中小学人工智能主题跨学科学习资源开发的路径与策略研究

【摘 要】中小学全面实施人工智能教育已成为我国重要教育战略，2022年4月，教育部发布《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，首次将人工智能作为逻辑主线开展课程内容结构设计，并明确提出人工智能素养目标，成功推动人工智能教育进入中小学课堂，并要求用不少于10%的课时设计跨学科主题学习。“如何设计”是教师面临的难点和现实问题。本文尝试研究区域水域文化在人工智能主题跨学科学习资源中的开发路径和策略，以期为教师实施跨学科学习设计提供参考。

【关键词】人工智能教育；跨学科学习；资源开发；水域文化

【中图分类号】G434 【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2023）011-057-03

新课标推动人工智能教育进入中小学课堂

人工智能属于交叉学科，专业技术知识较难，中小学开设人工智能教育难度较大。目前，我国中小学人工智能教育仍处于摸索阶段，未广泛开展。自2016年起，教育部陆续发布中小学人工智能教学指导文件。如小学“算法与程序设计入门以及机器人入门”，初中“算法与程序设计以及机器人设计与制作”等。2022年4月，教育部发布《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）首次将人工智能作为逻辑主线开展课程内容结构设计，并明确提出人工智能素养目标。人工智能将在培养中小学生信息科技核心素WuAHF11xpSo6hQNuPr4TYw==养中发挥重要作用，中小学人工智能教育在信息科技课程中迎来新机。

人工智能主题跨学科学习设计研究和跨学科学习资源开发现状

新课标要求各学科“设立跨学科主题学习活动，强化学科间的相互关联”，用不少于10%的课时设计跨学科主题学习。此举是课标修订的一大亮点，对于打破学科藩篱、增强课程的综合性和实践性具有重大意义。新课标在一定程度上回应了跨学科主题学习“教什么”和“如何教”的问题，但“如何设计”则是教师面临的难点和现实问题。目前，信息科技学科国家教材还未发布，在落实跨学科学习任务的当下，跨学科学习资源的开发也是教师面临的首要问题。

中小学人工智能主题跨学科学习资源开发的路径与策略

本文以北京市石景山区水域文化资源为例，探究在中山学校开发跨学科学习资源的路径和策略。

1.利用水域文化进行人工智能主题跨学科学习资源开发的必要性

2020年，党的十九届五中全会提出到2035年建成文化强国的战略目标。习近平总书记明确强调“一个国家、一个民族的强盛，总是以文化兴盛为支撑的，中华民族伟大复兴需要以中华文化发展繁荣为条件”。中华民族缘水而生，依水而存，因水而兴。水文化是中华文化和中华民族精神的重要组成部分，开展水文化教育是繁荣中华文化事业的重要任务。

目前，我国学术界对于水文化教育的研究起步较晚，相关研究文献较少。中小学课程体系更少见“水文化教育”相关内容，水文化教育还未引起人们足够的重视，这导致学生对水文化认识不足，对“水”体验不深，对“水”追根意识渐生断裂，对水文化的理解仅仅停留在节水护水之上，忽略了其对于中华民族诞生、兴起、延续的重要意义。

水文化涉及传统文化、教育学、文学、法学等多学科知识，包含了丰富的内容，给教育带来了巨大的发展空间。常言道，靠山吃山，靠水吃水，笔者认为，水文化可以带动跨学科整合，为学校开展人工智能教育带来新的模式，成为培养学生核心素养的新型跨学科学习途径之一。

2.利用水域文化进行人工智能主题跨学科学习资源开发的可行性

从政策导向来看，2023年5月，教育部联合科技部、生态环境部等18部门发布《关于加强新时代中小学科学教育工作意见》，强调要适应科技发展和产业变革需要，从课程教材、实验教学、师资培养、实践活动、条件保障等方面强化顶层设计，充分整合校内外资源，为中小学生提供更加优质的科学教育，全面提高学生科学素质，培育具备科学家潜质、愿意献身科学研究事业的青少年群体。

我区教委长期重视人工智能等科技教育。我区水务部门也在全区大力推进河长制宣传教育工作，河长制是水文化的制度文化。区“十四五”生态环境保护规划中也强调创新河长制，发动社会力量，邀请有志愿、有能力的社会各界人士（包括中小学生）参加“志愿河长”活动，齐抓共建，维护美丽石景山。以上政策为区域水域文化资源开发提供了有力保障。

