基于人工智能的科技社團校本課程開發(fā)研究

查德清

【摘 要】人工智能教育作為教育發(fā)展的新形態(tài)，為學?？萍忌鐖F的發(fā)展注入了新的活力，為培育學生科學核心素養(yǎng)提供了新的手段。作為新生事物，基于人工智能的科技社團活動在實踐層面出現(xiàn)了一些亟待解決的問題，如活動內(nèi)容呈現(xiàn)碎片化、松散化、階段化，不利于系統(tǒng)性地培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)?；诖耍疚膶θ斯ぶ悄鼙尘跋碌目萍忌鐖F校本課程開發(fā)進行了探究。

【關(guān)鍵詞】人工智能 核心素養(yǎng) 科技社團 校本課程

人工智能的快速發(fā)展為深化教育改革帶來了無限可能，同時伴隨著大數(shù)據(jù)、深度學習的跨越式發(fā)展，更促使了人工智能應(yīng)用的無所不及。把新技術(shù)、新科技引入學校課程教育成為適應(yīng)時代發(fā)展的重要舉措。在科技社團中引入適合學生心智發(fā)展的人工智能技術(shù)，將為學?？萍冀逃鎏硇碌纳?，為提升學生科學核心素養(yǎng)插上騰飛的翅膀。

一、科學學科核心素養(yǎng)內(nèi)容概述

課程實施是培養(yǎng)學生學科核心素養(yǎng)的重要途徑，學校要通過實施國家規(guī)定的課程，落實立德樹人的根本任務(wù)?？茖W課程是發(fā)展學生智力、培育學生能力、形成實踐創(chuàng)新力的重要途徑之一，我們要通過科學課程的實施，培育學生的科學核心素養(yǎng)。其中科學觀念是基礎(chǔ)，這是對自然現(xiàn)象的一種基本認識;科學思維是形成科學觀念的重要途徑;科學探究是通過一定的科學方法獲取和處理信息，并對結(jié)果進行交流和評價的實踐過程;科學態(tài)度是本著實事求是的精神，對科學技術(shù)持正確立場，具有嚴謹、執(zhí)著的探索精神和應(yīng)有的社會責任感。以上四個維度的內(nèi)容既相對獨立、各有側(cè)重，又緊密聯(lián)系、相互補充。

科技社團作為科學課程的重要補充和延伸，有助于培養(yǎng)學生善于探究、勇于實踐的科學精神，幫助學生形成良好的科學素養(yǎng)。

二、科技社團活動開展現(xiàn)狀和構(gòu)建科技社團校本課程的必要性

隨著人工智能的不斷普及，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》通知的出臺，把人工智能教育引入課程教學已然成為不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。目前，已有越來越多的學校建起了創(chuàng)客教室、機器人教室等適應(yīng)時代發(fā)展、適合學生實踐創(chuàng)新的智慧教室，同時，還組建了活動內(nèi)容豐富多彩的科技社團，以期育人才、打品牌、創(chuàng)特色。把當前熱門的人工智能技術(shù)引入科技社團，契合上級教育主管部門通知要求，順應(yīng)時代發(fā)展潮流，符合學生發(fā)展需要。

在實踐中，科技社團活動中的傳統(tǒng)科技活動項目正逐步被以機器人、物聯(lián)網(wǎng)等為代表的人工智能項目所取代。特別是近幾年，隨著各級“科協(xié)”對學?？萍冀逃年P(guān)注及助推，更加快了人工智能項目進校園的普及程度。在學校的大力支持下，教師參與積極性高，一個又一個科技社團如雨后春筍般涌現(xiàn)出來，成為科技創(chuàng)新人才的重要孵化陣地。同時，在各級各類人工智能項目競賽的引領(lǐng)下，越來越多的學校開始投入不菲的資金，依托科技社團，轟轟烈烈、如火如荼地參加各類競賽活動，并且規(guī)模不斷發(fā)展壯大。

隨著基于人工智能項目的科技社團活動持續(xù)性深入開展，各類問題也開始顯現(xiàn)。作為新生事物，人工智能項目科技含量高，挑戰(zhàn)性強，教師自身基礎(chǔ)薄弱，又沒有現(xiàn)成的經(jīng)驗可循，社團活動不可避免地呈現(xiàn)碎片化、松散化、階段化的狀況。很多學校在開展科技社團活動時沒有適用的校本課程，社團活動隨意性大，缺乏系統(tǒng)性，基本處于摸著石頭過河的狀態(tài)。因此，開發(fā)適合科技社團活動的校本課程成為當前急切需要解決的問題。

