綜合實踐活動視角下的高中人工智能教育創(chuàng)新實踐

綜合實踐活動視角下的高中人工智能教育創(chuàng)新實踐摘要：本文針對高中如何實施人工智能教育進行實踐研究，分析了采取課程化行動開展人工智能教育的必要性，提出了高中人工智能教育的目標(biāo)、內(nèi)容和踐行指向核心素養(yǎng)的智慧型人才培養(yǎng)價值，構(gòu)建了融合型人工智能主題綜合實踐活動框架，開展了以網(wǎng)絡(luò)檢索、考察探究、設(shè)計制作、職業(yè)體驗為形式的人工智能主題綜合實踐單元教學(xué)實踐，并將學(xué)習(xí)評價融入高中學(xué)生綜合素質(zhì)評價實施，以幫助學(xué)生形成并提升基本的人工智能素養(yǎng)，養(yǎng)成人工智能價值體認、智能社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)、智能技術(shù)解決問題和智能產(chǎn)品創(chuàng)意物化等意識和能力。人工智能是信息社會一個重要的維度，在強調(diào)教育立德樹人、加強信息素養(yǎng)教育的今天，人工智能教育事關(guān)國家人工智能高技術(shù)人才和智能社會合格公民的培養(yǎng)，不可或缺。我國提出了實施全民智能教育項目，要求在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，并將人工智能明確寫入普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)。然而，如何實施人工智能教育并無規(guī)律和模式可循，高中學(xué)校和教師都在探索。本文從普及人工智能教育的角度，以綜合實踐活動課程實施視角，探索了高中實施人工智能教育的方法與策略。普及人工智能教育，高中學(xué)校需要采取課程化行動基于核心素養(yǎng)培育，構(gòu)建人工智能教育內(nèi)容體系然而，現(xiàn)行高中課程標(biāo)準(zhǔn)并未將人工智能設(shè)立成獨立的學(xué)科課程，而是作為高中信息技術(shù)的選擇性必修模塊進行設(shè)置，其“選擇性必修”的定位則會導(dǎo)致“不選則不修”。因此，人工智能教育的課程化行動，需要建立在科學(xué)制訂課程目標(biāo)、精心設(shè)計課程內(nèi)容、厘清其與人才培育目標(biāo)相互關(guān)系的基礎(chǔ)之上。1.科學(xué)確定人工智能課程目標(biāo)時代不同，社會對人才素養(yǎng)的要求也不一樣，人工智能時代呼喚具備人工智能素養(yǎng)的智慧型人才。關(guān)于人工智能素養(yǎng)，目前尚無科學(xué)、確切的定義。汪明[4]提出了學(xué)生智能素養(yǎng)概念，他認為，學(xué)生智能素養(yǎng)是在人工智能時代對學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的時代發(fā)展，是對核心素養(yǎng)中的“信息意識”在人工智能時代的進一步明確、豐富和提升，它是確保學(xué)生能適應(yīng)并超越人工智能時代的素養(yǎng)?；诤诵乃仞B(yǎng)結(jié)構(gòu)框架的啟示，他提出學(xué)生智能素養(yǎng)是集智能知識、智能能力、智能情意與智能倫理為一體的多維復(fù)合結(jié)構(gòu)體。從學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)角度看，置身人工智能時代的學(xué)生要生存和發(fā)展，則必須具備適應(yīng)人工智能時代的相應(yīng)素養(yǎng)，即人工智能素養(yǎng)。這為更好地理解和確定高中人工智能課程目標(biāo)提供了借鑒。依據(jù)人工智能時代對學(xué)生素養(yǎng)的要求，參考高中信息技術(shù)旨在全面提升高中學(xué)生的信息素養(yǎng)的課程目標(biāo)，可以確定高中人工智能課程目標(biāo)為全面提升高中學(xué)生的基本人工智能素養(yǎng)。既然目標(biāo)為全面提升高中學(xué)生的人工智能素養(yǎng)，則高中人工智能教育應(yīng)該建立在普及層面而非學(xué)生個性化發(fā)展層面。2.精心設(shè)計人工智能課程內(nèi)容從課程的角度來說，人工智能是一門新興學(xué)科，從國家課程標(biāo)準(zhǔn)到學(xué)校教學(xué)實施，人工智能課程可能會因課程內(nèi)容與中小學(xué)生教育教學(xué)要求脫節(jié)、課程資源建設(shè)及監(jiān)管不足、缺少科學(xué)有效的指導(dǎo)等而出現(xiàn)這樣或那樣的問題，造成人工智能學(xué)習(xí)上的“誤區(qū)”，因此，必須依據(jù)學(xué)生認知發(fā)展規(guī)律，建立人工智能內(nèi)容體系，明確不同學(xué)段的學(xué)生應(yīng)該學(xué)什么內(nèi)容。