从资源条件来看，众所周知，北京是一座“依水而建”的文明古都，永定河是北京的母亲河，孕育了北京深厚的文化底蕴和独特的人文资源，莲石湖是永定河城市段最大的湖，是石景山区重要的利民工程。此外，南马场水库是石景山区治理的第一条生态清洁小流域，是1976年为解决黑石头地区缺水问题而建，以小流域为单位，以水源保护为中心，构筑“生态修复、生态治理、生态保护”三道防线，如今的南马场水库，碧水青山，空气清新，环境优美，俨然成了西部的“世外桃源”。两处主要水域养育着石景山区人民，孕育着石景山区和石景山区的文化，也为教育注入了强大的力量，其育人功能有助于打造区域特色化教育新生态，赋能区域教育高质量发展。

人工智能属于尖端科技，中小学教师驾驭人工智能课堂难度较大。中国航天科工集团、中国电子科技集团与石景山区携手打造高端科技产业生态圈。弥足珍贵的是，两家科技集团都有着助力青少年科技教育工作的热情，多次伸出援手，帮助我区科技教育再上新台阶。

从需求条件上看，我区拥有城六区最丰富的山林水域资源，区水务部门对辖区内水域存在较大的水资源勘测、大坝检修、水质检测等需求。人工智能可以解决以上问题，我们可以通过社会实际需求带动优质资源整合，形成人工智能主题跨学科学习活动，进行资源开发。一方面在信息科技课堂中落地实施，落实跨学科学习任务，提升学生信息科技素养。另一方面，号召学生学习区域水域生态、文史哲、河长制等知识，助力区域河湖保护，参与区域生态文明建设，形成学生参与社会生产、承担社会责任、提升自我价值的有效途径。

3.利用水域文化进行人工智能主题跨学科学习资源开发的策略

人工智能主题跨学科学习资源的开发应以区域水文化为底色，以义务教育信息科技新课标为指引，围绕人工智能素养目标，设计跨学科学习内容、目标以及评价方式。跨学科学习资源的开发要注重信息科技学科与区域水文化之间的关联性和融合性。我们以区域的实际需求，带动两者的有机整合，促进跨学科学习资源开发过程中多元主体的协同作用，引导学生认识信息科技对人类社会的贡献与挑战，既突出信息科技学科对社会生产生活的重要性，又能突显区域水文化的地方特色，促进学生在数字世界与现实世界中健康成长。

（1）建立人工智能主题跨学科学习资源开发的规划政策、决策制度

教育职能部门需重视中小学人工智能教育实施的迫切性，执行新课标精神，肯定水域文化对于实施信息科技跨学科学习、促进中小学人工智能教育的有效性，积极联合区域其他职能部门实施人工智能主题跨学科学习资源开发顶层设计。基于学校人工智能教育发展需求，创新人才培养目标及已有的活动资源，大力整合校内外多部门相关优质资源，制定战略性发展规划，统筹推进基于区域水文化的人工智能主题跨学科学习资源开发的实践创新。

需要解决的制度性问题有三个层面。一是技术层面的保障政策。即引入科研机构力量完成信息科技跨学科学习中有关人工智能技术的应用设计，通过制度保障技术资源、师资力量。二是涵盖教师和学生个体层面的保障政策。制定保障制度激励教师、学生积极主动使用人工智能主题跨学科学习资源。三是制定机构层面的保障制度，可由教研机构牵头制定“人工智能主题跨学科学习”教学计划，以教研活动的形式完善跨学科学习方案、规范教学实施过程、拓展活动资源等，持续激发实践创新。

