學科核心素養(yǎng)視域下中小學人工智能校本課程的開發(fā)實踐

張艷清

近年來人工智能成為國際競爭的新焦點， 國家相繼出臺了《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動實施方案》、《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》和《教育信息化2.0行動計劃》等多份文件或政策以推動人工智能的發(fā)展。2017年，國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確指出“應逐步在中小學階段設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育、建設人工智能學科，培養(yǎng)復合型人才，形成我國人工智能人才高地。”可見，在基礎教育階段進行人工智能教育教學乃大勢所趨。目前， 高中信息技術課程中已將“人工智能初步”作為選修模塊。但在小學和初中關于人工智能的知識內(nèi)容只是少量地出現(xiàn)在信息技術教材上，對于人工智能的相關概念、應用領域以及最新研發(fā)成果與應用尚未得到體現(xiàn)。在中小學如何去開展人工智能教育，人工智能課程教什么、怎樣教等一系列的問題都值得我們?nèi)ヌ骄俊?/p>

筆者以課題研究為契機， 開展四年級（小學）至七年級（初中）一體化的人工智能課程的開發(fā)與實踐研究，以下是對研究過程的經(jīng)驗總結和反思，以期可以為一線教師開展人工智能教學提供有意義的參考。

一、人工智能校本課程的內(nèi)涵和意義

人工智能是研究開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的專業(yè)學科。人工智能課程要在中小學普及，不能簡單地將高校人工智能課程下放，更不能定位于培養(yǎng)人工智能技術專才。中小學階段人工智能課程應該是一門培養(yǎng)學生人工智能的知識、原理，體驗人工智能的技術，并運用相關技術嘗試創(chuàng)新性解決實際問題的課程。

在中小學階段開設人工智能課程的意義在于：建立基礎教育階段完善的課程體系，讓學生接受系統(tǒng)的人工智能教育， 激發(fā)學生學習人工智能知識的興趣，能以人工智能的思維方式認識社會的發(fā)展。培養(yǎng)學生的邏輯思維能力和創(chuàng)新精神，提高學生的信息素養(yǎng)。人工智能課程是計算機、數(shù)學、物理等多種學科相互滲透而發(fā)展起來，它的綜合性強，所以也是培養(yǎng)學生綜合素質的一個絕佳平臺。

二、人工智能校本課程目標定位

教學目標是課程教材整理編寫的依據(jù)，在課程中處于引領地位。美國著名的課程理論專家泰勒在“泰勒原理”中提出，課程開發(fā)首先要確定的是課程教育目標。新課改將我國基礎教育的總目標落實到“學生發(fā)展核心素養(yǎng)”，各個學科又把培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)作為教學的基本任務。與人工智能關系最緊密的信息技術學科核心素養(yǎng)包含信息意識、計算思維、數(shù)字化創(chuàng)新、信息社會責任四個學生需要具備的素養(yǎng)。人工智能課程將為信息素養(yǎng)提供了許多生動的案例。將信息技術學科的核心素養(yǎng)作為人工智能校本課程培養(yǎng)目標的參考依據(jù)，將更好地指引人工智能課程的開發(fā)與實施。

基于以上思考，課題組將課程的教學目標定位于培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)，提高學生的綜合素質。課題組梳理了人工智能課程在四年級到七年級的教學目標如下：四、五年級課程目標是讓學生通過感知、體驗人工智能，了解人工智能技術對人們學習生活產(chǎn)生的影響，培養(yǎng)對人工智能的學習興趣，通過編程和搭建，解決簡單的問題，了解人工智能工作流程，培養(yǎng)實踐能力和團隊協(xié)作能力;六、七年級課程目標是通過自主編程和搭建人工智能，解決較復雜的問題，提升分析問題、解決問題能力，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神、探索精神和人工智能的思維方式，激發(fā)學生對未來信息生活的追求和向往。

三、人工智能校本課程內(nèi)容組織

校本課程教材內(nèi)容是課程建設的重要環(huán)節(jié)。在整理、編寫校本課程教材時，要保證課程內(nèi)容設計的科學性、合理性和可行性。中小學生與大學生的認知能力與知識儲備不同，所以，相比于傳授人工智能知識與技術，應該更側重于學生親身體驗人工智能的技術應用。在編寫整理教材時，要考慮學校已有的人工智能教學設備、學生的年齡特點，采用分階段、分層次、遞進式的教材體系。由易到難、由淺人深地組織教材章節(jié)。