三、人工智能背景下科技社團校本課程開發(fā)策略

作為科學課程的延伸和補充，基于人工智能的科技社團校本課程設(shè)計首先要因地制宜，結(jié)合學校的實際情況，充分考慮學生的認知規(guī)律和年齡特征，要具有可實施性、可操作性。課程安排不能過于“功利性”，僅為競賽而準備。同時，課程要充分考慮是否有利于學生科學核心素養(yǎng)的養(yǎng)成，要讓學生通過實踐活動，能認識到技術(shù)的學習是為了解決現(xiàn)實問題，并在實踐中幫助學生逐步形成科學思維，樹立正確的科學觀。

1.建立合作機制，實現(xiàn)優(yōu)勢互補

校本課程的開發(fā)是一項復(fù)雜的系統(tǒng)性工程，涉及課程內(nèi)容的選取、編排、審定、出版等眾多流程，牽涉到人、事、物方方面面的問題。因此，校本課程的開發(fā)需要建立一定的合作機制，集思廣益，發(fā)揮團隊的作用。人工智能是一項快速發(fā)展的新技術(shù)，融合了科學、信息、勞技等眾多學科知識。因此，科技社團校本課程的開發(fā)具有一定的專業(yè)性和學科融合性，學校在組織教師參與開發(fā)時，要實現(xiàn)多學科聯(lián)動，并且做到分工明確，既要發(fā)揮個人專長，又要實現(xiàn)融合創(chuàng)新。

在開發(fā)過程中，可以科學、信息、勞技等學科任課教師為主體，學校領(lǐng)導(dǎo)和校外專家為指導(dǎo)，實現(xiàn)多層次、全方位的協(xié)作。團隊先進行科學評估，確定課程開發(fā)方向和課程開發(fā)目標后，再分工實施。同時，在課程開發(fā)過程中，需要充分發(fā)揮核心成員在課程開發(fā)中的主導(dǎo)作用，在學校管理層面的全局推動下，引導(dǎo)教師團隊積極參與。

科技社團輔導(dǎo)教師通常由信息技術(shù)、科學和勞技學科的教師組成。這幾個學科的教師在參與課程開發(fā)的過程中，更要突出其學科優(yōu)勢，把人工智能技術(shù)與信息技術(shù)、科學及勞技知識進行深度整合，進而實現(xiàn)課程的創(chuàng)新融合，達成人工智能科技社團校本課程的開發(fā)目標。

2.基于核心素養(yǎng)優(yōu)選校本課程的學習內(nèi)容

科技社團活動的開展，為學生提供了內(nèi)容豐富多彩的學習平臺，同時，提升了學校的辦學層次。學校開設(shè)科技社團活動的目的是為了豐富學生的業(yè)余生活，培養(yǎng)學生適應(yīng)未來社會的能力，提升學生的科學素養(yǎng)。因此，在開發(fā)科技社團校本課程過程中，課程內(nèi)容的編排始終要圍繞核心素養(yǎng)，課程內(nèi)容要體現(xiàn)科學素養(yǎng)。

引入最前沿的人工智能技術(shù)應(yīng)用于科技社團活動中，符合現(xiàn)代學生的需求，也有助于培養(yǎng)學生的科學探究力和科學創(chuàng)造力，進而為發(fā)展學生的科學素養(yǎng)注入動力。人工智能的涉及面廣，所涵蓋的領(lǐng)域非常寬泛，同時，人工智能技術(shù)專業(yè)性很強，如何在浩瀚的人工智能海洋中，汲取適合學生發(fā)展需要的內(nèi)容，需要進行大量的學習和篩選。課程開發(fā)教師要了解人工智能目前的主要應(yīng)用情況，熟悉哪些人工智能內(nèi)容適合引進社團，以此篩選出合適的人工智能項目作為課程學習內(nèi)容。

