太原市第十二中學(xué)學(xué)生正在為機(jī)器車編程。圖片由太原市第十二中學(xué)校提供

近日，教育部公示中小學(xué)人工智能教育基地名單，我省太原市第十二中學(xué)、運(yùn)城中學(xué)、山西省實(shí)驗(yàn)小學(xué)、汾陽(yáng)市禹門(mén)河小學(xué)、陽(yáng)泉市第十一中學(xué)、大同市實(shí)驗(yàn)中學(xué)等6所學(xué)校入選。建設(shè)中小學(xué)人工智能教育基地，對(duì)統(tǒng)籌推進(jìn)教育、科技、人才一體化發(fā)展，進(jìn)一步探索創(chuàng)新型科技人才培養(yǎng)模式具有重要意義。為此，記者日前深入我省入選的中小學(xué)人工智能教育基地，探尋人工智能走進(jìn)校園之后，給我們的基礎(chǔ)教育人才培養(yǎng)模式帶來(lái)了哪些變化。

打造智能新校園，為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)資源

“歡迎大家來(lái)到我校的創(chuàng)客一室，這里是‘單片機(jī)編程’社團(tuán)活動(dòng)的實(shí)驗(yàn)室。現(xiàn)在大家看到的器材是課程搭配使用的品牌開(kāi)源硬件套件。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)Arduino語(yǔ)言編程，控制LED燈、馬達(dá)、蜂鳴器等傳感器，設(shè)計(jì)屬于自己的智能作品。”山西省實(shí)驗(yàn)小學(xué)創(chuàng)客課程授課教師牛俊華向記者介紹。 像這樣不同主題的創(chuàng)客教室還有很多：創(chuàng)客二室以3D打印為主題，學(xué)生運(yùn)用一種特殊的可粘合性材料PLA，通過(guò)逐層打印的方式來(lái)構(gòu)造創(chuàng)意作品；創(chuàng)客三室以MakeX機(jī)器人為主題，學(xué)生使用鎂鋁合金制成的器材，利用螺絲、改錐、扳手等工具進(jìn)行手工搭建……

山西省實(shí)驗(yàn)小學(xué)著力推進(jìn)人工智能教育基地硬件建設(shè)，現(xiàn)有信息技術(shù)教室9個(gè)、創(chuàng)客空間11個(gè)，配備激光切割機(jī)1臺(tái)、3D打印機(jī)6臺(tái)、移動(dòng)一體機(jī)11臺(tái)、希沃一體機(jī)67臺(tái)、計(jì)算機(jī)218臺(tái)，以及物聯(lián)網(wǎng)機(jī)器人2代教育套裝、ESP32 開(kāi)發(fā)AI智能主控板、HaloCode智能主控板教育套裝各60套……一系列支撐教學(xué)的智能終端及配套設(shè)備，充分滿足了不同年齡段學(xué)生對(duì)人工智能課程的學(xué)習(xí)需求。

硬件設(shè)備固然重要，軟件系統(tǒng)的完善也不容忽視。

“我們可以在線采集學(xué)生的學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，生成個(gè)性化的數(shù)據(jù)分析報(bào)告，從而較好地實(shí)現(xiàn)教師教學(xué)環(huán)節(jié)中的靶向教學(xué)。”提到數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)，運(yùn)城中學(xué)教輔科科長(zhǎng)王曉可謂如數(shù)家珍。

據(jù)了解，數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)詳細(xì)記錄著每位學(xué)生的作業(yè)完成狀況、各類考試成績(jī)等數(shù)據(jù)，智能生成面向教師的“教學(xué)手冊(cè)”和面向?qū)W生的“個(gè)性化手冊(cè)”。“教學(xué)手冊(cè)”中有學(xué)生學(xué)情分析和班級(jí)成績(jī)趨勢(shì)圖，為教師根據(jù)教學(xué)效果調(diào)整備課方向提供重要參考；“個(gè)性化手冊(cè)”則讓學(xué)生直觀地看到自己的學(xué)習(xí)情況和易錯(cuò)點(diǎn)，并且從后臺(tái)資源庫(kù)中自動(dòng)抽取相應(yīng)知識(shí)點(diǎn)和練習(xí)題推薦給學(xué)生，幫助學(xué)生及時(shí)補(bǔ)齊短板。

