小学人工智能普及课程建设与实施

机器学习正在重塑人类的胜任力(competence)，人工智能已经成为现代社会一种非常重要的变革力量。

国外针对K-12所做的人工智能教育指南中曾指出，在不久的将来，几乎每个人都需要对支持机器学习和人工智能的技术有一个基本的了解。

对于所有学生来说，掌握在人工智能驱动的世界中行走所需的基本知识是必不可少的。

2017年，国务院印发的新一代人工智能发展规划中明确指出“人工智能成为国际竞争的新焦点”，我国应“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”“建设人工智能学科”。

2018年，教育部印发教育信息化2.0行动计划，明确要求要完善课程方案和课程标准，使中小学人工智能和编程课程内容能充分适应信息时代、智能时代发展需要。

那么，人工智能大班额教学面临什么样的问题？现有教材在哪些方面需要改进？人工智能课程该如何普及和落地实施？

一、破解人工智能大班额教学难题-寻求变革之路

目前，许多学校都在人工智能装备方面投入了大量资源，但在全面铺开人工智能课程方面，仍然面临着许多实际问题。

1.师资力量不足

目前，教授人工智能课程的教师主要为信息技术或综合实践教师，但这两类教师都各自承担着本学科的教学任务，要再担起人工智能课程教学，不仅时间和精力上存在困难，更有诸多新的专业知识需要进一步学习。

因此，学校需要建立起专门的人工智能教师团队，才能推动人工智能普及课程的顺利开展。

2.课堂组织混乱

由于人工智能课程的动手实践环节相对复杂，动手实践时间较长，一位教师要组织大班教学，带领五十余名学生同时动手实践，具有很大的挑战。

一旦组织和管理不利，就会直接影响课程的教学效率。

因此，学校要建立起人工智能普及课程的课堂组织机制，才能更好地推动课程的深入开展。

3.课程设计零散

现有人工智能教材存在的主要问题：一是以技能目标为主线进行设计，弱化了情感与道德品质的培养；二是以多个单一小任务为学习主题，缺乏项目整体设计；三是以信息技术学科为主，缺乏对学生多学科融合应用能力的培养；四是课程以案例呈现为主，缺乏应用迁移与创新的培养。

因此，学校要确定好每个年级的人工智能研究项目，才能推动人工智能普及课程的系列化开展。

4.学生差异较大

人工智能普及课程的开展面临的最大问题就是学生间的差异。

由于学生家庭背景和学习基础不同，对人工智能的理解与学习存在很大的差异。

如何让存在认知差异的学生在每节课中都能有所收获、携手进步是教师面临的一项巨大考验。

因此，教师要探索人工智能普及课程教学模式，才能促进其良好开展。

5.作品分享形式化

在学生制作作品的过程中，教师一般都忙于解决学生的各种问题，没精力用照片或视频记录每组学生制作的过程。

制作完成后，受时间和设备的限制，课堂上也无法让每组学生都上台分享，一般最多只有一至两组学生可以展示，其他学生只能在不舍中拆掉作品。

此外，有时候还会因为学生准备不充分而导致分享的质量和效率不佳，过程性评价落实不到位。

因此，教师要优化课堂评价模式，探索全员分享的途径，才能推动人工智能普及课程长久开展。

面对以上问题，笔者迎难而上，探索推动人工智能普及课程深入开展的有效策略，在教材基础上，结合校情学情，重构优化课程，开发出适合大班额教学的项目式学习人工智能普及课程。

笔者带领学生放慢研究的脚步，加快实践的节奏，开展了基于学科核心素养培养的人工智能课程建设与实施。

二、小学人工智能普及课程设计

1.找准课程目标提升学科核心素养

笔者所在学校开设了AI课程爱生活课程，其目标定位为：通过主题探究活动，培养学生做智能社会的合格公民。

课程旨在提高学生的创新能力、综合设计能力和实践动手能力，强调学生在直接经验和亲身经历的基础上，通过直接体验人工智能技术的应用获得丰富的学习体验，培养学生能够在生活中发现问题、在实践中解决问题、在活动中获得知识的能力。

