“双新”背景下初中人工智能地方课程开发实践

【摘 要】以5G、人工智能、大数据等为核心的新一代信息技术正逐步引发全社会的变革，新技术的发展深刻改变着社会对人才的需求和教育教学的形态。本研究结合所在区域特点，进行实践研究，构建了初中人工智能地方课程开发流程，形成了以解决问题为导向、项目探究式（PBL）的初中人工智能地方课程体系，以期为其他区域或一线教师开展人工智能教育教学的实践提供参考。

【关键词】双新；人工智能教育；地方课程；人工智能

【中图分类号】G434 【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2023）011-046-03

随着智能技术的不断发展，人工智能在社会生活中的应用也越来越广泛，无人驾驶汽车、测温机器人、智能语音助手等更是走进千家万户。人工智能不仅成为国家建设与发展的一个重中之重的方向，更以超乎人们预想的速度发展并迅速进入了教育领域。人工智能时代的到来，进一步丰富了信息素养的内涵，同时也对师生提出了新的要求。反映于各个不同学段的具体课程目标之中，学生不仅需要掌握人工智能的关键概念与基本能力，会搭建简单的智能系统解决实际问题，还要形成运用人工智能技术服务人类的责任感。人工智能教育已成为“数字土著”一代的必修课[1]。因此，在中小学阶段开展人工智能教育不仅能够促进学生对前沿技术的学习，更能够培养学生适应信息时代的素养与能力，成为未来社会需要的人才。本研究将人工智能教育教学进行前置思考，对在区域内推进人工智能教育发展的可行路径进行了初探，以期能够促进区域内人工智能教育的发展，为培养未来社会所需人才贡献微薄之力。

人工智能作为一项新兴教学内容，其课程内容的开发是一个复杂而系统的工程。相关研究人员对此也是各抒己见，并未形成统一的认识。因此，中小学阶段的人工智能课程究竟应该如何开设，这是一个需要审慎思考的问题。教师需要更多探索与成长的空间，尤其是在实践中不断加强对中小学人工智能课程的理解，通过实践—总结—再次实践—归纳逐渐形成认知。

初中人工智能地方课程开发流程的构建

教材需考虑学生的学情和学段衔接，宜在国家标准之下编制适合地方实情的中小学人工智能教材[2]。在义务教育阶段，将人工智能作为中小学课程进入课堂目前还处在探索阶段。本研究中课程开发的实质是指区域在落实国家和地方课程的同时，遵循国家教育政策、国家课程标准的基本前提下，结合本区域的特点、育人目标等，借助各方资源，制定出能够较好地满足区域内学子发展需求的课程的动态过程。此过程中，课程开发者需要根据区域的特点及需求组织教学内容、实施课程教学、设计课程评估方案等。本研究将初中人工智能地方课程开发分为五个阶段：一是准备阶段，主要采用文献研究和同行交流的形式，分析现状、提出问题、组建团队、确定选题和明确目标、内容与方法；二是教学资源设计阶段，主要以文献研究、案例分析、专家指导等形式，分析教学资源、制定课程目标和框架；三是课程开发阶段，以文献和行动研究，开发课程内容、资源和构建教学模式；四是课程实践应用与效果分析阶段，采用问卷、访谈、案例研究等方法，教学实践、反思改进，不断修正上一阶段的内容，形成一批典型案例；五是课程辐射推广阶段，对研究内容进行总结反思，征集和推广案例。

1.工作基础

近年来，在区人工智能教育项目的推动下，区内中小学校部分教师陆续开始自发探索在校内开设人工智能通识课程、社团课等，有部分教师在自己教学过程中积累了一定的心得体会，有些教师还自发编写了系列校本课程。这些“先行者”刚好为本区地方课程开发打下了实践基础。基于此，课程开发之初便将这些教师组织在一起交流分享经验，同时阅读与学习相关研究性文献，为区内人工智能地方课程开发工作的实施做好充足的准备。

