校外開展人工智能科普教育初探

周穎

當前，智能化產(chǎn)品和設(shè)備已經(jīng)極大地改變了社會生產(chǎn)生活方式。不可避免地，人工智能也將推動教育領(lǐng)域的革新，呼吁培養(yǎng)出適應(yīng)新時代的富有創(chuàng)新精神的人才。作為現(xiàn)代教育生態(tài)的重要環(huán)節(jié)，校外教育承擔著和學校教育協(xié)同育人的重要作用。校外往往對科技的發(fā)展響應(yīng)更加迅速，在開展人工智能教育過程中也呈現(xiàn)著自身的特點。本文以上海市靜安區(qū)青少年活動中心為例，探討人工智能視角下學與教的規(guī)律，以及人工智能如何融入現(xiàn)有的校外教育活動。

校外開展人工智能科普教育的理念和策略

目標定位：發(fā)展適應(yīng)AI時代的核心素養(yǎng)

人工智能的技術(shù)研究和應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷發(fā)展當中。在基礎(chǔ)教育階段開展人工智能科普教育，首先應(yīng)對教育目標進行清晰定位：是培養(yǎng)人工智能專門技術(shù)人才，還是培養(yǎng)適應(yīng)人工智能時代的全面發(fā)展的人才？筆者認為應(yīng)側(cè)重于后者。校外開展人工智能科普教育活動，可以從認知、思維、創(chuàng)造3個層面制訂目標：通過體驗和操作等方式了解人工智能技術(shù)構(gòu)成、基本原理、常見應(yīng)用，讓學生對人工智能領(lǐng)域有一定的感性認知和理性欣賞;通過編程體驗鍛煉計算思維，讓學生像計算機科學家一樣工作和思考，嘗試運用計算機科學的基礎(chǔ)概念求解問題、設(shè)計系統(tǒng);發(fā)展創(chuàng)造力，結(jié)合物化工具表達創(chuàng)意想法，實踐創(chuàng)新。

教學設(shè)計：基于STEAM的創(chuàng)客教育

創(chuàng)客教育強調(diào)基于興趣愛好，用項目學習的方式，倡導創(chuàng)造，鼓勵分享，是符合人工智能時代特點的教育理念。具體在教學組織時，可以采用任務(wù)驅(qū)動、基于項目的學習。教師可以將教學內(nèi)容設(shè)計成1個或者多個任務(wù)，甚至是1個真實問題的項目，讓學生在解決綜合性、復雜性的問題中學習;在設(shè)定具體任務(wù)或項目時，選用符合STEM理念的跨學科學習任務(wù)或項目，充分發(fā)揮學生的主動性、創(chuàng)造性、團隊合作精神;在學習過程中，由學生自己完成信息收集、方案設(shè)計、項目實施和改進，最后得到解決問題的成就感。

教學策略：基于分層教學的個性化學習

因為校外教育的特性，往往一個班級里學生之間年齡差異較大、水平不一。對于人工智能這個領(lǐng)域的教學設(shè)計也是如此，這就要求教師從學習資源支持、學習任務(wù)設(shè)計、學習效果評價等角度考慮到不同層次的學習者。筆者社團里有3——7年級學生，他們的認知水平具有天然差異。對于不同的課程，教師往往要準備1份背景知識閱讀和1份延伸知識閱讀，滿足基礎(chǔ)薄弱和學有余力的不同需要;在學習任務(wù)設(shè)計中考慮適合不同水平的基礎(chǔ)任務(wù)和進階任務(wù);最后學習效果評價時，往往根據(jù)年齡水平和過往表現(xiàn)做出適當?shù)脑u價。同時，學生之間的差異也可以轉(zhuǎn)化為教學資源，讓進步較快的學生作為教師的助教，讓他們主動分享知識，幫助同伴，深化對知識的認識和運用;來自學生的分享也會激勵同學們更投入學習，發(fā)揮榜樣效應(yīng)。

