区域开展中小学人工智能课程实验的策略与工作路径
刘载兴
人工智能是引领未来的战略性技术，在广州市的中小学推进人工智能与教育融合创新发展，是人工智能时代赋予教育的重要使命。2019年8月，广州市147所学校被遴选为市人工智能课程改革实验校，在3～6年级和7～8年级安排一定课时开展人工智能课程学习活动。2022年，要实现人工智能教育覆盖全市学校，培养适合未来社会的创新型人才。笔者所在区域教育部门努力探索和实践，争取走出一条符合广州市开展中小学人工智能课程实验的发展之路。
● 中小学人工智能课程实验的目标
在中小学开展人工智能教育，旨在为培养符合智能化社会需求的、具备良好计算思维和编程能力的创新人才奠定基础。一方面帮助中小学生了解人工智能对现代社会的影响，关注相关前沿知识，发展人工智能意识和信息伦理道德;另一方面帮助他们增长技术应用技能，激发利用人工智能技术创建美好世界的情感。人工智能课程的核心素养主要包括人工智能意识、技术创新思维、应用实践能力和智慧社会责任。中小学开展人工智能是面向全体学生的普惠性地方课程，以人工智能通识学习为重点。
广州市人工智能课程改革实验对象为中小学3～8年级学生，根据课程编排，广州市中小学人工智能课程培养目标按四大层面进行了详细的描述，具体如下表所示。
广州市中小学人工智能课程实验重在“课程”。中小学课程建设应该具备3个必要条件——教师、教材、教具（实验仪器设备），在这3个必要条件中最核心的部分是教材，因为教材内容决定了教学内容和教学要求，教材的建设成为开展人工智能课程实验的顶层设计。做好人工智能课程建设的顶层设计，才能保证中小学生人工智能课程的落地实践。积极开展人工智能课程的师资培养和配备相应的教学设备，是人工智能课程的发展基础。进一步创新人工智能课程教学模式，能够形成区域特色。广州市开展中小学人工智能课程实验的策略如图1所示。
1.顶层设计，构建中小学人工智能课程体系
广州市教育研究院对教育部教育装备研究与发展中心牵头编写的3～8年级《人工智能》教材开展本地化改编，建设具有广州人工智能教育地方特色的课程体系，做好课程建设的顶层设计。广州版的《人工智能》教材已通过广东省教育厅的审核，成为国内最早通过的中小学人工智能地方教材之一。
做好课程内容的顶层设计，教材是最有效的载体。根据学生的认识水平和学习进阶能力的发展，广州市人工智能课程体系可以分成四个层次：人工智能通识、人工智能应用、人工智能编程、智能机器人开发。结合人工智能课程培养目标，构建广州市中小学人工智能课程知识体系设计，如图2所示。
2.发展基础，普及人工智能课程教学
（1）建設中小学人工智能课程师资培训基地，培训课程骨干教师队伍。要实施中小学人工智能课程，师资是重中之重，而人工智能师资的严重缺乏是全球性的问题。因此，笔者所在单位立足于从信息技术教师中培养。2019年9月，在广州教育学会的支持下，广州信息工程学校与深圳某科技有限公司合作建成中小学人工智能课程师资培训基地，具备两个培训实验室（含计算机40台，人工智能机器人40套），建成一支由高校教师、中职学校教师、国内外顶级人工智能企业专家、教科研机构人员组成的培训师资团队，构建中小学人工智能课程师资培训课程。2019年9月至2020年1月一共完成了四期的人工智能基础培训。参与培训的实验学校教师达150多人，培训对象涵盖了所有实验学校的主管教师，为开展广州市中小学人工智能课程实验提供了人才保障。
（2）市区联动，共建课程实验室样板间。广州市各区域积极建设中小学人工智能课程实验室工程。在市、区教育基建和装备中心的指导、支持下，黄埔区实验学校已全部完成人工智能科创室建设工作，安装人工智能课程教学硬件包，配备线上人工智能教学资源，配套语音识别、可编程人工智能实验机器人等，保证人工智能课程实施有必备的实验仪器设备。在政府没有投入相关资金前，鼓励学校自己解决人工智能教学设备问题。
3.创新应用，探索中小学人工智能课堂教学广州模式
做好中小学人工智能课程实验，教学模式是关键。经过一段时间的实验研究，形成了“以通识教育为主线，通过体验、实验、应用学习人工智能技术”的中小学人工智能课堂教学广州模式，即以人工智能通识为主线，以体验、实验和应用三个层次展开（如图3），通过视频、实物让学生体验人工智能技术，在此基础上提供相应的实验讲解、验证，最终落实到应用层次，学生能够运用人工智能技术解决生活中的简单问题。