2.实施保障

教学实践是在课程开发完成的基础上，对课程进行检验的过程。人工智能课程与传统课程的学习内容有所不同，除了知识内容的学习，人工智能教学更注重学生能力的培养，尤其是创新能力和复杂问题解决能力的培养。因此需要通过教学实践对课程进行检验并收集反馈，进而对课程内容进行优化与打磨。本课程形成后，分别在区内选取中、小学各一所，利用综合实践活动或课后延时服务，开展课程实践，定期开展教研活动，进而完善和修改人工智能课程内容。

初中人工智能地方课程设计开发实践

1.初中人工智能地方课程设计

以杭州市临平区初中人工智能课程设计为例。我们在系统搜集、整理和总结之前教学实践经验基础上，面向更广大教师和学生开展调研与访谈，将调研结果与本领域专家的研究成果相结合，在理论的指导下，对以往的教学实践进一步总结，取其精华，去其糟粕，逐渐明确初中人工智能地方课程总培养目标，然后根据目标的指引，选取教学材料，梳理课程大纲，组织规范课程内容体系，并初步制定评价方案。

（1）课程育人目标设计

杭州市临平区为国家科技创新产业区，同时深厚的文化底蕴滋养本地区踏实肯干、崇尚科学的人文精神。加之地区政府以及当地教育局对于人工智能、大数据等科技对社会发展影响力认识较为深刻，也比较重视科创领域教育普及工作。因此，初中人工智能地方课程目标定位在针对本地区这一地方特色，在国家提出的“培养人工智能的使用者和创新者，提升中小学生信息素养”这一目标的基础上，参考相关学者对中小学人工智能教学育人目标中的共性认识，并通过与各校一线初中人工智能教师反复讨论，确立初中人工智能课程目标定位：以培养创新型人才为导向，以发展学生创造力、计算思维、人文素养为总目标。

首先，培养创新型人才、发展学生创造力，指向的是学生具备一定的技术基础，能够运用数字化学习工具创造性地解决问题和形成新作品，并且在学习过程中能够辩证地看待问题，具有批判意识，在批判的基础上创新，在创新的滋养下应用。其次，计算思维指向的是“学技术而又不仅仅是学技术”，要求学生能够采用计算思维的方式界定问题、解决问题，并不断进行自我学习和发展。最后，人文素养一方面指的是学生能够具备信息意识，在信息洪流中拥有独立思考和理性的价值判断能力，还具有信息技术使用的道德性与维护信息安全的责任感；另一方面指的是培养学生学习人工智能相关技术的同时，能够开展“智能伦理”思考，在崇尚科学技术的同时怀有一颗有爱的心看待其所处的社会。

（2）课程主题内容设计

习近平总书记多次强调，课程教材要发挥培根铸魂、启智增慧的作用。根据上述人工智能地方课程育人目标，我们与一线教师多次交流讨论，选取合适的教学内容，并将其拆分为一个个具体项目；在与区内一线教师研讨的过程中，进一步明确了项目制作的难度应该是逐渐递增的，教学内容的呈现应该是有乐趣、可探究、易实施的。本研究选取了生活中的实际问题，作为课程学习的主题，初中人工智能地方课程包括初见人工智能、智慧生活、智慧交通、智慧物流、开源硬件与图形化编程、创意智造和赋能未来等七大主题（图1）。

2.初中人工智能地方课程开发

（1）初中人工智能地方课程体系

本研究形成了以解决问题为导向、项目探究式（PBL）的初中人工智能地方课程体系。该课程体系根据项目制作由易到难的知识逻辑，确定了各大主题的顺序，从第一册的认识人工智能出发，到智慧生活、智慧交通、智慧物流结束；之后，再从第二册的开源硬件及Mind+的学习出发，到创意智造，最后是赋能未来之我的问题、我的方案、我的作品等内容。在课程内容开发的过程中，本研究遵循青少年身心发展与认知规律，知识点由易到难，并将核心素养的培养融入具体的项目之中。