校外開展AI科普教育的實踐——以靜安區(qū)青少年活動中心為例

人工智能課程需要聚焦創(chuàng)造力和計算思維。靜安區(qū)青少年活動中心針對不同的學生團隊，設(shè)計了面、線、點不同層次的教育活動。

體驗式AI科普活動

以活動中心為代表的公辦校外機構(gòu)往往承擔著區(qū)域內(nèi)中小學生的科普教育職能，經(jīng)常面向全區(qū)中小學（少量感興趣的外區(qū)學生）發(fā)布科普活動，因此活動內(nèi)容的設(shè)計注重零基礎(chǔ)、趣味性和普惠性。

近年來，靜安區(qū)青少年活動中心率先引進服務(wù)機器人、虛擬現(xiàn)實體驗設(shè)備、無人機等，為學生創(chuàng)建開放的智慧生活體驗空間。學生來到活動中心創(chuàng)意夢工廠，可以和智能機器人玩耍，帶上VR眼鏡體驗飛機失火時的消防訓練，學習無人機飛行技術(shù)，嘗試搭建簡易無人機，每周末還有“落地簽”科技體驗活動……面對零基礎(chǔ)的學生，教師設(shè)計了“怦然心動”“剪刀石頭布”等10個小項目，學生玩得不亦樂乎。

漸進式AI科普課程

從體驗式科普活動中產(chǎn)生興趣、報名社團深入學習的學生不在少數(shù)。面對這些志趣相投、年齡不一的學生，校外教師應(yīng)選擇設(shè)計有層次、漸進式的人工智能課程和活動。當前，主要采取“智能硬件+互動編程+應(yīng)用程序接口（API）”的方式，將人工智能知識滲透到現(xiàn)有的校外教育科技活動中。

只要熟練掌握，每一種編程語言都可以是人工智能的開發(fā)語言，但在基礎(chǔ)教育階段選擇編程工具，需要符合學生的年齡特點和認知發(fā)展規(guī)律。對于年齡較低的學生來說，盡量選擇效果外顯、趣味性強、成本不高的編程工具和活動主題。2018年，活動中心和ARM（上海）公司合作成立了靜安區(qū)少年科學院智能互聯(lián)研究室，為學生提供了一個學習互動編程技術(shù)的平臺，目前開展教學較多的主要是用Micro：bit、Scratch、App Inventor等互動編程工具。此外，還有Arduino、樂高、索尼KOOV、火柴人魔幻板等優(yōu)秀的創(chuàng)意搭建和編程工具，根據(jù)學生特點在活動中心時有開展。

當然，互動編程是人工智能教育的其中一個落腳點，但人工智能科普教育不能窄化為編程教學。想要在編程中融入人工智能知識，一方面可以對學生進行人工智能內(nèi)涵外延知識的普及，另一方面可以調(diào)用各大人工智能開放平臺，帶領(lǐng)學生開發(fā)人工智能產(chǎn)品，體驗人工智能技術(shù)的魅力。在百度、阿里云、騰訊、科大訊飛、商湯人工智能殲放平臺上，可以得到一些開源工具包、完整的幫助文檔和免費的調(diào)用機會，師生可以調(diào)用這些API獲得高質(zhì)量的人工智能產(chǎn)品研發(fā)體驗，并不用涉及人工智能的底層開發(fā)，學習難度較低。

個別化AI研究項目

青少年作為人工智能時代的“原住民”，在生活中感受人工智能帶來的科技魅力，在學習中也可以快速上手開展人工智能小項目的實戰(zhàn)研發(fā)。在鼓勵創(chuàng)新的校外課程和實踐活動中，學生常常冒出許多創(chuàng)造性的想法。校外教師只有周末能和學生見面，需要經(jīng)常利用即時通訊工具和學生交流，就具體問題展開學習探討。教師在此過程中往往不再是施教者而更是助學者，為學生的創(chuàng)意提供發(fā)展的土壤，鼓勵學生完成超越教師的學習。

