小学人工智能教育的校本化实施

【摘要】中小学阶段是学生认知发展和技能培养的关键时期，面对未来高度智能化的时代趋势，提升青少年AI科技素养，在中小学阶段设置人工智能相关课程的意义尤为重大。同时，数智赋能可以为小学校本课程开发提供强大的技术支持和创新动力。通过运用大数据、人工智能等先进技术，可以更精准地分析学生的学习需求和学习特点，为课程设计提供科学依据。同时，数字化教学资源和平台的广泛应用，也为教师提供了丰富的教学手段和工具，有助于提高教学效率和质量。为此，学校要走出一条加强教育信息化、助推教师能力提升、深化内涵发展的有效路径。

【关键词】校本化实施；人工智能学习体验；以生为本

21世纪是以高科技、信息化、智能化、网络化为主要发展特征的时代，中小学教育完成了从实物投影到交互式一体系统的方式变革，以及从计算机制作PPT到“互联网+”时代的微课、慕课、翻转课堂的变迁。2017年，国务院《新一代人工智能发展规划》首次将人工智能发展上升到国家战略层面，明确指出要在中小学阶段设置人工智能相关课程，将信息技术和教育理念深度融合，通过在教育领域广泛运用现代信息技术，实现教育资源的优化配置和共享，推动教育方式和教育模式创新，从而适应信息化社会对教育发展的新要求。其核心在于提升教育质量和效率，培养具备信息素养和创新能力的人才，以适应信息化社会的发展需求。

学校信息化建设

北京市顺义区西辛小学教育集团成立于2013年8月，由1996年建校的顺义区西辛小学和1903年建校的顺义区仁和中小合并而成，是一所拥有百年历史传承的公办学校。集团一校三址办学，共有学生3800余人。学校以幸福田园教育为特色，以“积极的能量场，智慧的成长园”为办学定位，始终坚持五育并举的育人追求，在信息化、智能化时代背景下，致力于将新技术、新理念融入教育教学管理和课堂教学中，创新教学模式，提升学校办学内涵。学校注重科技创新与教育教学的深度融合，用人工智能、大数据等科技赋能教育，着眼于课程教育改革的需要，一方面将信息技术本身作为学习对象，提升教师和学生的信息素养；另一方面将信息技术作为工具，支持学校的各项管理和教学工作发展。在教育信息化发展方面，学校重点建设了校本人工智能课程体系、人工智能实验室、游戏化学生评价系统和校本研修平台。近年来，我们脚踏实地，落实五育并举；着眼未来，用智慧做好顶层设计；改革创新，不断提高育人质量。

人工智能教育的校本化实施路径

国家颁布的《新一代人工智能发展规划》中提出：把人工智能的发展当作国家战略。人工智能素养不是一蹴而就的，它是一个积累的过程，科技人才需要从小学阶段抓起，以奠定他们的人工智能基础，满足未来科技发展和社会发展的需求。因此，人工智能教育的校本化实施应在智慧校园环境下，师生将人工智能技术贯穿于教学全过程，推动各主体要素、内容要素、情境要素深度互嵌，并在师、生、机三方的交互中，生成知识、提高技能、创新思维，实现技术与教学行动完全融合的新样态。

1.开发课程，构建人工智能启蒙系列特色课程体系

人工智能与小学教学深度融合是新技术时代的必然要求。自《新一代人工智能发展规划》提出要在中小学阶段设置人工智能相关课程以来，人工智能就正式跨入了小学大门，例如：将编程教育纳入中小学生必修课程，以推动人工智能与基础教育相融合。

人工智能是信息技术发展的最新领域，与信息科技学科具有天然的融合性，确立学生主体是深度融合发生的前提，也是深度融合发生的逻辑起点，因此，教师在进行人工智能教学内容设计时必须要结合学生的年龄特征和认知规律。学校以幸福教育为目标，关注学生的信息素养发展，聚焦学生的计算思维发展，立足科技学院课程建设，依据北京大学学习科学实验室的计算思维培养模式，建设形成了覆盖1～6年级的“普及课程+提升性课程”双层推进的课程体系，通过实验班、社团课以及与信息科技课融合的方式，全面推动人工智能课程体系的实施，帮助学生经历从感知AI、理解AI、应用AI到创造AI的阶梯式连续性发展。学校一二年级开设“走进人工智能”课程，让学生了解人工智能的概念与内涵并通过与智能工具打交道，体验了解机器学习、人脸识别、图像识别、语音合成、语音识别等人工智能的最新技术；三年级开设“玩转计算机科学”课程，让学生们通过游戏活动的方式，理解什么是二进制、图像的显示方式、搜索算法、网络结构和图灵测试；四至六年级开设“AI积木编程”课程，我们将AI积木式编程引入信息科技课，让学生使用拖拽式的图形化编程工具，应用最新的人工智能技术，如在走进人工智能模块了解到的语音合成、语音识别、智能文本翻译、人脸识别等技术，基于真实问题场景或案例，以小组形式进行协作探究，以更好地理解问题、找出学习要点，通过收集、联系、交流信息等环节解决真实问题，进行有效的PBL学习和创意表达。通过PBL项目式学习，学生可以锻炼自己的心智，提高应对困难和挑战的能力，从而改变参与度低、学习活力差的问题。在PBL模式下，学生可以将理论与实践结合，打破学科的界线，自发主动地学习，学会运用协作工具获得有价值的项目成果。