（2）初中人工智能地方课程教学案例

“智能风扇”属于“智慧生活”主题中的内容，该内容的学习目标为通过制作智能风扇，学习电机、舵机及触碰传感器的功能与使用；认识运动编程，触碰传感器模块；通过程序编写，能够实现使用触碰传感器控制风扇且能让风扇摇头。本课安排共计2课时。

环节一：创设情境，引入课题。通过展示、体验多个不同的电风扇，教师引导学生思考，电风扇由哪几部分组成、如何控制、还可以用什么来控制等问题，引出调速器、电机、舵机等概念，从而引申到其他控制，如触碰传感器、摇杆等。

环节二：动手搭建，模型成形。教师通过引出的智能风扇的组成及对主控板的认识，强化在搭建过程中加强对舵机、触碰传感器及直流电机理解。如掌握舵机角度调节范围为-118°到118°，触碰传感器的三种状态等知识。学生在动手搭建的过程中不断提升动手能力。

环节三：程序设计，功能调试。学生根据触碰传感器的状态控制风扇的转动和停止，编写代码，深入理解触碰传感器的作用，并利用条件判断实现不同挡位的转换。

环节四：拓展提升，学以致用。教师向学生布置拓展任务：结合前两节课学习过的温湿度传感器，根据温湿度传感器的读数控制风扇转速，正常情况下风扇低速转动，当温度和湿度超过一定值时，电机转速增加，低于一定值时，风扇停止。

环节五：作品展示，归纳总结。教师组织各小组进行项目作品展示，分享自己项目制作过程中的心得体会。项目结束后，师生对项目作品及项目实践过程进行评价，反思不足，归纳总结本课收获。项目评价内容既有总结性的又有过程性的指标，同时还包含了个人评价、小组评价和教师评价，较好地体现了新课改中强调的评价内容的多元化和方法的多样化。

总结与展望

人工智能越来越成为信息社会发展的核心动力，人工智能时代要求学生具备与之相对应的能力与素养，在中小学阶段开设人工智能课程，是关系到国家全局和长远未来的前瞻性谋划[3]。本研究从区域实践出发，总结了初中人工智能地方课程开发的具体做法，构建了地方课程开发的流程，形成了初中人工智能地方课程体系，以期抛砖引玉为其他地区、学校开展本地化课程开发与资源建设提供参考。

我们开发的课程资源已在区内中学进行了试验。从研究团队及区教研员入校实地调研情况来看，该区本课程资源的应用呈现出较好的教学效果。当然，在区内一线教师的实践过程中也暴露了课程中存在的一些不足，如对教师的水平要求较高而呈现出与之相对应的教师培训问题；教学中所使用的智能硬件会带来一定的教学经费以及器材管理问题等。这些问题的出现也给本研究下一步的工作指明了方向，在接下来的研究中，我们一方面将继续对课程资源进行完善与迭代，另一方面将探索与课程实施相对应的师资、管理等问题的解决策略。相较于传统课程，中小学人工智能课程更具开放性与探索性，什么样的教学模式能够在实践中更好的落地，进而实现课程育人目标是本研究一直在思考和未来工作中继续探索的重点。

参考文献

[1]祝智庭，单俊豪，闫寒冰.面向人工智能创客教育的国际考察和发展策略[J]. 开放教育研究，2019，25（1）： 47-54.

[2]邹会来. AlphaGo对我国人工智能教育的警示与启示[J]. 计算机教育，2017（3）： 78-80.

[3]王克胜，束永存. 在中小学阶段开设人工智能课程的思考及建议[J]. 中国现代教育装备， 2018（8）： 57-58+62.

作者单位：浙江杭州市临平区教育发展研究学院 浙江杭州市临平区人工智能教育基地

编 辑：冯艳艳