人工智能技術(shù)有趣而深奧，在設(shè)計課程內(nèi)容時，選擇相對淺顯但有趣的內(nèi)容，可以很好地激發(fā)學生的學習欲望和探究興趣，如結(jié)合信息技術(shù)，設(shè)計基于Scratch或Python編程語言的機器人、物聯(lián)網(wǎng)實驗項目。人工智能技術(shù)應(yīng)用開發(fā)編程，有一定的挑戰(zhàn)性，也比較容易讓學生擁有獲得感。對這一內(nèi)容進行設(shè)計時，由于學生已有一定的Scratch或Python編程基礎(chǔ)，再結(jié)合硬件，通過創(chuàng)意編程和硬件設(shè)置使想法成為現(xiàn)實，學生會獲得極大的成就感，科學思維也可以得到有效提升。另外，通過編程設(shè)計，還可以培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和不懈的科學精神，非常有助于學生科學素養(yǎng)的形成。除了開發(fā)機器人、物聯(lián)網(wǎng)等與信息技術(shù)緊密關(guān)聯(lián)的課程內(nèi)容外，還可以結(jié)合勞技學科，設(shè)計基于學生動手實踐的電子百拼、各類建模實驗項目等內(nèi)容，以豐富科技社團活動內(nèi)容，從不同層面促進學生科學素養(yǎng)的形成。

3.基于核心素養(yǎng)優(yōu)化課程的編排和流程

課程內(nèi)容要體現(xiàn)理論性、可操作性及創(chuàng)新性。人工智能涉及的內(nèi)容要符合學生的認知規(guī)律和年齡特征，有序推進，以模塊化、主題化為導(dǎo)向，并與各章節(jié)內(nèi)容相匹配。例如，課程可以先帶領(lǐng)學生認識人工智能，并讓學生感知人工智能的強大應(yīng)用，從而激發(fā)探究人工智能的興趣，再通過大量的應(yīng)用實例，讓學生對人工智能建立初步的認識，形成一定的概念。另外，可以通過體驗性學習課程來幫助學生感知人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，以及熟悉社團人工智能環(huán)境，為接下來學生的探究實踐打好基礎(chǔ)。課程中還可以安排一定數(shù)量的影音、圖像等內(nèi)容，進一步激發(fā)學生進行科學探究的動力，幫助學生樹立科學觀念。

在學生學完人工智能強大應(yīng)用章節(jié)后，可通過文字識別、圖片識別、語音識別等應(yīng)用內(nèi)容的設(shè)置，結(jié)合各類傳感器，借助奇思妙想的編程，來提升學生的實踐能力。

總之，要通過“體驗—實踐—感悟—創(chuàng)新”這樣的課程編排體系來組織課程內(nèi)容，最終在一系列的實踐活動中激發(fā)學生的科學思維能力。

4.發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)課程資源多媒體化

人工智能背景下的科技社團校本課程，凸顯著時代性、技術(shù)性和前沿性。人工智能技術(shù)中大量的課程內(nèi)容需要借助視頻、圖像、設(shè)備實物來呈現(xiàn)，傳統(tǒng)的紙質(zhì)文稿無法滿足人工智能課程信息的表達需求。另外，對于多媒體化的內(nèi)容呈現(xiàn)形式，不僅學生容易學習與交流，而且教師也便于分享與討論。因此，在開發(fā)科技社團校本課程時，除了紙質(zhì)文稿外，還要注重數(shù)字資源的開發(fā)。

在運用現(xiàn)代教育技術(shù)開發(fā)多媒體化校本課程學習資源時，可以專題網(wǎng)站、短視頻、公眾號等形式呈現(xiàn)，制作出以圖文版課程為主，以視頻、微課、動畫等不同形式學習資源為輔的多媒體化校本課程，以滿足社團活動開展及培育學生學科核心素養(yǎng)的需要。

眾所周知，校本課程的開發(fā)是“討論—編寫—實踐—修改”循環(huán)往復(fù)的過程，不可能一勞永逸?；谌斯ぶ悄艿目萍忌鐖F校本課程更是如此，課程內(nèi)容既要符合校情、師情和學情，更要跟上人工智能技術(shù)快速迭代的發(fā)展腳步。這就要求教育工作者既要腳踏實地，更要與時俱進、積極探索。

實踐證明，開展基于人工智能的科技社團活動，符合時代發(fā)展的潮流，是提升學生科學素養(yǎng)的有效途徑。基于學科核心素養(yǎng)，開發(fā)以人工智能技術(shù)為內(nèi)容的校本課程，有助于科技社團活動更好地開展。相信在上級教育主管部門的積極引導(dǎo)下，在各校的大力支持下，在教師們的積極參與下，以及在科技社團課程開發(fā)的不斷推進下，學生科學核心素養(yǎng)勢必落地生根。

注：本文系江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃重點資助課題“基于科學素養(yǎng)養(yǎng)成的K12一貫制科學課程一體化實踐研究”研究成果（課題編號：B-a/2016/02/03）。