2.重整课程内容建立项目主题

笔者基于华东师范大学出版的“AI上未来智造者”丛书进行了人工智能课程项目的整合改进，设置了每个学期开展的项目，融入了主题探究与生活应用，解决了原有教材重技能、轻研究的问题，兼顾了学科融合与人文素养，并进行了“长程”设计，丰富了课程内容。

以第一册AI上神奇动物为例，在主题方面，将教材中原有的18个主题，压缩为3个，将12种动物的搭建和探究浓缩成3种，分别是鳄鱼的大嘴巴、大象的长鼻子、小鸟的翅膀；在技能方面，设计教学从设备的熟悉到舵机的深入探究再到传感器的应用，逐步推进；在计算思维方面，从单一程序到条件程序再到解决问题的综合编程，循序渐进。

此外，主题活动还结合了动物仿生学知识的学习、科学原理的探究、家乡动物的考察等实践体验活动，丰富了项目式学习的内容，整合了语、数、英、音、体、美等学科知识的应用，实现了项目式学习的有效落实。

三、小学人工智能普及课程的实施

1.组建“同心圆”智能团队-增强师资力量

教师团队是人工智能普及课程顺利实施的重要条件，笔者以“同心圆”的方式建立了我校人工智能教师队伍。

以信息技术和综合实践两学科的教师为圆心；以数学、科学两学科的骨干教师以及人工智能相关企业的助教团队为第二环，通力协作；以语文、音乐、美术、道德与法治、心理健康等学科的年轻教师为第三环，定期开展交流，研究如何应用学科知识解决人工智能学习中遇到的问题，这是课程师资力量的重要补充，能有效推动项目式学习的顺利开展。

2.巧设连堂课保障探究时间

课时安排是人工智能普及课程顺利实施的有力保障。

开学初，我校教务处优先考虑人工智能普及课程的课时，安排为每周两节连堂课，为学生深入探究提供了充足的时间，保障学生的项目实践能深入开展，而不是“走过场”。

连堂课安排在上午的第三、四节，方便学生完成学习后，有充分的时间整理设备，并让没有完成的学生可以利用放学时间改进，促进学习效率的提升。

3.开展项目式学习促进深入探究

项目式学习是人工智能普及课程顺利实施的催化剂。

笔者采用了以学生为中心、项目式、能发挥学生主动性、创造性和合作精神的学习方法。

笔者设计的人工智能普及课程通过项目式活动开展，以项目的确定、发现问题、提出问题、制订解决方案、实践验证、再提出问题、改进方案、再实践验证、解决问题等为环节，全过程培养学生的工程思维，促进实践探究的深入开展。