（2）建立人工智能主题跨学科学习资源开发精准决策制度，重视资源库的建设

实践活动是检验课堂教学成效的最佳方法。因此，跨学科学习资源中的活动资源是学生综合实践活动实施的基础和内容，各地区都蕴藏着自然、社会、人文等多种活动资源。大量教学实践证明，地域特色资源的开发与利用，对学生、教师、学校都有重要意义。因此，教育职能部门应当聚焦教师、学生、活动资源、实施效果四大要素，充分开展调研，挖掘已有资源，结合实际需要整合现有资源，验证主题活动的时效性，关注资源生产，关注教师、学生在活动中的成长需求和实际的获得感；及时发挥对活动资源应用效果的评估、甄别与决策作用，对效果不好的学习资源进行及时干预、修正，实现精准决策，提升学生学习成效；并在不断的修正、提炼、总结过程中逐步形成跨学科学习资源库，践行“新课标”，落实“新课程”，建构“新课堂”。

此外，人工智能主题跨学科学习资源的内容开发尤其应注重与信息科技课堂教学的关联性。针对不同的教学环节、教学任务、学段、素养目标等，选择适当的知识模块，既要关注学生的认知水平，又要注重把握知识的继承、迁移及进阶性。

（3）形成资源内容标准，依据标准制定资源开发框架

将区域水文化融入信息科技跨学cBI9WZAFdRB/bdaxXTh4DA==科学习课堂当中，探索相对应的学习资源开发理念，形成资源内容标准，依据标准制定资源开发内容框架。课堂教学资源紧紧围绕信息科技新课标下的核心素养目标，依托区域水务部门的实际需求，设计人工智能主题跨学科学习内容。

如以“湖水总量测量”实施小学六年级“过程与控制”跨学科学习，学生在利用传感器收集湖水数据的实践中，认识从物理世界获取“数据”的方式方法，认识生活中普遍存在的“输入—计算—输出”计算模式。包含输入、计算、输出三个典型环节的系统，用编程进行验证，培养学生用计算机解决实际问题的意识和能力，着重比较使用人工智能和不使用人工智能处理同类问题效果的异同，做到合理选用人工智能，增强自我判断意识和责任感。再如以“水质智能检测”实施初中七年级“物联网实践与探索”教学，学生搭建小型智能水质检测系统，通过场景分析，认识物联网的万物互联的基本原理；通过搭建检测水质的物联系统，读取、发送、接收、汇集和使用数据，在线自动检测，并计算数据，编写程序实现远程操控，了解物联网、大数据以及人工智能的关系，体验万物互联的独特魅力；合理选用人工智能处理社会实际问题，在实践中了解自主可控对国家安全的重要意义，明确科技活动中应遵循的价值观、道德责任和行为准则。

（4）围绕课堂教学，开发相对应的资源

环境资源：将区域水务部门的现实需求转化为人工智能主题，利用地域资源，构建基于水环境的实践活动场景，贴近学生现实，扎根学生生活，更好的实施教学活动。技术资源：引入科技机构力量，一方面寻求变革人工智能教与学的方式，突破由于人工智能专业知识过难教师无法承担教学任务的困境；另一方面力图为学生创造一个近距离接触国家尖端科技，与真正的科研工作者相处、学习的机会，培养学生正确的价值观，牢记科学技术学习的使命和担当。文化资源：将以水资源为载体的水文化内涵充分融入活动资源开发之中，力求通过水文化教育增强学生文化自信，坚定环境保护信念，引导学生从小树立关心国家政策、服从国家利益的责任感和使命感，参与社会生产，承担社会责任，厚植爱国主义情怀。

党的二十大报告强调“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑”。科技进步靠人才，人才培养靠教育，基础教育担负着培养、选拔人才的天然使命。科技教育应树立“科技创新+文化育人+地方特色”的课程资源观，积极开发和应用本土化的资源，加强与科技企业、科研院所的深度合作，实现教育资源互补。广泛争取区域其他行政职能部门的资源和支持，整合需求，达成共同育人目标，积极探索多方联动的教育新模式，打造具有区域特色的优质科技教育品牌。这是一个多方聚力、协同发展、共同进步的教育共同体，它凝聚了众多关心、支持青少年科技教育的社会力量，共同致力于培养担当民族复兴大任的时代新人，一定能取得丰硕成果。

注：本文系北京市教育科学“十四五”规划2023年度青年专项课题“基于信息科技素养的中小学人工智能主题跨学科学习设计与实践研究”（课题编号：CDCA23150）的阶段性成果

作者单位：北京教育学院石景山分院 北京景山学校远洋分校 北京市石景山区实验中学

编 辑：冯艳艳