高中階段，學(xué)生具有一定的信息化基礎(chǔ)，具備一定的獨立思考、問題解決、實踐和創(chuàng)新創(chuàng)造能力，可以依據(jù)認識、體驗、理解、創(chuàng)新創(chuàng)造的認知規(guī)律設(shè)計人工智能內(nèi)容體系。梳理高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)“人工智能初步”模塊的內(nèi)容要求，結(jié)合人工智能課程提升學(xué)生的基本人工智能素養(yǎng)目標(biāo)，可以對高中人工智能課程內(nèi)容進行如下建構(gòu)，如表1所示。3.厘清人工智能課程目標(biāo)、內(nèi)容與人才培育關(guān)系融合綜合實踐活動，踐行智慧型人才培養(yǎng)當(dāng)前，高中實施人工智能教育面臨課時、師資、軟硬件環(huán)境等諸多挑戰(zhàn)。研究發(fā)現(xiàn)，綜合實踐活動作為國家必修課程有遠遠高于信息技術(shù)必修課的課時，課程內(nèi)容是學(xué)校和教師基于學(xué)生發(fā)展的實際需求去設(shè)計活動主題和具體內(nèi)容，其實施方式主要是在教師組織指導(dǎo)下，學(xué)生充分利用校內(nèi)外資源進行自主、合作、探究學(xué)習(xí)，對教師的學(xué)科知識專業(yè)性要求大大降低。因此，基于學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生人工智能素養(yǎng)的教育需求，采取綜合實踐活動方式開展人工智能教育，可以緩解課時、師資及軟硬教學(xué)資源不足等問題，從普及人工智能教育角度來說具有很強的現(xiàn)實意義和實踐操作性。1.建構(gòu)融合型的人工智能主題綜合實踐活動實施框架2.開展人工智能主題綜合實踐活動單元教學(xué)基于人工智能主題綜合實踐活動實施框架，筆者進行了基于單元教學(xué)方式的教學(xué)活動設(shè)計（如下頁表2），并開展了教學(xué)實踐。（1）網(wǎng)絡(luò)檢索，初識人工智能（2）考察探究，理解人工智能學(xué)習(xí)人工智能知識，不能只通過網(wǎng)絡(luò)或書刊搜集資料而回避或者遠離學(xué)生生活實際，特別是在學(xué)校軟硬件條件有限的情況下，教師要充分利用校外、社區(qū)、企業(yè)等資源，為學(xué)生構(gòu)建開放的人工智能學(xué)習(xí)環(huán)境，組織學(xué)生開展觀察、實地考察、調(diào)查、實驗（體驗）等活動去探尋人工智能應(yīng)用，讓學(xué)生在獲得親身參與研究體驗的過程中，感受科學(xué)探究的快樂與成長。本單元可分三個階段六個關(guān)鍵要素設(shè)計成探尋人工智能應(yīng)用研究性學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)成果交流兩個活動進行實施。下面以“探尋機器翻譯應(yīng)用”為例進行簡要說明。①活動一（研究性學(xué)習(xí)）：探尋機器翻譯應(yīng)用研究。首先，教師指導(dǎo)學(xué)生針對探尋機器翻譯應(yīng)用的學(xué)習(xí)目標(biāo)，提出解決問題的想法或思路，學(xué)生制訂研究計劃與方案。然后，教師組織學(xué)生按方案采取行動，通過查閱文獻資料、觀察、問卷、訪談、體驗等途徑，獲取機器翻譯應(yīng)用所需要的資料信息。最后，學(xué)生對搜集到的資料信息進行組織和加工處理，得出機器翻譯應(yīng)用相關(guān)結(jié)構(gòu)，并形成研究性學(xué)習(xí)報告。此活動可分成四個任務(wù)分步實施：提出問題，設(shè)計研究方案;調(diào)查研究，獲取應(yīng)用證據(jù);體驗應(yīng)用，解釋翻譯原理;總結(jié)梳理，撰寫研究報告。②活動二（成果交流）：研究性學(xué)習(xí)成果交流與展示。教師組織學(xué)生通過海報、板報、演示文稿、表演、音視頻等多種方式呈現(xiàn)與展示研究性學(xué)習(xí)的主要結(jié)論和心得體會，并進行交流討論。學(xué)生整理最終研究成果及過程素材，制作小組學(xué)習(xí)檔案，供教師、家長及同伴做出多元評價。