人工智能在中学信息技术教育中的探究与实践

陈宁波

随着以人工智能为代表的智能技术的蓬勃发展，人类社会的生产方式、生活方式和思维方式发生了改变，人类和人工智能机器正进入一个人类与机器协作、融合、共同发展的崭新时代。2017年《新一代人工智能发展规划》发布，此次发布对于人工智能发展带来的教育教学领域的挑战和由此引发的教育教学改革，以及人工智能+教育的发展途径进行了分析和展望。这些探讨为中学信息技术的智能教育指明了发展方向。

国务院关于印发《新一代人工智能发展规划》（国发〔2017〕35号）要求全面提升我国智能化转型速度，指明了未来人工智能发展的战略部署和总体任务，掀起了人工智能技术应用的浪潮。人工智能是对人的意识、思维等信息过程的模拟。人工智能作为引领新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力，也为我们探寻教育的现代化提供了借鉴和参考。总书记强调，“中国高度重视人工智能对教育的深刻影响，积极推动人工智能和教育深度融合，促进教育变革创新”。信息科技是现代科学技术领域的重要部分，2022年版的新课程方案落实了中央要求的将信息科技课程独立出来，充分体现了中央对信息科技发展的重视。人工智能+中学信息技术教育教学将有效促进信息科技学科教育教学的变革创新。

一、现状分析

人工智能正在推动经济社会各领域从数字化、网络化向智能化加速跃升，引领新一轮科技革命。世界各国正在规划或寻求通过人工智能提升国家的竞争力的方案。一些发达国家围绕人工智能的核心技术规范、高端人才培养、人工智能标准出台了相关政策和法律法规。《关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》明确提出，教师要主动适应信息化、人工智能等新技术变革，积极有效开展教育教学。人工智能方向的教学研究和应用正日益受到重视，并在相关配套政策和激励机制下取得了长足发展，如深圳的大疆教育。通过人工智能技术赋能教育教学改革，改进教学方法，提高教学质量，促进学生发展，极具现实意义。人工智能与信息技术教育融合发展已经成为信息技术教育领域重要的研究方向。

二、机遇与挑战

毋庸置疑，人工智能的飞速发展对于人们的生产工作、日常生活、学习交流等领域产生了较大的影响，教育也必将产生相关反应，人工智能与教育的融合发展日趋加剧，必将由量变产生质变，共同推动两者的发展。作为新时代的教师，只有准确地认识其中的变与不变，科学地寻求应变方法，主动投身于这场变革中，在教育教学中融合人工智能相关技术、方法、思维，才能更好地支撑教育的高质量发展。

（一）人工智能+教育，變革教育生态

随着大数据技术的发展，教育资源得到了丰富，教育在人工智能技术的赋能下生机勃勃，教育效率得到飞速提升。在人工智能技术的支撑下，虚拟现实技术可以帮助学生在历史课上走进虚拟的古代世界，在虚拟的世界中探寻古人的发展历程；音乐课上，虚拟数字人带领孩子们同声高唱；体育课上，智能终端实时显示学生运动时的心率、血压和心肺功能的变化。借助虚拟现实技术，学生可以体验行走宇宙，感受星河的魅力。教师借助人工智能的智能图像识别技术进行智能阅卷，可以实现快速检测卷子的空白处和疑似雷同处，有效减少教师的阅卷工作量，将教师从繁重的批改作业和阅卷工作中解放出来。此外，人机交互技术可以协助教师为学生开展在线答疑解惑。

在信息技术教学中，人工智能通过对学生在学习过程中产生的大量数据进行持续、客观地分析，开展学生的差异化管理，针对学生学习实际和存在的不足开展有针对性的个性化辅助导学。教师可以通过大数据分析学生的学习行为、学习习惯、思维的形成过程等，针对学生的个性化需求因材施教地进行教学，以适应学生的个性发展需求，提高学生的学习兴趣，提高学生主动学习的积极性，有效助力学生沉浸式地学习和深度学习，培养学生的创新思维，为创新人才培养做铺垫。

