，唤醒学生的学习意图，协助教师了解学生的学习兴趣与需求。回顾单主要用在每次课刚开始的时候。由于课程设置为两周一次课，学生遗忘率较高，回顾单能够协助学生回忆上次课的内容，主要起到知识复习的作用，因此回顾单的内容以客观题为主，答案较为固定，要求包括但不限于关键词回忆、问题连线、选择等。指导单主要起课中促学的作用，协助教师展示学习任务，引导学生自主学习。拓学单则致力于提升学生的迁移运用能力，关注学生课堂学习与生活的联系，一般应用于课后。

3．“双师”课堂教学

本课程所采用的“双师”教学模式是“一教一辅”的模式，即设置两名教师参与教学，既负责课程开发，也主抓课堂授课，并在授课过程中，负责不同的分工。在知识教授环节，一位教师负责课程知识的讲解，主控课堂教学进度和理论传授；一位教师负责实操演示，主抓编程教学和产品效果呈现。而在学生探究和合作的过程中，两位教师分管不同的小组，采用“一对一”的形式针对性地帮助学生解决问题，确保所有小组都能在对应的时间内得到教学辅导和帮助。在课堂中，两位教师分工明确，互相配合，实时交流各小组的学习效果与状态，根据需要调整课堂的进度，以达到课堂教学效果最优化的目的。

（四）多元并行的课程评价

学习评价不仅可以评测学生学习效果，调整学生学习过程，还可以起到激励学生学习和改进教师教学的目的。在项目化学习活动中开展评价，需要从学生的学习过程和项目成果两方面入手。学习过程评价主要关注课堂，重点考查學生的学习参与度、小组互动情况、课堂作品完成等。在此过程中，需要小组长以监督者的身份对组员打分，每次课堂结束前公布积分结果。项目成果评价则关注学生的项目完成情况，主要考查学生对知识的运用和迁移能力。每个学期结束时，学生需以小组为单位完成一份智能创造作品。学生小组构思智能创造的项目，思考应用场景，细化人员分工，简要说明设计思路，进行作品的搭建和相关编程。在作品制作过程中，开展组内讨论与评价；小组作品完成后，开展组间交流与评价，各组之间根据小组介绍打分，组内再进行二次思考与改进讨论。课程完成之后，通过科技节、创客比赛、机器人比赛等活动，激发学生的创作热情，拓宽学生视野，以达到实现知识迁移、促进学生全面发展的目的。

在人工智能应用日益普及的今天，人工智能课程进入初中课堂是大势所趋。初中生需要客观地认识人工智能，相应地，学校也要进行普及式的人工智能启蒙教育，如了解人工智能前沿知识、利用人工智能技术解决实际问题、感受人工智能技术的价值等。考虑到学校之间的基础条件和师资各不相同，建设以学校为实施主体的人工智能校本课程就变得尤为重要。区域内需要鼓励一批学校根据自身资源将课程校本化、正规化，从而带动区域课程的体系化。另外，人工智能课程不应局限于某一个公司或平台所提供的框架，而应在此基础之上结合学校的资源、实践，更新迭代产生最优化的课程体系及内容。

参考文献：

［1］林崇德．21世纪学生发展核心素养研究［M］．北京：北京师范大学出版社，2016．

［2］孟杰，孙田琳子，沈晨．基于项目化学习的创客课程设计与开发—以“绿色生长＋”课程为例［J］．数字教育，2021（6）．