為了提供更高質(zhì)量的教學(xué)服務(wù)，運(yùn)城中學(xué)還搭建起教師成長(zhǎng)“立交橋”。學(xué)校不僅組織相關(guān)學(xué)科組教師與技術(shù)人員參加國(guó)家、省、市、縣區(qū)組織的業(yè)務(wù)培訓(xùn)，還聘請(qǐng)北京大學(xué)、清華大學(xué)、北京理工大學(xué)等知名高校的教授到校指導(dǎo)，努力培養(yǎng)一支業(yè)務(wù)精湛的高素質(zhì)教師隊(duì)伍。

軟硬件設(shè)施齊備，為建設(shè)人工智能教育基地創(chuàng)造更多可能。我省多所中小學(xué)根據(jù)本校情況開(kāi)設(shè)計(jì)算機(jī)編程、激光雕刻、機(jī)器人搭建等人工智能課程，為學(xué)生提供多樣化的學(xué)習(xí)資源。

開(kāi)啟教學(xué)新范式，教師的授課內(nèi)容隨著學(xué)生提出的問(wèn)題而改變

多功能牙刷盒、智慧垃圾站、智能鞋柜……走進(jìn)汾陽(yáng)市禹門(mén)河小學(xué)的“禹之夢(mèng)創(chuàng)客空間”，各種別出心裁的創(chuàng)客作品吸引了記者的目光。 “請(qǐng)注意，系統(tǒng)檢測(cè)到嬰兒有危險(xiǎn)，請(qǐng)趕快查看。”當(dāng)學(xué)生模擬嬰兒靠近床邊的情景時(shí)，機(jī)器立即發(fā)出了警報(bào)聲。這是禹門(mén)河小學(xué)學(xué)生設(shè)計(jì)的智能看護(hù)嬰兒床，通過(guò)搭載傳感器等設(shè)備，實(shí)現(xiàn)危險(xiǎn)報(bào)警、檢測(cè)尿床和自動(dòng)降溫三大功能。該作品利用人工智能技術(shù)幫助父母減輕育兒負(fù)擔(dān)，兼具創(chuàng)意性與實(shí)用性，榮獲2023年中小學(xué)生信息素養(yǎng)提升實(shí)踐活動(dòng)山西省賽一等獎(jiǎng)。

“我們通過(guò)小組合作、創(chuàng)意制作等方式提升學(xué)生的課堂參與度，讓更多學(xué)生體會(huì)到人工智能給我們的生活帶來(lái)的便利，將科技創(chuàng)新的種子真正種到學(xué)生心田。”禹門(mén)河小學(xué)校長(zhǎng)王一軍說(shuō)。

除了學(xué)生間的學(xué)習(xí)交流，師生間的討論也經(jīng)常激發(fā)出創(chuàng)意的火花。

“這種新穎的教學(xué)模式，對(duì)教師來(lái)說(shuō)更是一種全新的挑戰(zhàn)。我們也是在實(shí)踐中不斷積累學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，摸索最佳教學(xué)方法。”負(fù)責(zé)創(chuàng)客課程的教師張旭峰說(shuō)。學(xué)生年齡小但思維活躍，他們提出的想法經(jīng)常讓教師眼前一亮，教師的授課內(nèi)容也會(huì)根據(jù)學(xué)生提出的問(wèn)題而改變。

“現(xiàn)在很多住宅小區(qū)都裝有一種樓道燈，只有在天黑以后有人走過(guò)才會(huì)點(diǎn)亮，白天即使有聲音樓道燈也不會(huì)亮，這就是聲光控樓道燈。我們可以根據(jù)樓道的長(zhǎng)度來(lái)設(shè)計(jì)相應(yīng)數(shù)量的傳感器……”課堂上，張旭峰正在為學(xué)生講解如何在樓道里設(shè)計(jì)安裝聲光控?zé)魰r(shí)，突然，一名學(xué)生舉起了手。

“老師，為什么我們不能用一個(gè)裝置控制所有燈呢？”學(xué)生陳稼睿提出了一個(gè)創(chuàng)造性的問(wèn)題，“可不可以根據(jù)人的步行速度，在第一個(gè)燈的傳感器感知到信號(hào)后，讓其他燈在一定時(shí)間后自動(dòng)亮起？”

