中小学人工智能教育的校本实施策略研究

叶依薇 福建省厦门第二中学

《中小学人工智能技术与工程素养框架》（以下简称“素养框架”），旨在明确中小学阶段开展人工智能教育教学应培养的学生核心素养的基本内容与要求，为有关单位和学校编写相关教学材料、开设相关课程和开展相关教学活动提供参考和依据。“素养框架”主要解决了“培养什么人”的问题，即人工智能教育培养目标应当如何定位的问题。为此，“素养框架”设计了人工智能与人类、人工智能与社会、人工智能技术、人工智能系统设计与开发四个领域的内容，并提出要具体从“理解人工智能技术原理、制订解决人工智能问题的方案并实现目标、沟通与协作”三个实践原则衡量学生的人工智能技术与工程素养。

●准备阶段

“素养框架”没有独立描述学习内容，而是将培养目标和学习内容混合在一起。因此，教师需要从教学主题出发，在31个二级指标中寻找对应的培养目标，再进一步设计与培养与目标相匹配的学习内容。值得注意的是，教师需要根据地区差异、各校特色制订符合学生最近发展区的教学主题、教学目标和课程内容。

1.选择教学主题

“素养框架”缺乏一条明晰的由目标到内容的路线，建议根据人工智能的关键技术和典型应用设置模块，如机器人、人脸识别、图像识别、语音交互、智能控制等。

2.制订教学目标

“素养框架”下的每个指标都细分为“应该知道”—K类的“知道的知识”和“能够做到”—A类的“做到的活动”。通过K类指标“理解人工智能技术原理”，通过A类指标“制订解决人工智能问题的方案并实现目标”，并在活动的过程中实现“沟通与协作”，即教学目标要围绕人工智能技术与工程素养的三个实践原则来制订。

3.设计课程内容

可将每个模块设计成一个完整的项目式学习，结合该关键技术在日常生活中的应用，创设真实情境，设计更加聚焦、操作性更强的真实问题。教师可结合各校学情，参考《美国K-12人工智能教育行动计划指南》提供的内容框架、主题和教学活动建议，以及中国《中小学人工智能课程开发标准》提供的“实践活动”来开发项目式学习课程。

4.四大领域的权重分配

在“素养框架”下的四个领域内容中，“人工智能技术”领域是重点，应该作为主线贯穿始终，是人工智能课程的基本架构。同时，与人工智能技术相关的伦理道德即“人工智能与人类”和“人工智能与社会”（解决了“为谁培养人”的问题）也不可忽略。这两个领域不必独立讲授，而应以渗透式的思政方式，贯穿整个人工智能课程。“人工智能系统设计与开发”难度相对较大，建议简化为软硬件结合的自动化控制系统，同样可以培养对系统组成要素、协同机制、系统设计、迭代优化等初步概念与基本思想的认识与理解，以满足学生个性化发展的需要。

●实施阶段

1.遵循认知规律，设计教学活动

“素养框架”提出，教师应从学生的认知发展规律出发，通过体验、理解、应用、创新、反思五个环节设计课堂教学活动（如上图）。

第一，体验活动。了解技术在生活中的应用，让学生亲自动手使用智能产品和智能应用，以直接经验和感受唤起学生的学习兴趣，营造良好的课堂氛围。除此之外，常见的体验活动还有不插电活动、视频演示、黑箱演示、案例演示等。

第二，理解活动。对技术的认识不能只停留在字面意义和简单使用上，而要引导学生去剖析技术背后的原理和算法、技术的发展过程和未来趋势等。常见的理解活动有实验、视频演示、白箱演示。

第三，应用活动。以任务的形式，增加课堂实践环节，让学生动手搭建模拟真实场景，运用编程实现智能控制。需要注意的是，教师要根据学情，实施分层教学，设置不同难度的任务：对于编程能力较弱的学生，不盲目要求每个算法都实现，避免不必要的编程知识的学习；对于编程能力较强的学生，则要更注重算法的底层逻辑和实现方法。

第四，创新活动。在真实情境中，以问题为导向，引导学生思考如何利用已有技术改善生活中遇到的“痛点”，并综合运用知识解决问题。

第五，反思活动。通过作品展示评价、小组合作交流、头脑风暴等活动，促使学生在思维的碰撞中提升自我。

2.创设真实情境，聚焦问题解决

情境化学习是一种沉浸式的学习场景。在情境化教学中，教师可以赋予学生特定的学习身份，引导学生在特有的学习场景中解决问题，进而习得技能、提升素养。问题化学习，是通过一系列的问题来引发学生持续性的学习行为，促进学生将“教材内容”转化为“内化的知识”。学习活动以有效的问题为起点，以引导学生自主解决问题为核心，从而达成知识的有效迁移，实现经验的持续建构。情境的创设是开启学生自我学习的第一步，教师利用创设的各种情境，以生活中的实际问题为锚，引发学生自主地完成相关任务和活动，最终形成高质量的作品。

3.关注自主学习，开展合作探究

素养的培养需要学生经历真正有意义的学习活动，因此，自主学习和合作探究是素养养成的必经之路。自主学习要求教师为学生提供足够的时间、空间，并通过一系列的问题来引发持续性学习行为。合作探究学习实现了信息快速聚散、经验协同筛选、成果生成资源，提高了学习成效，激发了学生学习的主动性、创造性，培养了团队精神，实现了深度学习。

学生在开展小组合作的过程中可能会出现一些问题：①部分学生缺乏责任感，不参加小组活动，不贡献个人力量，免费享用整个小组的劳动果实，当其他小组成员意识到这种行为后，参与度也会大大降低，导致整个小组的进度停滞不前。②因性格不和、意见不一致，同伴间的矛盾较多。③由于小组内的任务分工由组长根据组员特长来分配，每个组员的分工相对固定，导致每个人持续做同一类任务。④有的学生不善于表达个人看法，因此他们的个性化思考可能被忽视。

因此，教师应对小组合作方式进行优化，即每两名学生共用一套智能设备（机器人或者是开发板），这两名学生的任务是明确且可交换的，他们相互合作共同完成人工智能应用系统的开发。此外。小组之间可以展开竞争评比，创造良性竞争环境。

●评价阶段

人工智能课程的评价不仅包括结果导向的知识测试，还包括证据导向的素养评价，要建立教师、自我和同伴等多方主体进行过程性和总结性相结合的全过程评价，如下表所示。

●结语

目前，教育界对人工智能教育虽已达成许多共识，但仍未形成统一的课标和教材，这就给人工智能教师带来了机遇和挑战。“素养框架”从国家层面出发，对学生人工智能素养进行顶层设计，为教材编写和课程开设提供了参考和依据，而每位人工智能教师都要根据地区差异、各校特色开展教学实践，助力人工智能落地实施。

评价类型 评价方式 评价的过程和目标 评价工具 评价主体过程性评价电子档案 利用各种线上学习平台作为教学支持工具，在项目活动的各个环节，填写学习日志，保存项目资料，记录学生学习过程线上平台：ITTools、UMU、AI教学平台教师、学生自我、同伴项目活动评价 对项目活动各个环节中的素养达成情况进行评价总结性评价小组项目作品评价 帮助学生创作高品质的作品，确保达到项目预期课堂测试卷 学业内容的掌握情况 试题 教师