協同推進新一代人工智能教育實驗

郭艷玫 秦建軍

2019年初，東城區(qū)代表北京成功申報教育部“智慧教育示范區(qū)”，示范區(qū)明確要求要利用人工智能技術加快推動人才培養(yǎng)模式、教學方法改革，探索泛在、靈活、智能的教育教學服務新模式，促進“課堂革命”的有效有序開展。 在當前時代背景下，北京市東城區(qū)聚焦人工智能教育進校園，積極探索課題研究、課程建設和師資培訓等方面的有效路徑，協同推進新一代人工智能教育實驗。

依托課題，構建區(qū)域協調的發(fā)展模式

如何在教學中有效落實“智慧教育示范區(qū)”的各項要求？教研離不開科研的引領，項目組對教師意愿進行了調研摸底，了解教師們的認知層次以及對人工智能研究的興趣程度。對全區(qū)84名教師進行了答卷調查，調研結果：老師們大多數是通過科普讀物和新聞事件了解人工智能，有17.86%的教師關注過人工智能，有83.3%表示對人工智能了解一點點;46%的教師認為可以在中小學實行人工智能教育;84.52%的教師支持人工智能教育進入小學教學;89.29%的教師表示愿意參加人工智能教學研究。從以上數據可以看出：目前教師們對人工智能的認識處于很淺顯的狀態(tài)，什么是人工智能？什么是人工智能教育？人工智能與創(chuàng)客、STEAM、編程之間的關系是什么？這些問題的解釋對于老師們來說還是存在認知的不同。但是我們又很欣喜地看到，大多數教師支持并愿意參與實踐的研究?；诖耍瑬|城區(qū)教師研修中心小學信息技術學科分別申報了國家級和市重點課題“小學人工智能學習資源的開發(fā)與實踐”。力求通過課題的研究，在教學中有效實施人工智能的學習。從教師層面來說，能夠幫助教師正確認知人工智能，了解人工智能教育，提升專業(yè)素養(yǎng);從學生層面來說，培養(yǎng)學生對人工智能研究的興趣，提升學生信息意識、信息素養(yǎng)，提高學生應用信息技術解決生活中的實際問題的能力;從學校層面來說，助力學校特色課程的構建，有效推進學校特色發(fā)展。

在區(qū)教委和區(qū)教師研修中心的支持下，課題組確定了一師附小、府學小學、青年湖小學、黑芝麻小學、前門小學和培新小學首批六所實驗校，各實驗校的校長專門安排相關人員組成實驗小組，在整體課程體系中安排人工智能教學時間，并分別基于各校實際制定了研究和實施計劃。同時，來自人工智能和教育領域的各大專院校和知名企業(yè)的專家組建成了十多人的指導專家團隊，引領專業(yè)發(fā)展。

“通過實驗校和相關年級的遴選，我們真正感受到了各個學校的特色和基礎教育工作者的智慧?！睂訓|城區(qū)人工智能教育的指導專家北京郵電大學自動化學院李端玲教授這樣評價，“這些學校沒有嚴格局限于一兩個特定年級或者只是安排一位老師嘗試一下，誰也說不好人工智能教育能否持續(xù)，但是這些學校都拿出非凡的魄力來做這個事情?！焙谥ヂ楹W吳健校長與信息中心楊捷主任及教研組老師一起對人工智能實驗校的工作做了周密部署和安排，有五位教師參與八個教學班的嘗試，覆蓋從二年級到五年級，“希望我們在試驗方法上多從不同角度進行嘗試，未必基礎知識少一些的低年級學生的接受能力不如高年級的學生”吳校長說。

以生為本，教學效果精彩紛呈

立德樹人，是教育的根本任務。無論教什么，始終要把學生的實際獲得放在最前面。時刻圍繞“以學生為中心”的定位，時刻關注學生在每一課中的實際收獲。

給低年級的學生講人工智能無疑最具有挑戰(zhàn)性，在黑芝麻胡同小學二年級的第一節(jié)人工智能課上，陶靜老師讓學生談一談大家身邊都有哪些人工智能時，結果學生們的回答非常踴躍，不僅列舉了大量如機器人、智能洗碗機、智能音箱、人臉識別技術（手機解鎖）、虹膜技術、支付寶（支付安全）、聲音識別、無人機等人工智能產品與技術，更有一些學生結合自己家里的人工智能家居產品來說明?？梢钥闯鰧τ诙昙墝W生，人工智能這個詞匯對于他們并不陌生，甚至可以說已經廣泛應用到他們的生活中。