在借鑒信息技術、綜合實踐活動等課程結構的基礎上，課題組對人工智能課程內(nèi)容進行分段式構建。小學四、五年級，以體驗為主，課程內(nèi)容力求貼近生活，通過問題情境教學法，借助積木式編程平臺，對器材搭建并進行操控，讓學生在課堂感受到輕松，切實讓學生感受到人工智能課程的趣味性。以直觀性的操作體驗培養(yǎng)學生的培養(yǎng)計算思維和對人工智能的興趣。初中階段，學生的認知水平和思維方式，已從形象逐步轉換到抽象的表達階段，通過嘗試設計與實現(xiàn)基本程序結構，自主搭建造型，解決實際問題，突出學生計算思維和解決實際問題能力的培養(yǎng)。課程教材分為基礎篇和創(chuàng)新篇?；A篇是對現(xiàn)實生活物體和工具的模擬，注重對人工智能器材和技術的認識和應用。創(chuàng)新篇是在熟悉器材的基礎上開展的創(chuàng)新活動，注重對學生創(chuàng)新能力和實踐能力的培養(yǎng)。

四、人工智能校本課程教學模式

校本課程的教學實施是課題研究的主要陣地，課題組成員在實施人工智能教學過程中主要參照PBL教學法，PBL教學法也稱作問題式學習法，是指學生在一個真實的情境中對驅動問題展開探究，通過學生的自主探究和合作來解決問題，從而學習隱含在問題背后的科學知識的一種新型學習活動，有利于調動學生的主動性和積極性?；趯W科核心素養(yǎng)視角和人工智能學科培養(yǎng)的特點，筆者對PBL教學法做了改良，通過不斷地教學實踐，形成比較穩(wěn)定的五段式教學模式——“問—學—思—創(chuàng)—評”，即：問題情境、學習新知、思考流程、創(chuàng)意搭建、展示評價，構建在新課程理念下學生自主探究、合作學習的一種教學模式。

問題情境：由生活中的問題為情境，提出解決方案，明確本課的研究主題。

學習新知：根據(jù)研究主題，重點學習核心模塊器件和知識，了解其工作原理。

思考流程：對解決問題的核心模塊器件進行連接，重點進行編程思路的研究，以成功編寫程序控制核心模塊工作。

創(chuàng)意搭建：對機器人整體結構進行搭建，鼓勵學生發(fā)揮創(chuàng)意合理搭建。

展示評價：推選優(yōu)秀項目作品進行交流、展示，評價學生課堂表現(xiàn)和作品完成情況。

五段式教學模式展示了人工智能課堂教學的指導框架，把課程改革的先進理念、信息技術核心素養(yǎng)滲透到課堂教學，五個環(huán)節(jié)承前啟后，環(huán)環(huán)相扣，引領學生進行學習探究，促進學生信息素養(yǎng)和綜合能力的發(fā)展。

五、反思與建議

（一）組織管理立規(guī)矩。人工智能的普及通常是處于大班化、小組合作的教學環(huán)境，班額過大，學生交流多的課堂導致課堂組織難度大，影響教學進度的整體推進。這需要教師有極強的課堂組織策略和課堂掌控能力。教師需要制定恰當?shù)恼n堂管理規(guī)范以保證課堂教學有條不紊的開展。在課程的初期，教師必須事先制定并與學生明確各項細則，包括小組的劃分、成員的分工、器材整理的規(guī)范等等，并在實際教學中落實到位。磨刀不誤砍柴工，良好的課堂規(guī)范和秩序，給學生營造良好的教學環(huán)境，讓學生快速融入學習活動。

（二）多維評價促發(fā)展。人工智能課堂活動多、時間緊湊，教師容易忽視對學生的評價。缺少評價或無效評價的課堂讓學生像一艘沒有動力的帆船，隨波逐流，教學效果不佳。有效的評價將成為學生前進的助推器，不斷推動著學生進步。教師可以借助電子評價平臺或評價表等手段，對學生的學生過程和作品情況進行評價，做的好的地方及時給予表揚，激發(fā)學生學習的積極性;做的不好的地方及時指正并給予鼓勵，幫助他們建立學習的自信心。多維評價促使學生有的放矢地進行探究，提高教學效率。

（三）關注差異共進步。由于學生的差異性，學生任務完成情況差異很大，有的學生能快速高質量地完成老師的任務，有的學生無法達到教學目標。教師要善于發(fā)揮小組合作、組間合作優(yōu)勢，讓學優(yōu)生幫助后進生，達到共同進步的目的。在設計教學任務時，教師應關注不同層次的學生。對于接受能力較強的學生，增加拓展任務，讓學生自主探究，進一步提升學習能力。

中小學人工智能作為一門新的課程，在實施初期肯定會遇到各種各樣的問題，這些問題是給一線教師的挑戰(zhàn)，需要人工智能教師、廣大的教育工作者、研究者積極地探索，憑借集體的智慧尋求解決方法、總結經(jīng)驗。隨著社會和學校的重視，學者和教學工作者的關注和研究，相信中小學人工智能課程在未來將展現(xiàn)出無比光明的發(fā)展前景。