張旭峰隨即根據(jù)這一問(wèn)題，帶領(lǐng)學(xué)生從不同角度探究該方案的可行性。充滿創(chuàng)新活力的課堂氛圍令人印象深刻。

除了課堂教學(xué)，各校還通過(guò)社團(tuán)的形式彰顯人工智能教學(xué)特色。

“攝像頭、激光雷達(dá)、超聲波傳感器……這些傳感器的共同工作，使自動(dòng)駕駛汽車具備了可以檢視周圍環(huán)境的能力。這節(jié)課我們將學(xué)習(xí)如何使用攝像頭進(jìn)行視覺(jué)巡線，使得小車的無(wú)人駕駛更加準(zhǔn)確。”運(yùn)城中學(xué)人工智能社團(tuán)指導(dǎo)教師段晶在講解完機(jī)器視覺(jué)巡線的相關(guān)概念后，向同學(xué)們發(fā)布了兩個(gè)任務(wù)。一是識(shí)別黑色進(jìn)行視覺(jué)巡線，控制小車的行進(jìn)路線和速度；二是根據(jù)區(qū)域權(quán)重進(jìn)行視覺(jué)巡線，將實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)彎角度的數(shù)值顯示在屏幕上。

任務(wù)下發(fā)后，學(xué)生們以小組合作的形式嘗試操縱M.A.R.K智能小車。

“小車啟動(dòng)時(shí)攝像頭這么擺放可以嗎？”“視覺(jué)巡線的速度靈敏度設(shè)置成多少合適？”“小車偏離軌道了，快左轉(zhuǎn)糾偏！”教師穿梭于各個(gè)小組之間，或是指導(dǎo)，或是聆聽(tīng)，指點(diǎn)學(xué)生完成教學(xué)任務(wù)。

“運(yùn)城中學(xué)以社團(tuán)的形式推動(dòng)人工智能課程深入開(kāi)展。志同道合的同學(xué)們可以一起研究感興趣的問(wèn)題，充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。”信息技術(shù)學(xué)科組長(zhǎng)、創(chuàng)客校辦課程負(fù)責(zé)人王慶說(shuō)。

自人工智能社團(tuán)成立以來(lái)，社團(tuán)指導(dǎo)教師帶領(lǐng)學(xué)生積極參與學(xué)校組織的各類培訓(xùn)和賽事，在多項(xiàng)比賽中斬獲佳績(jī)：2019年獲得第三十四屆運(yùn)城市青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)，2020年獲得第三十五屆山西省青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎(jiǎng)，2022年獲得第八屆全國(guó)青年科普創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)暨作品大賽（山西賽區(qū)）復(fù)賽優(yōu)秀獎(jiǎng)……

王慶將這些成績(jī)歸結(jié)于師生的共同努力：“積極的學(xué)習(xí)態(tài)度加科學(xué)的學(xué)習(xí)方法，相信付出總有收獲！”

構(gòu)建課程新機(jī)制，讓全體學(xué)生都參與到人工智能教育中來(lái)

為了響應(yīng)國(guó)家對(duì)科技創(chuàng)新人才的需求，太原市第十二中學(xué)積極探索人工智能課程新機(jī)制。該校堅(jiān)持“實(shí)際、實(shí)用、實(shí)效”的原則，編寫(xiě)了《太原市第十二中學(xué)校人工智能課程綱要》，構(gòu)建起完整的人工智能教育課程體系。

“我們將人工智能課程納入學(xué)校課程體系，針對(duì)不同年級(jí)的學(xué)生開(kāi)設(shè)AI理論、創(chuàng)客、編程、機(jī)器人操作等課程，讓全體學(xué)生都參與到人工智能教育中來(lái)。”創(chuàng)新教育中心主任白月明介紹道。

在教學(xué)探索過(guò)程中，十二中的教師團(tuán)隊(duì)逐漸認(rèn)識(shí)到，人工智能是一門(mén)新興的技術(shù)交叉學(xué)科，涉及計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、腦科學(xué)等多個(gè)學(xué)科領(lǐng)域，其學(xué)科交叉性意味著在課堂上需要多學(xué)科融合教學(xué)。因此，該校教師逐漸構(gòu)建起基于STEAM教育的項(xiàng)目教學(xué)模式，注重通過(guò)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。現(xiàn)在，人工智能特色課程已成為十二中一張靚麗的名片。