談到課堂的實驗情況，黑芝麻胡同小學的劉曉燁老師說：“我發(fā)現三年級選取的這個班的學生整體比四年級一個班的學生領悟能力要強，無論是對人工智能的了解，還是對二進制的理解和應用，都要比四年級的學生領悟快、掌握牢固。這也說明了多樣化開展人工智能教育實驗的重要性。另外，也發(fā)現他們更喜歡上機操作，有的學生也在外面的計算機培訓機構學習機器人和相關感應器的編程，所以他們更喜歡上機操作，因為能瞬間看到變化。學生興趣濃厚，促使老師不斷學習。這個過程是老師和學生共同學習，共同進步。當他們一旦入門，有些學生會在某些問題上成為老師的老師”。

府學胡同小學賈晨薇老師承擔了四年級學生實驗班課程，“第一節(jié)課智能未來，前半節(jié)課與學生共同探討了生活中哪些屬于人工智能技術，學生們積極思考發(fā)言，有學生提到了強人工智能和弱人工智能的概念，可見部分學生對人工智能非常感興趣，并在課下主動了解相關知識。后半節(jié)課讓學生體驗智能音箱的語音對話，學生向智能音箱提問，比如背誦圓周率、播放《生僻字》歌曲等，互動豐富，最后讓學生體驗上網人工智能寫對聯，并朗讀自己出的上聯和人工智能對的下聯。通過討論和體驗，學生初步認識了生活中的人工智能技術，并對此產生興趣，十分期待后面的學習。”賈晨薇老師說“第二節(jié)翻卡魔術，由故事《從前有座山》引入，引導學生思考8盞燈能有多少種信息組合，在學生有爭議時提出玩翻卡游戲，全班分為6個組，每組選一個代表，上臺進行翻卡游戲。通過游戲學生理解了十進制轉二進制的方法，進而解決了《從前有座山》故事中的難題。教師下發(fā)電子版課堂練習，學生完成二進制數和十進制數的轉化練習，最后教師點題：計算機使用二進制系統。”

培新小學正式開展人工智能課程教學相對較晚。教研員、任課教師與校長溝通后，確定直接改變六年級的原定的信息技術課教學內容，為學生開設人工智能課程。授課教師李鋼談道：在教學過程中，我們體會到了與學生不一樣的樂趣。從拿到教材，到按自己的體會進行課程設計，試講，討論;重做設計，試講，討論，兩次重做設計，試講……不斷的重新構架課程，在與學生不斷進行碰撞的過程中，老師也在不斷的碰撞和學習。補充知識，看新聞、查資料，自己對于“人工智能”的理解也在不停地變化。而對于小學生而言，我們要幫助學生在這個領域里體會到什么？知道些什么？知道多深？這些問題一直都是我們討論的重心。而與學生的交流中，課程從講為主，到試為主，到體驗為主，再到現在的從“聊”為主，我們一直在不停地學習。雖然課程目前還是一直停留在第一課，有的班將要上第二次第一課，但聊的內容已經產生了變化 ，我們會繼續(xù)和學生一起學下去。

“從1和0學起，學生上完課，恍然大悟，小小的1和0有著大學問，計算機可以將所有的信息都轉換成1和0。智能音箱也是喊它的名字才和人交流，不喊它就不交流。這也可以用1和0表示?！焙谥ヂ楹W郝君老師說，“機器在人臉識別的時候，正面最好識別，可是側面就不能了。教師在這個過程中也對人工智能課有了更深層次的理解，在教學中有別于傳統教學，而是一種思維的培養(yǎng)，不急于讓學生得出個結果，而是更多地體會過程，在過程中求新、求異發(fā)散思維。”

立足長遠，建設人工智能教學夢之隊

人工智能教育的核心是內容，而關鍵取決于能否有一支優(yōu)秀的教學團隊。“下一步我們將把小學人工智能教師梯隊建設作為一個重點工作來抓，建設東城人工智能教學夢之隊。”東城區(qū)教師研修中心馬福貴說，“具體來說包括‘傳、幫、帶、享四個層次。所謂‘傳是通過參與教學資源開發(fā)和骨干教師的傳經送寶，讓一批教學經驗豐富、技術基礎扎實的老師能率先達到開設人工智能課程的能力。所謂‘幫是對于有一定信息技術教學基礎的老師，在培訓和其他骨干教師的幫助和指導下開設人工智能課程。所謂‘帶是對于信息技術教學基礎稍薄弱或者其他學科的老師，通過聽骨干教師的課或者給骨干教師組課方式來成長為一名人工智能教師。所謂‘享是東城區(qū)還要向其他區(qū)或者全國共享人工智能教育的經驗和智慧，通過骨干教師的區(qū)外培訓、作為專家做輔導報告、撰寫發(fā)表教研論文等形式輸出小學人工智能教育的東城模式和經驗?！?/p>