（二）人工智能挑战当前的教育生态

2017年高考进行了一次人工智能高考测试，人工智能机器人在10分钟完成了数学试卷，满分为150分的卷子人工智能机器人获得了105分的高分，测试结果一经公布立刻引发了人们对当前教育的思考。人工智能正悄悄地改变我们的教育教学方式，并为多个领域带来了挑战，如何把握人工智能驱动下的未来教育，“培养什么人”的问题非常关键。这也成为教育者越来越关注的话题。

研究表明，人工智能技术在许多领域得到了长足发展和广泛应用，但在认知智能方面仍待发展，目前人工智能尚不能代替教师，但可以有效提高教学效率。人工智能技术运用在教育教学、学生练习、考试测验、多元评价等方面，可以有效帮助教师开展教学工作。在人工智能技术支持下的虚拟与现实融合的场景式、沉浸式教学可以帮助学生有效开展深度学习。人工智能赋能教育可以让教学实施更有成效，教师应当主动拥抱人工智能带来的变化，将人工智能与学科教学、学生发展结合起来认真探索、不断总结。

三、人工智能时代教育发展

（一）人工智能教育如何进校园

自从《新一代人工智能发展规划》发布以后，人工智能作为教育教学创新工具和信息技术学科的教学内容在教育领域不断融合发展。教育信息化专家任友群认为人工智能将对教育的发展产生深远影响，人工智能教育要从娃娃抓起，从基础入手，开展人工智能的启蒙教育；要帮助孩子们充分感受、体验人工智能技术，学会应用人工智能技术；要在教学上分层次开展编程教学，帮助孩子学会用计算思维的方式发现问题、分析问题、解决问题，培养孩子的计算思维和创新思维。

信息技术课程强调学生计算思维的培养，课程中的编程语言是一把钥匙，它通过计算思维来理解科技世界，因此掌握了编程语言可以更好地理解科技世界，更好地开发人工智能。为推动人工智能相关课程在中小学阶段性的开展，我市在“三无”课程即无合适教材、无课程标准、无课程评价的背景下，组织开展中小学人工智能课程开发标准（试行）学习研讨。邀请厦门大学多位专家教授和大疆教育讲师开展理论与实践相结合的人工智能学习培训。定期开展人工智能沙龙活动，为人工智能课程进校园夯基累土。我市充分利用信息技术课程、人工智能沙龙活动、送教下校活动、校本活动和人工智能普及课程等形式开展人工智能相关课程的普及与推广活动，让人工智能课程走进中小学生课堂。

教育要做到立德树人。在做好学生的计算思维和人工智能思维培养的同时，我们还要重视伦理价值取向的教育，在回答诸如“如何提升人工智能给人类带来的幸福感，减少忧虑”此类问题的时候，学生运用批判性思维在虚拟与现实交错的情境中进行实际问题的求解，在更高的站位、从科学和人文的角度审视这个问题，树立基于人工智能社会适应自身发展的价值观。

（二）信息技术支持下的人工智能教育

2021年底中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会发布了《中小学人工智能课程开发标准（试行）》，中小学人工智能教育对于内容和培养路径终于有了明确的标准。教育部办公厅《关于开展人工智能助推教师队伍建设行动试点工作的通知》（教师厅〔2018〕7号）指出要推动教师主动适应、应用人工智能及其相关技术。通过人工智能开展一系列的教学研究和教学创新，创新人工智能方向的培养模式，培养造就一批具有新思维、新技术的创新型教师。我市教师主动适应人工智能融入学校教育的发展趋势，以人工智能核心主题和核心实践为课程内容，帮助学习者推进人工智能学习工作，积极开展人工智能与学科融合的实践活动，在此基础上对人工智能与信息技术深度融合的新型教学模式进行实践探究，并積累了一定量的创客类教育课程实践经验，总结出了三个阶段、十个任务的人工智能活动开展范式。

在准备阶段，创设情境，提出问题；分组研讨，确定主题；确定方案，合理分工。教师创设问题情境，引导学生开展研讨，提出研究问题，学生分组调研、分析问题，通过论证解决问题，有助于培养学生的问题解决能力。各组根据项目主题对既定问题开展线下和线上调查，结合本组的兴趣和特长选定项目。根据项目调查情况列出项目清单，汇总并整理出调查材料，开展交流研讨。在教师引导下，学生根据项目的学习和实施难度、项目间知识与技能的关联性进行排序，确定各组项目流程。各组对项目的科学性、合理性和创新性进行再论证，并研究确定项目计划。依据计划和个人特长对项目进行合理分工，责任到人。