在大疆robomaster實(shí)驗(yàn)室里，一節(jié)精彩的無(wú)人機(jī)課程正在進(jìn)行。

“經(jīng)過(guò)多次實(shí)戰(zhàn)飛行，同學(xué)們與無(wú)人機(jī)特洛的友誼越來(lái)越深。但特洛不會(huì)人類語(yǔ)言，我們要怎么與它交流呢？今天，我們一起來(lái)了解無(wú)人機(jī)的語(yǔ)言——程序語(yǔ)言。”太原市第十二中學(xué)信息技術(shù)、人工智能教師高一華正在為學(xué)生講解無(wú)人機(jī)的編程技巧。

課程進(jìn)行到一半，如何設(shè)定無(wú)人機(jī)在正三角形航線飛行任務(wù)中的旋轉(zhuǎn)角度讓學(xué)生犯了難。高一華讓學(xué)生們模仿無(wú)人機(jī)航線，在地上走出一個(gè)正三角形，親身體驗(yàn)無(wú)人機(jī)的轉(zhuǎn)向角度。

“我明白了！無(wú)人機(jī)轉(zhuǎn)向的角度應(yīng)該是三角形的外角！”經(jīng)過(guò)這一番操作，學(xué)生恍然大悟，舉一反三地學(xué)會(huì)了五角星航線的設(shè)定方法。

“STEAM教育可以促進(jìn)學(xué)科之間的交叉融合，培養(yǎng)學(xué)生的整體思維。”高一華準(zhǔn)確地指出了STEAM教育的重要之處。高中階段的授課往往是單科進(jìn)行，導(dǎo)致各學(xué)科教學(xué)普遍是割裂的。在十二中的人工智能課程中，學(xué)生面對(duì)的是一個(gè)現(xiàn)實(shí)的、具體的問(wèn)題，必須綜合利用各科知識(shí)來(lái)解決問(wèn)題。在解決問(wèn)題的過(guò)程中，極大地提升了學(xué)生的知識(shí)運(yùn)用能力和實(shí)踐創(chuàng)新能力。

除了學(xué)校多元多維課程體系的建設(shè)，家校共育的課程新方案也格外引人注目。

這天，山西省實(shí)驗(yàn)小學(xué)一年級(jí)十班的教室里迎來(lái)了一位特殊的老師。

“隨著科技的進(jìn)步，智能家居技術(shù)正在不斷革新著我們的生活方式。同學(xué)們知道這個(gè)白色的機(jī)器是什么嗎？沒(méi)錯(cuò)，它就是智能掃地機(jī)器人……”講臺(tái)上，該班學(xué)生任昱昊的爸爸任仲杰生動(dòng)地講解著掃地機(jī)器人的工作原理和制作要點(diǎn)。講臺(tái)下，同學(xué)們聚精會(huì)神地聽(tīng)講，時(shí)不時(shí)舉手提問(wèn)，課堂氣氛十分熱烈。

隨后，任仲杰邀請(qǐng)同學(xué)們一起動(dòng)手制作迷你掃地機(jī)器人。同學(xué)們制作的掃地機(jī)器人形態(tài)各異，有的穿著白色的“盔甲”，有的長(zhǎng)出了綠色的觸角，充分展現(xiàn)出學(xué)生的不同個(gè)性。

當(dāng)掃地機(jī)器人安裝的馬達(dá)帶動(dòng)風(fēng)扇，產(chǎn)生低于外部的壓強(qiáng)，把紙屑吸入機(jī)器人內(nèi)部時(shí)，同學(xué)們都情不自禁地歡呼起來(lái)。

“看到孩子們熱情高漲、積極參與，我們家長(zhǎng)也很有成就感。”任仲杰說(shuō)，這次的選題是家長(zhǎng)委員會(huì)共同討論確定的，希望通過(guò)生活化的科技小制作，激發(fā)學(xué)生對(duì)科學(xué)的興趣。

除了家長(zhǎng)講堂，該校還開(kāi)展創(chuàng)客體驗(yàn)課程、科創(chuàng)冬令營(yíng)、創(chuàng)客社團(tuán)等拓展活動(dòng)。不僅讓課堂形式變得豐富多彩，也拓展了家校合作的新方式。

在我省中小學(xué)人工智能教育基地的建設(shè)過(guò)程中，目前已經(jīng)形成了一系列極具參考價(jià)值的教育新理念、新模式和新方案。未來(lái)，我省將進(jìn)一步推動(dòng)人工智能與教育深度融合，讓基礎(chǔ)教育成為培養(yǎng)創(chuàng)新型高素質(zhì)人才的搖籃。（楊家煒）

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