人工智能启蒙 赋能未来发展

王春华

我们的生活中有很多有趣的问题：

几十个陀螺同时参加比赛，怎么做到精准计时，评出冠军呢？

迪斯尼游乐场里，导游机器人怎么才能做到灵活行走和转弯？

怎样用电脑在班级中随机抽取5个小朋友参加校长下午茶？

新年义卖汇总钱款时，有几百个硬币，怎么方便地实现硬币的分类收纳呢？

这些问题，学生都能在我们学校开设的《人工智能启蒙系列课程》中进行探索和实践。这一课程在实施过程中，已经实现全员普及、全年段覆盖、全程自主研发。这是全校所有学生的普及课程，我们用每周一课时的探究课进行实践。

课程做到一至五年级每个年段全覆盖，5年7个系列，在合适的年段选择合适的科目，符合学生年龄特点和认知水平。

一、小学人工智能启蒙课程研发的缘起

（一）基于时代挑战

2017年7月，《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》中明确指出，要实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。

从“中国知网”数据库搜索发现，从2008年浙江师范大学第一篇关于中小学人工智能课程的论文，经历了十年的寂静期后，到国务院35号文件发布后的2018年，中小学相关的研究成果呈井喷式增长。再从年段分布情况来看，面向小学的人工智能课程的议题占比仅次于中学，小学阶段进行人工智能普及教育的问题已成为时代的需要。

（二）源于育人目标

学校以“适应教育”作为办学理念，提出“为未来学习和发展做准备”的目标。那通过什么特色课程实现育人目标呢？

在适应教育的课程体系中，学校选择了科学素养这一最具有挑战性的领域，在科学素养培养中，面对信息社会、智能世界的需要，学校又选择了人工智能启蒙这一领域，让学生学习、了解一些智能控制技术和人工智能技术的基础知识成为一种必须，成为每一个人未来适应智能社会的关键能力。

（三）始于学校优势

2006年，学校正式成立“科学素养培育实验项目”课题组。在15年间的5个发展阶段中，学校于2016年在上海市民办教育协会“萌芽计划”项目中获得课题立项，将十多年研发的科学素养教育校本课程群中的一些相关课程更新、升级和扩充，梳理形成了“人工智能启蒙教育校本系列课程”（见表1）。

（四）基于学生兴趣

作为校本课程，学生对于这一课程的兴趣与需求也是学校阶段性评估的重要依据。在对学校全样本的调研中，有67.8%的学生表示非常感兴趣，30.08%的学生表示比较感兴趣。从数据中了解，学生对于前沿的人工智能学习的兴趣是非常高涨的，这为学校全员普及人工智能课程提供了准确的学情基础。

二、小学人工智能启蒙课程的顶层设计

（一）课程的界定

《小学人工智能启蒙课程》是面向小学阶段全体少年儿童，以计算机编程、机器人控制和智能控制类创客制作为主要学习实践对象的课程活动。这些课程虽然没有触及当今真正的人工智能技术，但是学习内容关联到人工智能中最基础的知识与技术，因此，称之为“启蒙课程”。

（二）课程培养目标

1.激发小学生对人工智能技术与应用的好奇心，认识基礎的人工智能应用。

2.初步掌握浅显的机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理等人工智能的相关知识和概念。

3.初步培养关键逻辑思维、叙事表达、图形和代码编程、创意设计、计算思维的实践能力。

（三）小学研究领域

目前小学阶段人工智能的启蒙，国内外实践为四个方向：使用某些专业公司的产品或平台的，并以体验层次的学习使用为主；基于机器人控制和制作的学习；基于计算机方向的，其中以Scratch、Python编程语言最多；基于创客类制作和STEM教育活动的。我们学校从本校实际出发，选择了以基础的编程教育为主，融合机器人和创客教育，作为课程研发的领域。

三、小学人工智能启蒙课程的架构与实施

（一）架构AI启蒙系列课程（见图1）

学校构建了课程的整体框架：第一层为感知层，即校本普及课程；第二层为应用层，即学科跨界活动；第三层为创新层，为学生选择性的个性活动。

在感知层的校本普及课程中，架构了5年7个科目的学习系列：趣味故事编程，模拟建构入门，机器人结构搭建，机器人编程控制，Processing基础，APP Inventor，3D打印与建模基础（见表2）。

（二）AI启蒙系列课程的研发实施

1.螺旋研发流程保障品质

这7个系列的课程研发，学习并综合了泰勒的目标模式、斯滕豪斯过程模式的课程编制理念，参照凯米斯行动研究法，最终形成适合学校的“螺旋式课程开发模式”。

2.动态生成课程迭代发展

四年间，课程走过了两个阶段的迭代生长，今天的2.0课程，从科目的结构层次、主题的统整性方面形成一至五年级的系列，是课程内容的量与质共生维度的展开。聚焦启蒙与系列两个关键词，将研究的重点放在课程结构与学习方式上，而课程也从最初的低中高推进，形成知识模块进而发展为全年段推进，形成课程体系、聚焦调整学习资源和优化学习进程。

