普通高中构建AI创客教育体系的实践探索

李强　林俊桂

智能时代，创新人才是社会发展的基石，培养创新人才已经成为教育界的重点研究问题。创客教育作为学校培养创新人才的主要途径，应当融入人工智能元素，以培养有志于从事人工智能开发与创新的创客（以下简称“AI创客”）。AI创客应具备良好的人工智能素养和创客素养，掌握人工智能核心知识，具备敏锐的技术前瞻性，同时具备动手能力、合作意识和良好的交流能力。

一、AI创客教育目标

创客源于英文“Maker”，其本意是指不以盈利为目的，努力把各种创意转变为现实的人。近年，“创客行动”在全球范围内兴起并迅速发展。创客教育是创客行动和教育相结合的产物，与传统课程着重由教师讲授不同，创客教育采用正向项目教学法，通过在创客空间等场所展开造物学习活动来实施。创客教育的本质是工程教育，核心理念是工匠精神。创客教育的目标是培养学生的创客素养，即培养善于运用技术手段，具有跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力的创新人才。

人工智能教育的人才培养目标与创客教育的培养目标具有同质性，其核心目标都指向了创新素养的培养。创客教育模式丰富了人工智能课程的教学方法和手段，有利于转变学生的学习方式，培养学生的自主探究能力，进而提升学习效果。深度融合人工智能与创客教育，并以智能素养和创新素养为导向的AI创客教育，可以培养出具备综合能力的创新人才。

二、高中AI创客教育的主要挑战

1.定位模糊

作为一种素养教育，AI创客教育需要兼顾普及性和精英化。我们既要解决AI创客教育面向整个学生群体普及的问题，同时也要培养具备专业技能的精英人才，需要厘清两者的定位和关系。此外，AI创客教育的定位不明确，导致教学目标模糊，教学评价无法得到有效实施。

2.课程不完善

现有的创客课程缺乏与人工智能相关的内容。人工智能技术的相关知识只零散地出现在信息技术课程中。要将人工智能和创客教育融合起来，需要仔细设计课程并建立完善的框架，同时，注重将理论知识与创客实践结合起来，培养学生的动手能力和创新思维。为运用这样的教育模式，还需要开发、更新配套的教程和资源。

3.专业师资匮乏

无论是人工智能技术，还是传统创客教育都具有跨学科的特性；人工智能技术发展迅猛，知识不断跟新，AI创客教师须提升跨学科教学能力，并不断更新知识，才能实施有效的课程教学。当前普通高中创客教学工作多由信息或通用技术教师担任，他们跨学科能力普遍薄弱，对人工智能等新知识更新缓慢，教师需要接受新的培训才能开展AI创客课程的教学工作。

三、AI创客教育实施策略

1.清晰定位教学对象和目标

AI创客教育为提升学生的智能素养，创新素养而实施，它首先是面向全体学生高质量发展的普及性教育；其次，它关注优秀创客的培养。据此，我校把AI创客教学分为两个层次，普及性的全校课程和创客社团课程。前者目标是让学生理解人工智能的基本概念和相关技术，同时在与人工智能技术的交互体验中感受人工智能技术的魅力。后者以学校的创客社团为对象，以项目式学习的教学理念为指导，以人工智能技术为核心，目标是培养一批掌握一定人工智能技术知识，并能应用相关知识和技术，以团队协作方式，制作AI创客作品的学生。

2.构建多层次的人工智能课程

课程是AI创客教育实施的核心和重要抓手，从教育表现形态的角度，AI创客课程可划分为科普教育，嵌入式课程，项目型课程、整合性学科四个层次。我校的AI创客普及性课程属第一个层次，而AI创客社团课程属于二至四层次。下面从课程开发要素中的教学内容、方法、资源，项目活动方案和课程评价等方面分析课程实施的思路和实践过程。

基于AI创客普及性课程的教学对象和目标，我们开发了“人工智能基础”校本课程，在高一全年级开展教学实践，教学内容包括“生活中的人工智能基础”“生活中的人工智能”“机器学习的原理和基本过程”等9专题，共12个课时。为了解决大班化普及课程学生动手体验难的问题，参考我校Arduino课程大班化教学的成功经验，改用多媒体电脑室作为主要的教学场所，依课程内容增配开源套件，满足了学生动手实践的硬件需求。我校独立开发了基于积木编程的配套教学软件AIToolkit，降低学生进行人工智能作品制作的难度，为课程顺利实施提供平台。基于科普课程的特点，课程评价以小项目为主，以小组团队课堂演示方式来展示作品，通过教师评价、学生互评方式实现教学评价。

创客社团课程包括嵌入式课程和项目型课程，学习活动开展的场所主要在人工智能实验室。嵌入式课程作为专业基础课，其对象是刚加入AI创客社团的学生，课程以Python面向对象编程，机器学习，pytorch深度学习为主，3d打印与激光切割为辅。以小程序開发方式对学生进行学习评价。对有专业基础和项目开发经验的学生，以全国电脑制作活动和佛山市人工智能三项活动的任务要求和评价标准为任务目标和课程评价标准，社团成员根据任务分组，以项目式学习方式，进行学习和作品创作。根据教学评价，选拔优秀学生，进行具有创新性和实用性项目开发，为后续科技类竞赛做准备。

3.建设专业AI创客实验室

AI创客实验室是AI创客教育实施的主要场所，不仅要满足人工智能技术实验的需求，还需为学生进行项目开发，作品展示分享提供支持。我校多方筹集资金，新建一个专用的AI创客实验室，实验室配置了深度学习服务器、jetson nx等边缘计算设备，激光切割机和3D打印机等制作设备。为配合项目式教学活动的开展，实验室规划为学习与分享、设计与制作、机器人训练、教师办公四个功能区。AI创客实验室能够满足多位同学在同一时间开展学习研究，作品开发制作及分享。

4.开展专业师资培训

AI创客教师不仅要具备智能素养和创新素养，还需掌握各种教学方法，具备开展教学和指导学生进行项目开发的能力。为此，我校设计了“培训、指导、教研相结合”，“线上线下相结合”的教师教能力提升策略。AI创客教师，通过自主学习研究，线上线下参与培训，担任各项比赛评审专家等方式，提升创新素养、AI创客课程教学设计能力、项目式教学实施能力。通过不断地学习，他们已经成为地区优秀的AI创客教师。

责任编辑 黄博彦