以动物仿生学探究大项目为例，开展了“神奇的大象”和“与鸟交朋友”两个项目推进学习。

学生从大象和鸟的仿生学知识起步，从大象和身边的鸟类入手，将大象的鼻子和鸟的翅膀作为重点，在结构和功能改进上进行探究，通过搭建和编程实现创意物化。

4.探索同课同构教学法推动互助合作

同课同构是人工智能普及课程实施的有效模式，即两名(或两名以上)教师共同备一节课，并在同一个班级同台上课，发挥各自特长。

我校的人工智能课堂上最常见的就是信息技术和综合实践两个学科教师的同课同构。

这一方式很特别，在连堂课中，教师会根据自身特长分工组织课堂教学；当发现学生在实践中出现问题需要及时反馈时，就直接上台组织大家讨论。

信息、综合、数学、科学四个学科的教师以及企业的助教团队每周会围绕一个主题开展研讨活动，根据项目式学习的推进，确定相应主题环节的任课教师。

任课教师则针对同一个教学内容共同备课，并根据各自特长确定同课同构的具体组合。

5.建立“5EX”教学模型扎实课堂实施

华南师范大学教授李克东提出的“基于项目的跨学科学习活动设计模型―5EX模型”，为人工智能学习方式变革提供了方向和指引。

笔者将其所涉及的知识通过创设真实应用场景引入课堂教学，通过小项目的方式引导学生进行体验与探究。

如在“神奇的大象”项目中，项目组教师带领学生经历了5个环节、10个任务，具体为：

6.设计“行动者”学生手册提供学习支架

“行动者”学习手册为人工智能学习提供了学习支架，笔者根据项目进行设计手册，学生根据手册任务开展活动和学习，记录过程。

学习手册的设计弥补了原有人工智能教材主题零散、目标单一等问题，为项目式学习提供了学习支架。

笔者在学生手册中建立的学习支架主要包括10个项目：主题分解、课外探究、搭建实践、编程探究、问题解决、学科探究、应用创新、拍摄分享、展示评价、收获拓展。

7.借助“人人通”网络空间落实形成性评价

国家教育资源公共服务平台为人工智能课程资源分享与学生评价提供了有力支撑。

平台可为学生推送学习资源，方便学生在家预习，在课堂上开展个性化学习。

可利用“人人通”空间中的学生评价模块进行活动积分评价记录，让学生拍摄分享制作过程照片和作品视频。

此举可以使得每一份作品在拆卸前都能得到充分展示和记录，学生和家长随时随地可以查看全班学生的分享视频，互相学习和点评。

网络空间中记录着学生人工智能学习的过程照片和视频，以及每个小组活动的积分情况，缓解了由于时间不足而使人工智能普及课程中的形成性评价无法落实的现象。

学生智能素养的提升，人工智能普及课程的建设和发展，成为新时代中小学校和教师面临的挑战，人工智能普及课程建设应更具有普遍性和前瞻性。

教育主管部门和学校应对人工智能普及课程的落地与实施提供保障与支持，新时代教师应努力带领学生在人工智能浪潮中奋勇向前。

作者丨郑雅芬，福建省厦门市思明区教师进修学校

学校应不应该开设“人工智能”课程？

如果学校开设“人工智能”这门课程，你会愿意去上吗？8月23日下午，世界著名计算机学家、图灵奖创立以来首位获奖的亚裔学者、世界现代密码学基础的奠基人之一的姚期智教授接受其首次参与的CCTV-1大型科学挑战类节目机智过人的媒体采访。

在采访中，姚期智教授表示：中国要想在2030年实现世界主要人工智能创新中心的战略目标，首先需要解决人工智能发展缺少理论的问题。

姚期智：当前人工智能发展缺少理论

姚期智教授对人工智能领域一直格外关注，他表示人工智能在目前仍是一门缺少理论的学科，而新的领域中则更容易产生意想不到的突破。

“实现这种突破需要大学和企业的合作。

美国的大公司也在和学校合作，我希望中国的企业也从长远的规划上与学校联合，这样用利于中国原创的人工智能技术的发展。

”

综艺首秀：人工智能急需普及

作为世界闻名的顶级科学家参与电视综艺节目的录制，以往极为少见。

这次献出自己的综艺首秀，姚期智教授表示，主要是两个原因：“我们希望中国能在下一波人工智能的发展上，取得一些原创性的，有知识产权的一种地位。

而不要老是追赶别人发明出来的科技，所以我觉得推广这个是非常重要的，所以我愿意参与这个节目的录制”。

他以71岁高龄参与节目录制，过程相当辛苦，但姚期智教授却觉得非常兴奋，他觉得机智过人和其他科学节目大不相同，“这是一个比较严肃的系列，它把人工智能的方方面面，包括已有的一些成熟技术，比如人脸识别，还有一些刚刚开始研究的项目，比如怎么让机器人写诗，它能够把人工智能它的技术跟它的应用做一个完整的结合，这是这个节目有趣的地方”。

“姚班”：应当开办人工智能课

姚期智教授一直非常注重年轻学子的培养，他2004年从美国普林斯顿大学回到清华大学任教，亲自创建的“计算机科学实验班”被称为“姚班”，而他的许多得意门生目前正投身于中国的人工智能研究。

姚期智教授表示，其实机智过人很适合在大学里把它变成一门课程。

“它里面每一个节目，基本上都代表了某一块技术，对于一个有兴趣的年轻人，甚至是一个老师，他都可以从某一个方面把它拓展开来，能够变成一个研究和教学项目。

”他还称，参加过机智过人后，引发自己对人工智能检验的思考：“我们能不能有方法去预测哪一方会赢？或者有没有一个硬标准？”

据了解，在由中央电视台综合频道和长江文化联合制作的大型科学挑战类节目机智过人中，不仅有姚期智教授坐镇“机智见证团”，还有中科院80后年轻博导徐颖与德国汉堡大学信息科学系多模态技术研究所所长张建伟等多位科学家加盟。