3.系列课程蕴含逻辑关联

7门课程蕴含内在逻辑关联，从图形化编程入门向代码编程发展，从简单的结构搭建开始向综合的机器人编程控制发展，帮助学生完成从游戏语言、学习语言过渡到编程工作语言，为一部分对计算机编程有兴趣有潜质的学生打下进一步学习提高的基础。

一、二年级入门阶段，课程的主要目标定位于激发兴趣、培养兴趣。三年级开始逐步转向比较正式的编程基础知识和基本技能的学习体验和实践操作。

4.学法支持实现个性发展

课程实施中，注重将学生带入深度学习状态，关注基于学生的课堂教学的变革，其学习质量展现在系统结构中，体现在教与学的规律中，体现在学生亲身经历发现结构、体验探索的过程中，体现在高阶思维的培养中。

（1）学习支架，激发探索力

把复杂的学习任务加以分解，根据学生的学情，运用学习支架的教学策略，即提供提示和线索，帮助学生自己去理解，支撑学生积极建构知識。通过情境任务，建立真实生活的关联；实现思维可视、预设问题解决的流程；设置多重结构，呈现个性实践创意；创新活动应用，形成学科有机链接。

（2）逆向设计教学，启迪学生思维

课程最重要的是培养面向所有人的计算思维和跨学科视野。小学阶段计算思维的算法并不是纯粹的代码和编程，而是培养学生把真实世界的问题理解为流程性的、可以有算法控制的、从输入到输出的转换，从而学习逻辑推理、分解、算法、抽象、关联与迁移。同时，在计算思维培养中融入跨学科视野，计算思维与数学、工程、科学、审美结合起来。在教学设计中，利用学习地图，运用项目化学习中的逆向设计教学，即确定预期结果、确定合适的评估证据、设计学习体验和教学，以指导有目的的行为朝预期结果发展。

（3）适应性学习，提升元认知

在2.0课程中很重要的探索就是不断优化完善学习资源。每一个单元的学习都是长周期的，学生可以根据自己的认知风格、学习能力，制定并执行学习计划，在完善的学习资源支撑下，自主安排学习活动和最佳学习内容，并通过对自我的评价分析，不断优化完善自己的作品。

自主性、个性化、在情境中的适应性改变，在学生不断的新目标、新知识、新理解、新行为、新改变中，获得元认知。

（三）打造AI启蒙系列课程学习空间

深入某一领域的系统学习，需要相应结构的学习空间支持，于是科学中心三楼的主题式集约化创客中心应运而生了：科学素养孵化中心、设计与制作车间、电子创客车间、机器人车间、创新实验室；实验区、小组讨论区、科技新闻发布区、多屏投屏；实验器材、工具箱、问题墙，满足人工智能启蒙学习探究的需要，从物理空间上满足各个年龄阶段、不同科目学习的需求。

四、小学人工智能启蒙课程的成效与展望

（一）课程的实施成效

2018年，学校这一课程获得上海市民办中小学首轮优质课程称号，学生的学习也是令人期待的。

一年级的学生脑洞大开，图形编程设计了创意的神舟飞天小故事。二年级学生在建构模型与编程的过程中，用程序的循环实现计时功能，精准评选出了陀螺比赛的冠军。四年级的机器人编程课程中，学生用程序实现导游机器人的巡迹功能。五年级学生用3D建模，设计了硬币分拣机，使义卖的硬币能被迅速分拣。学校小朋友设计的垃圾分类APP，2019年向全区中小学家庭发布。光盘行动中的记录平台、调味品智能统计等获得了上海市科技创新大赛二等奖。学生自己设计的《基于错题率分析的智能推送学习程序》等获得了全国项目式学习评选的一等奖。

活用新科技并使之与生活结合的能力，已成为未来人才必备的三大关键能力之一。学生在五年的学习中，通过人工智能技术的启蒙学习与使用，获得了基础的数字素养，在高阶思维、创新合作等方面也有极大的提升。

（二）课程的未来展望

启蒙有两层含义：其一是开发蒙昧，让初学者获得基本的、入门的人工智能知识；其二是普及人工智能新知，让孩子适应并参与到智能社会的新变革中。

2019年人工智能大会上，习近平总书记关于培养人工智能高端人才的重要论述，让基础教育阶段开展人工智能启蒙课程的我们倍感激励！

展望3.0课程，学校将从单一课程研发进而向“人工智能+跨学科”创新学习模式的研究进军。为未来学习和发展做准备，学校一直努力探索和实践着！我们相信人工智能启蒙教育，必定让学生在未来发展中收获精彩无限！