在人工智能教育中，教师注重人工智能教学内容的实践性，帮助学生更好地理解和掌握人工智能的技术应用和原理，提高学生的实践能力和创新思维。同时，我们依托智能生活和智能劳动两大主题课程，将人工智能融入多学科教学中，如引导学生通过AI积木式编程来创造智能翻译器，实现与英语学科的融合；通过创造智能计算器，实现与数学学科的融合；通过创造智能开关实现与科学课的融合；通过创造诗词大会游戏，实现与语文课的融合，达到注重基础素养提升的目的，为学生提供个性化的发展空间，并以权威的计算思维测评方法，以量化的分析结果，验证课程对于提升学生计算思维的有效性。通过浸润体验这一教学方法，帮助学生亲身参与、体验和实践，秉持“学中做”“做中学”的理念，促进学生的学习和发展。

2.优化空间，打造新型人工智能实验教室

小学生的认知特点是具体、直观、感性和好奇，他们对于新事物和新知识有强烈的好奇心和求知欲望。为帮助学生更好地探索校本化的人工智能教育，学校创设了颇具智能化的人工智能实验室，通过创新实验提升学生的探究学习、动手实践能力，为个性化互动教学提供探索的学习空间。学校实验室包括AI体验和游戏化材料放置区、综合学习区、脑科学体验区、VR、AR体验区、教师工作与观察区、交互式体感游戏区共六个区域（图1），配置有可交互人形机器人、可编程机器人、智能语音互动终端等学习资源，让学生享有沉浸式、综合性的人工智能学习体验，开展基于项目式的合作探究。同时，为了满足学校游戏化教学和个性化互动教学创新的需要，实验室还配置了数学、语文的游戏化学习材料和iPad教学系统，支持师生开展课堂教学创新的探索，在人工智能探究中培养学生的核心素养，促进他们的全面发展。

3.更新理念，提升教师人工智能教育教学能力

在中小学开展人工智能教育，师资建设是首要任务，担任人工智能教育的教师是人工智能教育的中坚力量，也是人工智能教育发展的重要引领者和关键推动者。

学校依托“人工智能助推教师队伍建设”项目，以人工智能赋能教师专业发展为目标，着力建设高素质、专业化、创新型的教师队伍，聚力培养教育新形式下的领军人才，并开发建设了具有人工智能特色的教研平台及智慧教室，充分发挥优质资源库建设、教学教研模式创新上的优势。这样不仅可以基于智能技术扩大优质资源覆盖，还可以通过远程智能互动搭建虚拟教研室，组织教学观摩、教学研讨，共享教学资源，构筑跨时空的教师发展共同体，全面支撑教师专业发展。同时，学校注重智能技术在教师自我诊断、绩效评价与反思等方面的作用，通过人工智能开展智能研修，构建教师教研管理平台，汇聚教学、教研、培训等数据，形成教师发展大数据。通过构建虚实结合的泛在学习环境，基于数据分析下的专业发展现状和实际需求，预设学习结果，确定合适的评估证据，精准设计课程、资源、学习体验活动和教学实践活动，在研修共同体的支持下，开展常态化教研和培训活动，形成教、研、训三位一体的教师教育生态。

4.创新课堂，开启“以生为本”的人工智能学习体验

课堂是落实立德树人根本任务的主阵地，教师需要采用丰富多样的教学方法，提升学生的主体地位，帮助学生在人工智能探究中培养计算思维等核心素养，促进他们的全面发展。多年来，学校一直践行“以生为本”的育人理念，以提高育人实效为导向，从全面育人的角度，大力推行综合性、项目化、探究式的课堂教学方式，运用“双线混融教育”模式，逐渐成为促进“五育融合”的重要路径，构成了实现“五育融合”的多元路径，运用人工智能技术赋能课堂教学，创设自由、自主、自控的学习氛围，提供质疑、挑战、合作的学习场景，在课堂上大力开展情境性、趣味性、生活性、科学性的教学活动实践研究，着力增强教学过程设计的整体性、系统性，不断激发学生内生动力（图2）。