“本學期我?guī)ьI的團隊和來自燈市口小學與東四十四條小學的兩位徒弟都在我的課上進行觀摩和學習?！备畬W胡同小學的方明老師說，“如果只是按照課本來教學會得不到更多有經驗性的東西，我也是希望通過這種直觀的形式讓更多的老師能夠直接感受到人工智能教育的魅力?！?/p>

北京市171中學附屬青年湖小學的教師團隊每月進行兩次人工智能教學集體備課，參與的教師中既有剛參加工作兩年的年輕教師，又有富有經驗的老教師，本學期安排的授課教師則為信息技術學科的徐欣彥、王海峰、宋玉竹三位老師，分別為三年級和四年級的學生開課。“我們希望通過這種幫扶和互助的模式，讓人工智能教育能系統地扎根下去。”徐欣彥老師說。

對于給準備開設人工智能課程老師的建議，前門小學胡曉征老師說出來自己的觀點：小學老師應該對國家的相關政策文件以及人工智能的一些書籍做一些泛讀了解，重點不是完全理解這些資料中的每一句話或者概念，而是能幫助即將開展人工智能教學的一線老師理解人工智能在哪些內容和研究領域，它與我們熟知的編程或是機器人差別在哪兒，以及我們的教材章節(jié)為什么會這樣安排等。人工智能知識像是一個海洋，一名老師全部了解是不可能的，更何況從事小學教育也沒有必要，但從海洋中拎一桶水，作為教學備用，多閱讀些相關公眾號文章，還是相當有必要的。

“盡管我們學校的實驗計劃放在了下一批，我還是在學習的基礎上嘗試在六年級開展了幾節(jié)人工智能的課程，學生通過對人工智能相關的知識和新技術的學習，了解了機器發(fā)展動態(tài)，拓展了視野?！?正在接受系統學習培訓的和平里四小的趙悅老師說，“通過一個學期的學習，我深刻地感受到，人工智能正在改變著我們生活和學習的各個方面，可以毫不夸張地說，人工智能正在改變著世界。在介紹生活的人工智能的工具一課中，我發(fā)現人工智能其實已經深深地在他們的腦海中扎根了，學生列舉的一些人工智能的產品或軟件甚至已經遠遠高于教師的預設，比如預定機票的小機器人，還有模擬真實場景對話的英語流利交流等，讓我都不由為他們豎起大拇指。除此之外，我還利用課余時間分別給二年級和六年級的學生觀看了紀錄片《人工智能真的來了》，我本來以為二年級的學生看不懂或者根本沒聽說過人工智能，沒想到，二年級的小學生一看見視頻，竟脫口而出人工智能機器人，可以看出人工智能已經融入了他們的生活，也為我后續(xù)開展課程打下了基礎。人工智能時代，教育將更富有趣味性，教學過程將更生動有趣，更有交互性，信息量也更大，教學效率也更高，更有利于核心素養(yǎng)的養(yǎng)成?！?/p>

北京市東城區(qū)教委高度重視“智慧教育示范區(qū)”建設，積極推動人工智能教育在區(qū)域內的實踐研究。推過課題研究、課程建設、教師培訓等有效途徑，推動人工智能教育進學科、進課程、進課堂。正如首都師范大學教授、中國人工智能學會教育工作委員會主任王萬森教授在聽完東城區(qū)教師的人工智能教育課程后的評價“人工智能基礎教育最大的難點是如何落地，也就是老師講得明白、學生學得開心?！蓖瑫r作為國內最早的智能科學與技術本科專業(yè)培養(yǎng)方案制定的主要組織者和起草專家，王教授還也發(fā)表了自己的看法，“新一代人工智能教育的實驗與我們十多年前論證本科人工智能專業(yè)有著同樣的深遠的意義?！?/p>

作者單位：北京市東城區(qū)教師研修中心 北京建筑大學