基于項目的學習能讓學生快速成長。例如，近年上海不遺余力地推進垃圾分類，4年級學生陳希來發(fā)現(xiàn)，雖然小區(qū)已經(jīng)設(shè)立了四分類垃圾桶，但由于垃圾分類相關(guān)知識普及不到位，分類效果收效甚微，所以他想設(shè)計一個幫助人們認識垃圾類別的手機App。在課題推進的過程中，陳希來既深入學習垃圾分類的知識，又運用所學互動編程的知識完成了一次創(chuàng)新運用，還對人工智能的圖像識別領(lǐng)域有了更深刻的認識，甚至在各大平臺尋找API的過程中冒出了更多創(chuàng)新靈感。最后，他完成了一個可以用語音、圖像、文字搜索等方式識別物品，顯示推薦垃圾所屬分類并開蓋等待投放的智能分類垃圾桶模型。

校外教育機構(gòu)開展人工智能教育的特點

經(jīng)過初步實踐，以活動中心為代表的校外教育機構(gòu)在開展人工智能教育方面也呈現(xiàn)了自己的特點。

聚焦創(chuàng)新，校外敏銳捕捉科技熱點

校外教育不同于學校教育，沒有現(xiàn)成的課程標準、教材，因此教學內(nèi)容更靈活，可以更快速地響應(yīng)時代發(fā)展。這是校外教育的特點，也是對校外教育工作者自身職業(yè)素質(zhì)的要求。

開放包容.校外創(chuàng)建廣闊學習空間

以少年宮為代表的公立校外教育機構(gòu)具有開放性、普及性，在這里開展的人工智能科普活動并不是部分科技特長生的專利，可以免費讓更多的學生參與進來。靜安區(qū)青少年活動中心開展的科技教育活動更注重科普性質(zhì)，經(jīng)常面向全區(qū)中小學發(fā)布課程和活動，有時還可以惠及周邊區(qū)域?qū)W生。

鼓勵創(chuàng)造，校外提供更多工具支持

校外機構(gòu)往往提供了鼓勵創(chuàng)新的氛圍和環(huán)境，并且提供合適的物化工具支持。靜安區(qū)青少年活動中心有工業(yè)級的3D打印機、雕刻機等設(shè)備，還有可以完成各種材質(zhì)的鋸割、鉆孔等操作的工具。這些往往是中小學校內(nèi)沒有或者只有少數(shù)學校才配備的。豐富的工具支持著學生們更好地表達自己的奇思妙想。

培養(yǎng)興趣，校外助力學生個性發(fā)展

興趣是學生最好的老師，也是校外教育最好的生源。“為了每一個學生的終身發(fā)展”的核心理念始終貫穿在校外教育活動當中。校外教育以其豐富的活動和課程，為學生提供大量機會發(fā)現(xiàn)自己的興趣、發(fā)展自己的志向，激勵學生個性化發(fā)展;校外教師合理設(shè)計教學活動內(nèi)容，在班級授課制的基礎(chǔ)上用好分層教學法和項目教學法，力求為每個學生設(shè)計個性的學習線路。

結(jié)語

校外教育機構(gòu)在人工智能教育之路上不斷探索前行，給基礎(chǔ)教育階段的學生提供了更開放的空間、更豐富的活動和更多的工具支持。雖然目前活動涉及到的嚴格來說只屬于弱人工智能、泛人工智能，但通過科普活動啟迪學生的認知，激發(fā)求知欲進而培養(yǎng)專長，相信這對培養(yǎng)符合AI時代變革與發(fā)展的創(chuàng)新人才有著積極的意義。

參考文獻

[1] 祝智庭，單俊豪，閆寒冰.面向人工智能創(chuàng)客教育的國際考察和發(fā)展策略，開放教育研究，2019（1）

[2] 馮景華.堅持個性化教育方向，探索校內(nèi)外有效銜接——靜安區(qū)創(chuàng)意夢工廠“落地簽”式開放帶來的啟示，2018

[3] 王本陸，千京龍，盧億雷，張春莉.簡論中小學人工智能課程的建構(gòu).教育研究與實踐，2018（4）

[4] 趙飛龍，鐘錕，劉敏.人工智能科普教育探究——以初中“語音合成”課為例，2018（5）

[5] 任翠英.中小學生校外教育研究.華東師范大學教育學系博士學位論文，2018