在实施阶段，创意设计，资料汇总，设计算法，调试完善，开展研究性学习。学生依据设计思维的5个步骤即同理心、需求定义、创意构思、原型实现、实际测试，有序开展项目的系统设计。根据设计收集、整理共享文件包并组织组员进行学习和完善。根据计算思维的流程即分解、抽象、算法、调试、迭代、泛化等对项目进行创意算法设计，采用图形化编程软件进行编程，在数字化工具的辅助下完善项目。通过设计研究性记录表、建立项目文件夹、建立UMU网络研究记录课程等渠道，引导学生翔实记录项目研究过程中发现问题、探究记录、关键资料、实验结论、操作步骤等过程性材料，以便进行项目管理。开展研究性学习交流有助于培养学生的逻辑思维和系统思维。

在总结阶段，制作项目文档，汇报交流，多元评价。参考省级智能设计大赛的文档格式，对项目背景、团队分工、主要硬件清单、作品制作过程、成品介绍、使用说明、演示视频等逐一进行介绍。通过汇报展示进行思维碰撞，有利于学生的思维培养。同时，开展多元评价，拓展思维，促进学生发展。

（三）人工智能教育如何培养未来人才

人工智能赋能教育使得高质量的泛在学习成为可能。此外，人工智能使得认知不仅在个体的思考中，还存在于人人沟通、人机交互中。通过虚拟智能设备的赋能，使得学习者与学习者、学习者与导师、学习者与人工智能之间的关系发生了变化，在线上和线下、虚拟与现实之间的交互切换中改变了原有的教育形态和学习形态。

为适应智能时代人才培养要求，必须着手构建相应课程教材体系，推动教学改革，切实转变学校人才培养方式。这主要包括三个方面：一是基于学生发展核心素养，围绕人才培养重新建构课程新样态，基于新样态建构学习与生活逻辑统一的全新的课程体系。二是从培养学生学科核心素养以及创新型、复合型、应用型人才培养的需要出发，丰富教材种类，增强教材的适应性，遴选教学材料。三是聚焦学生发展核心素养，充分利用各种智能设备，将线上学习与线下学习、集中学习与分散学习、课堂学习与场馆学习等多种学习方式结合起来，创造更加适合每一名学生所需的教育，改进教学方式。

人工智能大时代来临时，从儿童开始做AI教育，让孩子“玩中学，做中学”，培养其对人工智能的浓厚兴趣，孩子们将在人工智能时代游刃有余，如鱼得水。我市开设的人工智能活动中，孩子们时而在无人机的单机操作或编队飞行中体悟编程带来的乐趣，时而在机甲大师的对战中领悟团队学习的重要。在核心主题与实践的引导下，通过创设真实或虚拟现实的任务情境开展项目式学习，采用任务驱动、层层递进的方式，引导学生解决实际问题，有效提高学生的学习兴趣，增强学生学习的代入感。通过项目式活动与具体案例，传播人工智能学科知识，实现四个目标的培养：人工智能意识—提升对人工智能技术的敏感度与理解力；技术应用能力—实践与探究人工智能技术的应用价值；实践创新思维—激发人工智能技术的实践创新思维；智能社会责任—树立适应智能社会发展的责任意识。通过实践活动，孩子们拓宽了学习的深度和广度，培养了自主探究能力，拓展了思维空间，为创新思维的培养做足铺垫。

四、结语

国家智慧教育平台汇集了海量的数据资源，语音识别、视觉识别等技术世界领先，这些都是我国发展“人工智能+教育”具备的良好基础和独特优势。我们也应看到人工智能技术与教育教学的发展仍有很大的空间，相关政策和激励机制的制定应跟上科技飞速发展的脚步。人工智能赋能信息技术教育仍然是一个需要长期深入研究且充满潜力和挑战的探究领域。在技术赋能的时代，我们应坚守传道、授业、解惑的本心，理性思考，把握规律，理解技术，用好技术，努力提高自身的专业素养和人工智能技术水平，借助人工智能技术做好教育教学工作，推动人工智能与教育教学的融合共发展，培养新时代的创新人才。