（1）以实践创新为基础，开展项目化学习

项目化学习注重学生通过实践操作来探究问题、发现问题和解决问题，从而培养他们的创新思维和实践能力。学校教师在设计项目化学习内容时，遵循学生的认知逻辑，循序渐进、多元拓展，探索出了“确立项目化任务、设计驱动性指令、实施合作性探索、开展总结性交流”四个板块组成的基本课堂教学模式。在项目化学习中，学生围绕驱动性问题，利用已掌握的人工智能知识和生活经验，通过团队合作和交流互动来探究和解决问题（图3）。这种学习方式不仅有助于学生掌握知识，还能培养自主学习能力、实践能力、创新思维和团队合作精神，同时提升综合素养，最终促进他们的全面发展。

如学校教师马峥设计的以开发画图软件为主题的“小小软件工程师——设计画图软件”一课，学生根据项目需求，经过合作讨论，形成方案后，使用编程语言编写程序，实现画图软件的基本控制功能。项目化学习也是一个综合运用的过程。本案例将美术、数学等学科知识与信息科技学科知识相融合，基于项目式教学理念，根据软件的开发流程设计单元教学，从软件使用者到开发者的身份转变带给学生思维的提升，让学生从解决问题的角度出发，体验设计软件的过程，激发他们的学习兴趣。

（2）以任务群为统领，开展大单元教学

大单元教学是一种以大概念、大任务、大问题、大项目为统领，以核心素养为导向，以深度学习理论为指导的教学方法。在这种教学方法中，教师根据课程标准，结合学生的认知水平，对一个单元的内容、课后拓展以一些跨学科的知识进行重整和扩充，形成一个较为完整和更加适合学生学习的教学单元。在教学过程中，通过创设问题情境，让学生主动思考、合作探究；通过展示交流让学生主动分享、乐于研讨。在设计单元内容时，教师遵循“单元主题确定、单元目标制定、单元评价设定、课堂内容设计、课时目标达成”的流程开展教学，体现单元教学的教、学、评的一致性。

如学校教师刘敏以语音识别技术为基础设计的“智能声控水族箱”这一单元教学案例，第一课时学生通过造型切换和重复执行的相关积木实现鱼儿水中游的效果；第二课时学生通过语音识别技术实现对增氧器开关的控制，制作智能声控水族箱；第三课时学生通过“语音识别技术”和“停止该角色的其他脚本”等知识的应用，丰富智能水族箱声控灯等功能的设计，并在课堂的自评、互评环节，鼓励学生成功展示自我，充分体现了学生参与的广度与深度。此过程通过任务群的建构，帮助学生整合有意义的学习经验，形成有价值的知识体系，引导学生从具体到抽象、从简单到复杂、从表象到本质地学习，促进思维的深度发展。

5.多元评价，形成过程性人工智能评价机制

教育部发布了《教育信息化和网络安全工作要点》提到，智慧教育发展和基于数据的学生综合素养评价和信息技术的教学、管理支持的重要意义。学校结合“幸福田园”教育理念，基于中国学生发展核心素养体系，应用图像识别技术、大数据技术等，开发了“幸福田园评价系统”，积极营造信息应用环境，带动学校管理信息化，提升学校办学质量。

“幸福田园评价系统”基于全学科育人，以正向激励为导向，融学业成绩、日常课堂表现、行为习惯、学校特色活动参与、学生自我展示五维评价为一体的“积星换章”机制的施行，使五育并举有了过程管理和过程评价机制保障。系统设立了学习激励、行为引导等模块，为学生的点滴进步点赞，颁发幸福徽章，兑换学习奖励，全面记录学生的综合发展水平，利用信息技术的优势为学生的发展管理进行了数据分析，为教师优化教学，提供及时、准确的反馈和个性化指导。评价系统的应用不仅激励了学生的健康成长，为教师提供更多更丰富的教学工具，也为学校的智慧教学提供全面的技术支撑。

结语

面对新一代人工智能技术发展带来的机遇与挑战，人工智能教育需要从更高层面统筹规划，在教育理念、教学内容、教学方法、教育评价等方面不断探索。学校将坚持以立德树人为导向，通过科学、合理的顶层设计，重点依托信息技术、人工智能、大数据等手段，促进人工智能和教育融合发展。同时加强与其他学科的交叉研究，继续完善信息化教学软硬件的建设规划、教师培养规划、技术支持的课堂改革项目、保障机制和激励机制等，构建遵循教育规律、顺应时代发展、彰显学校特色的德智体美劳一体化全面培养的教育体系，为人工智能时代的人才培养提供新思路，不断开创教育教学新篇章。未来，希望人工智能会被常态应用到教育中，让学习更科学、更快乐、更有效，让教师更幸福。

作者单位：北京市顺义区西辛小学教育集团

编 辑：张莹