机智过人首期节目已于8月25日晚正式开播，第二期节目将于9月8日晚21:00在CCTV-1与大家继续见面！

据经济之声天下公司报道，人工智能是眼下的风口。

一定程度上，能否在人工智能领域有所建树，决定了我们是否能在接下来这个时代有充足的竞争力。

正因为如此，国务院印发新一代人工智能发展规划，明确指出人工智能成为国际竞争的新焦点。

值得注意的是，这份规划专门提出，逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育、建设人工智能学科，培养复合型人才，形成我国人工智能人才高地。

其实，在2017年义务教育小学科学课程标准中就曾提出，为进一步加强小学科学教育，2017年秋季开始，小学科学课程起始年级调整为一年级。

中国教育科学研究院研究员储朝晖认为，在中小学阶段加强人工智能的教育，是为了让孩子们对这种新生事物加强了解，培养一种亲近感。

储朝晖说：“事实上，让中小学生了解人工智能，是为了让对这方面有兴趣的孩子能有更多的接触机会和参与机会。

教育作为一个传统的产业，具有较强的保守性，可能是对新的发展领域有一种惧怕，希望尽可能隔离。

事实表明，这是一个大的发展趋势，应该积极应对，而不是选择逃避。

在接触的过程中，应注意保留每个孩子的自主性。

”

实际上，目前已经有一些学校和老师尝试给中小学生开设人工智能的课程，今天在网上查到，早在2014年，深圳的一些学校就在小学开设了信息技术课，为孩子们介绍人工智能的相关知识，相关的课程视频现在可以在网上观看。

储朝晖认为，之前其实我们在这方面已经有了相关的实践，但目前还没有形成完善的体系，这也是新一代人工智能发展规划专门强调人工智能相关教育的原因。

加强人工智能的教育，需要多个层面的努力。

储朝晖说：“人工智能是最近刚发展起来的。

过去，在中小学教育当中，可能有些内容是与之相关的。

但是并没有从人工智能的角度进行整体规划。

第一，要培养孩子们的意识、观念，让他们了解人工智能，并且积极的参与进来。

第二，要给有特殊兴趣与能力的孩子们相应的帮助，因为有些孩子可能在这个领域里面，比一般的孩子更有潜力。

我们要排除‘只考试，不参与’的想法，尽可能让有潜力的孩子得到适当的发展。

”

那么，开设人工智能课程，具体应该给孩子们讲什么？IT观察家冀勇庆认为，主要是让中小学生门对“算法”等技术有一个概念，为未来更加深入学习相关知识打下基础。

冀勇庆说：“主要是给中小学生一个概念，人工智能到底意味着什么？如果将来想在人工智能方面进行深造，可以选择哪些方向进行学习。

同时，还可以传授关于人工智能的专业知识。

比如人工智能跟机器人结合起来，会是什么样的结果？人工智能和智能家居结合起来，会是什么样的结果？要通过一些实验的方式，让中小学生有一个直观的概念。

等到学生进入大学课堂后，再学习物理、数学算法等方面的比较精深的知识。

”

实际上，人工智能作为一个新兴领域，各个国家的研究水平相差不太大。

由于市场需求的推动，人工智能人才非常稀缺，根据IT观察家冀勇庆的了解，在全球范围内，顶尖的人工智能研究人员也只有数千人，这些人，都在被各大IT企业疯抢。

冀勇庆表示：“很多大的互联网公司，普遍都反应人工智能专业的研究人才奇缺。

去年到今年，人工智能的人才薪水翻了好几倍。

因为全球人工智能方面的人才仅仅有几千人，基本都被各大互联网公司、各大技术公司疯抢。

那么，这时就会出现很大的人才瓶颈。

中国在人工智能领域是比较领先的。

在人才方面和美国差距不是很大。

通过在中小学设立人工智能的教育，我认为能为大学输送更多的人才，通过大学的专业培养，也利于将来的产业对接。

”