本單元的考察探究活動，讓學(xué)生在小組合作中經(jīng)歷信息收集、信息管理以及創(chuàng)新數(shù)字化作品等學(xué)習(xí)過程，使學(xué)生適應(yīng)了數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，樹立了數(shù)字化學(xué)習(xí)意識，增強了信息加工與表達的能力，建構(gòu)了人工智能應(yīng)用領(lǐng)域、場景和技術(shù)等智能知識，有利于培養(yǎng)學(xué)生信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新等信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，提高合作能力。（3）設(shè)計制作，創(chuàng)意人工智能高中階段開展人工智能教育，應(yīng)區(qū)別于小學(xué)、初中階段的基本層面的了解和體驗，可基于真實情境與問題解決，開展編程、機器人制作、數(shù)據(jù)分析案例或項目，以便更加深刻地理解人工智能的基本概念和工作原理，能夠用人工智能技術(shù)進行創(chuàng)意表達，提升學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造和計算思維能力，以及智能素養(yǎng)。教師可采用分層教學(xué)開展人工智能創(chuàng)意設(shè)計制作活動。面向全體學(xué)生可以開展體驗用人工智能開發(fā)或創(chuàng)作工具進行簡單數(shù)字化作品創(chuàng)作活動，而對于有興趣、愛鉆研的學(xué)生群體，則可增加利用開源人工智能框架，搭建人工智能應(yīng)用場景解決方案、制作人工智能機器人、人工智能編程等簡單的人工智能應(yīng)用模塊。本單元按基礎(chǔ)篇和進階篇分層設(shè)計體驗人工智能開發(fā)工具（如在線制作詞云）和編程人工智能創(chuàng)意（如編程制作詞云）表達兩類活動，完成基礎(chǔ)篇任務(wù)之后，學(xué)生可按需選擇參與進階篇活動。本單元的設(shè)計制作活動，讓學(xué)生初步了解通過編程實現(xiàn)人工智能創(chuàng)意的過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、實踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生智能素養(yǎng)。（4）職業(yè)體驗，體悟人工智能新高考改革，教育關(guān)注轉(zhuǎn)向?qū)W生個人的未來發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)習(xí)與社會及職業(yè)選擇連接起來，學(xué)生生涯規(guī)劃教育和培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力成為新課改的重要內(nèi)容。面對人工智能迅猛發(fā)展帶來的社會變革和未來職業(yè)變遷，學(xué)生主動提前了解未來職業(yè)意義重大。對于本單元活動，教師可組織學(xué)生開展職業(yè)論壇等活動，學(xué)生可利用課余或寒暑假空閑時間開展崗位體驗實踐活動，在體驗中深刻感悟人工智能技術(shù)及應(yīng)用。本單元從職業(yè)體驗角度開展學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生體驗人工智能職業(yè)角色，增強實踐能力和利用智能技術(shù)服務(wù)人類發(fā)展的責(zé)任感，有利于培養(yǎng)學(xué)生信息意識、信息社會責(zé)任等信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)和職業(yè)能力，形成智能情意和智能倫理。3.融入綜合素質(zhì)評價開展學(xué)習(xí)評價人工智能課程具有很強的實操性，學(xué)生經(jīng)歷學(xué)習(xí)的過程就是評價的重要依據(jù)，學(xué)?？梢圆捎秒娮幼髌窓n案袋、學(xué)習(xí)平臺記錄表等技術(shù)手段記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。教師可從智能知識與智能技能的掌握、智能情意與智能倫理的表現(xiàn)等維度，結(jié)合課程內(nèi)容修習(xí)的目標(biāo)達成設(shè)計評價內(nèi)容，建立如表3所示的評價量表，組織開展表現(xiàn)性評價和檔案袋評價等多形式的、師生都參與的多環(huán)節(jié)評價活動。學(xué)習(xí)活動結(jié)束后，教師還可組織學(xué)生對主題綜合實踐活動過程所做、所思、所獲進行全面梳理與回顧，整理出有價值的資料，遴選具有代表性的重要活動記錄、典型事實材料以及其他有關(guān)資料，結(jié)合高