小学人工智能教育以体验为主、实验为进阶、应用为拓展这一主线，自上而下，侧重学生的人工智能技术体验与实践实验。如能够利用美颜软件对头像进行美化，会使用开放性人工智能平台中的人脸识别功能;认识增强现实技术的应用价值，以及人工智能的支撑作用;了解图像识别技术对科学实践和生活的影响;能够使用识别软件将包含文本的图片转为数字文本，对手写输入与文本识别的相同点和不同点有所认识;能够使用智能语音技术工具，认识人工智能技术支持的人机交互方式，了解语音识别技术对社会生活的意义;能够利用语音合成技术将文本信息转化为语音效果输出，认识语音识别技术对社会生活的影响;掌握使用机器翻译技术帮助语言学习，能够描述机器翻译的优势和不足。
中学人工智能教育则是以实验应用为主，自下而上，着重培养学生应用人工智能技术解决身边简单问题的能力。学生通过体验、实验，在充分了解人工智能基础知识后，学习使用人工智能技术解决实际问题。课程的教育着重培养学生的创新应用能力。例如，学生对智能家居的工作原理及信息智能推送的工作原理有初步了解，能设计未来家居，认识人工智能对生活品质的作用;对计算机程序和人工智能技术的关系有一定认识，可以使用图形化编程工具编写简单程序;了解传感器在智能机器人系统中的作用，能利用各种传感器搭建具有一定功能的智能机器人或智能系统，包括避障移动机器人、分拣机器人、循迹机器人等。同时，学生可以利用图形化编程工具编程，控制机器人完成规定的任务，深刻理解人工智能在各领域的应用价值。
● 人工智能课程实验的路径
按照“统筹规划、分步实施、点面结合、特色发展”的原则，广州中小学人工智能课程实验分四个层面、四个步骤开展，逐步深入推进实施，实施路径如图4所示。
1.协同创新，构建课程实验四级体系
围绕人工智能课程实验，广州市构建起“部—市—区—校”四级课程实验体系。一是市教研院参加教育部装备中心组织的（北京、广州、武汉、西安、深圳）五大教研院中小学人工智能课程实验共同体，合作研发课程指南、实验配置标准和教材等开创性工作。二是设立三个市级课程实验区和147所市级课程实验校，开展课程实验工作。三是市级课程实验区在区域内选择一批学校作为区级实验校开展人工智能教育实验，在此基础上组织成立了广州教育学会中小学人工智能专委会和中小学人工智能教学中心组，协助广州市教育研究院指导全市课程实验。四是将广州市课程实验成果通过实验共同体教材辐射到全国，在教材编写过程中，吸纳了广州经验，在教材中按體验、实验和应用三个层次增设学生动手活动项目，特色明显。
2.课程保障，落实课程实验三级体系
人工智能课程要做到落地生根，学校要做到三保障：保障一定的课时、保障课程进学校课表、保障课程进学生课堂。实验学校可以参与课程实验的年级每周要从综合实践、校本课程等课程中，安排1个课时用于人工智能课程教学，确保每学期不少于12到16课时。同时，以社团活动、兴趣特长班等形式，遴选有兴趣爱好的学生，在校内开展提升拓展课程。
3.教研推进，建立学教研思四级体系
教师是实施中小学人工智能课程实验的根本。在人工智能课程教学领域，不管是信息技术专业毕业的还是有信息技术基础的教师，都是新手上任，只有采用边学、边教、边研、边思的方法，才能有效地提升自身的专业素质。同时，实践出真知，教师可以广州市教育研究院主持改编的中小学《人工智能》教材内容为主开展教育教学，并积极参与人工智能课程教学研究活动，从中反思进步。另外，还可借助课题引领，走出新天地。“研”即课题研究，结合各自优势和资源特点，借助人工智能专业领域的专家力量、技术支持，努力探索新课程环境下的人工智能教育教学方式。通过反思建构，不断提高人工智能课程教育教学质量。
4.活动提升，打造创新多元学习体系
人工智能课程实验的最终目标是培养学生具备良好的人工智能意识、技术创新思维、应用实践能力和智慧社会责任。常态的课堂学习，已无法满足学生各种能力的发展需求，为学生创设良好的人工智能学习环境，是高效开展人工智能课程实验的有效路径。通过科技节、兴趣小组、研学活动等形式，学生积极参与各类人工智能拓展活动，参与不同层级的交流、竞赛活动等。在多元化的探索主题和实践环境中，学生参与人工智能领域学习、研究的积极性进一步激发，探究、沟通、创新和协作能力得到全面培养。只有积极构建以赛促学、促教、促研的机制，打造创新多元竞赛体系，提供利用人工智能相关技术进行创意设计、技能展示和探索交流的平台，学生才能在人工智能的学习环境中任意飞翔。
● 结束语
面对人工智能课程改革的浪潮，中小学人工智能课程评价研究工作也提上了议事日程。广州市中小学人工智能课程实验本着“立足实际、协同创新”的原则，从人工智能课程实验的目标、策略和路径三方面进行探索和实践，努力构建符合区域特色、层次分明、目标明确的人工智能课程知识体系，促进广州市中小学人工智能课程实验朝着更加系统化、科学化、规范化、普惠化的方向发展。