而人工智能的顺利发展，除了本领域的进步之外，还需要物理和数学等基础领域研究的支撑。

冀勇庆说：“数学和物理两个学科可能是对人工智能最基础的支持。

像算法是跟数学相关，计算力方面是跟物理和计算机方面的知识相关。

所以，我们成立人工智能专业肯定是好事。

但是，我们可能要把更多的精力和知识放在人工智能所需要的一些技术支持上。

比如数学的统计学、大数据的算法以及计算机和人工智能结合的领域。

把这些领域进行扩充，能让更多的大学生、中学生、小学生了解人工智能的概念，也能更多的培养出人工智能方面的人才。

”

而具体到产业领域，中国是全球最大的机器人市场之一。

而在教育领域，一些企业已经开始尝试把机器人和人工智能结合在一起。

哈工大机器人集团负责人表示：“这个平台上面是一个机器人本体加五个训练模块。

五个训练模块类似于工业生产现场的五个工位。

比如说焊接、模拟激光雕刻、搬运、装配等。

模块是可以替换的，因为平台是模块化转配。

目前，我们可以经营40多种模块，平台适用于国内外所有主流品牌的机器人，学校想学什么内容，就可以把什么内容放在上面。

机器人本体和模块都具有一定通用性。

”

机器人最近在哈佛商学院的教室里掀起热议。

该院的MBA学生正在分析研究来自特斯拉，谷歌和Uber的自动驾驶汽车的案例――机器人凭何重塑我们的道路？该业务又会带来怎样的挑战和机遇？

哈佛商学院的国际工商管理学教授约费（David Yoffie）认为，这是值得每个商界领袖认真阅读的一个案例。

他说，“与人工智能打交道已是MBA学生们必需了解的内容”。

“如今AI已是商科学习的超热领域”，约费补充道。

目前哈佛商学院、斯坦福大学商学研究生院、麻省理工学院斯隆管理学院和法国INSEAD等顶级商科院校都增设了管理算法课程，以帮助企业做出更佳决策。

AI是可以执行需要人类智能任务的计算机系统的广义术语，能够进行视觉感知、语音识别和决策等活动。

就全球范围来看，越来越多的公司已开始在业务中应用这项技术，通过收集分析大数据洞察行业，协助高管做出更明智的决定。

知名信息技术分析公司Forrester基于去年80亿美元的估价预测，2017年人工智能的投资增长率可能高达300％。

人们也越来越多地关注AI的分支之一：深度学习，例如Facebook的面部识别能力。

这意味着MBA项目的学生还需要掌握牢固的技术知识。

人工智能是现行行业研究发展的新方向，是基于互联网、物联网、现代科技为一体的智慧化项目，涉及到多方面的学科，但是从目前的发展状况来看，行业急需人工智能方面的人才来弥补行业的空缺。

这于此，国内的高等大学院校还是处于低层次水平的，在尖端科技领域缺乏深度，开设“人工智能”课程能很好的配合社会持续输出行业所需的人才，还可以为将来的行业顶层设计加码，属于造福人类的工程。

随着互联网的发展，现代科技被快速推进，无论是发展水平还是前沿科技的探索，智能化的机器人、3D打印技术的出现改变了我们生活的时代。

不少更细分的领域正在迅速延伸到新的领域，我们认为未来的科技竞争是人才的竞争，大学生是最具有可塑性和创新性的群体，开设人工智能课程后随着而来的是相关的行业创新课题，包括深度科学算法、智慧型学习等，通过课题组的研究或许可以为人类的进步打开新的机遇也未尝可知。

据笔者所知，已经有不少大学在进行新课题研究申报工作，类似于软文营销的项目正在走进大学校园，通过社会化的培训不仅为未来提供了可靠的就业能力，还能提升院校的就业率。

当然，类似于人工智能的课程研究需要专业人士进行，运用到的怎样的算法还是需要根据行业的变化而变化的。

尤其是当下，在谷歌、百度等巨头的引领下，基于人工智能的产品设计越来越倾向于可操作性，大学生学习AI是以基础的课程为主，在企业中省去了再培训的时间。

未来的人工智能市场潜力巨大，大学生将成为其中最关键的一环。

所以，大学开设人工智能课程也是有必要的。

人工智能课可以有，给孩子打点基础也不错，能及早发现人才，也能让孩子们尽早接触，有利于国家科技发展，首先要培养一些人工智能方面的优秀职业教师。