人工智能特色课程实践案例
一、 案例背景
教育部办公厅印发的《2019年教育信息化和网络安全工作要点》，明确提出坚持“育人为本、融合创新、系统推进、引领发展”的基本原则，深入落实《教育信息化“十三五”规划》和《教育信息化2.0行动计划》，积极推进“互联网+教育”，以教育信息化支撑和引领教育现代化。2020年8月，湖北省人民政府关于引发《湖北省新一代人工智能发展总体规划（2020—2030年）》的通知，积极推进基于教育大数据的智能产品与服务在教育教学、教育管理、教育评价等方面的全流程应用，推动教育模式变革和生态重构。推加快建设在线智能教室、智能实验室等智能学习空间。推进基于人工智能的精准化教学和个性化学习，推动智能教学助手和智能学伴应用，提高教与学的效率。开展智慧教育示范区创建和智能教育试点示范学校建设，支持武汉市建设国家智慧教育示范区。
在当前科技创新教育提质增速的背景下，虽然“人工智能”(AI)已经成为一个几乎人人皆知的概念，但对人工智能的定义还没有达成普遍共识，机器不一定需要像人一样思考才能获得智能，重点是让机器能够解决人脑所能解决的问题。
从人工智能在疫战的应用案例中，让学校了解算法在人工智能中的重要作用，明晰和强化了正确的科技素养价值理念，转变教育视角，形成新课改科技创新、创意教育的价值共识。
二、 案例方案
武汉市第四十九中学在校长吕向东“努力成就最好的自己”办学思想指导下，将培养学生的科技创新精神作为学校的主要教育方向。在智慧校园软硬件技术的支持下，学校成立了科技社团，按照学生兴趣和水平进行分组，现有软件编程、人工智能等项目供学生学习与实践。
我校以科技引领、人文立校，致力于创新教学方法、变革教学模式、树立科创特色，基于技术意识、创新设计、工程思维、图样表达、物化能力五方面的素养培养学生,在高校专家的指导下，着重培养学生科技创新和实践能力。同时大胆实践探索，建立了科技型和创新型师资梯队，对接新高考，并在高考中取得了丰硕的成果。
毛俊琪同学科技创新社团北斗无人车项目软件负责人，2020高考总分664，目前就读华中科技大学计算机学院
科技创新社团学生周紫鑫：偶尔的跌倒，阻止不了前进的执着；片刻的欢愉，加速更远的奔跑！
2019年我校科技创新社团Robomaster机器人项目彭睿同学通过机器人比赛成绩被美国弗吉尼亚理工全额奖学金录取，2020年我校科技创新社团北斗无人车项目嵌软负责人毛俊琪同学高考664分被华中科技大学计算机学院录取。
学校通过在课堂中介绍人工智能技术配合编程教学、算法实践等教学方式，让学生体验使用算法解决问题流程，增强学生利用信息技术解决实际问题的能力，激发学生学习兴趣。
三、 案例课程标准
学生能描述人工智能的基本特征，会利用开源人工智能应用框架，搭建简单智能系统（计算思维）。了解人工智能的新进展、新应用（如机器学习、自动翻译、人脸识别、自动驾驶等），并能适当运用在学习和生活中（数字化学习与创新）。了解人工智能的发展历程，能客观认识智能技术对社会生活的影响（信息意识、信息社会责任）。
四、 案例目标
本案例旨在全面提升全体高中学生的信息素养。通过提供技术多样、资源丰富的数字化环境，帮助学生掌握数据、算法、信息系统、信息社会等学科大概念，了解信息系统的基本原理，认识信息系统在人类生产与生活中的重要价值，学会运用计算思维识别与分析问题，抽象、建模与设计系统性解决方案，理解信息社会特征，自觉遵循信息社会规范，在数字化学习与创新过程中形成对人与世界的多元理解力，负责、有效地参与到社会共同体中，成为数字化时代的合格中国公民。
五、 案例成果
我校2017年成为腾讯智慧校园全国示范校、武汉市创客教育联盟示范校之一，2018年成为教育部卫星导航联合研究中心指导项目《“智汇北斗”科普教育应用与实践》首批课题实验学校，2018年，我校被授予“湖北省知识产权教育试点学校”2019年被授予“全国青少年人工智能活动特色单位”，2020年我校被评为“全国航天特色学校”，被武汉市教育局、科技局评为“武汉市科普特色学校”。
新建人工智能实验室
我校拟抓住此次武汉市建设国家智慧教育示范区东风，进一步加强我校人工智能教育和智慧教室的建设工作，全力推进科创教育发展，推动形成全社会重视的科创育人环境，让每个孩子都具有科学思维和创新能力，让有天赋的孩子能享受极智的人工智能盛宴，让区内的教育工作者逐渐具备科创教育能力，让未来的智造者脱颖而出。培养热爱人工智能教育的教育者，热爱人工智能探索创新的学生，从而构建一体化的科创教育生态圈。力争将我校打造成为全省乃至全国具有智慧教育示范学校，成为武汉市的兄弟学校的标杆。
彭睿获Robomaster亚军&江明奕同学获评青山区科创达人
刘明刚老师获邀参加各项活动
我校配有有专门的人工智能师资支持，分别来自各大学科的高级、中级教师参与其中，开设了《Robomaster机器人》、《3D打印》、《创客教育》等课程，带领学校参加各项培训和竞赛，多次获奖。
刘明刚老师、王涛老师带队参加人工智能研学
刘明刚老师指导学生设计无人车
郑华强老师在3D实验室指导学生3D建模
陆航老师展示编程无人机
中小学《人工智能》粤版教材发布 编程猫助力大湾区智慧教育高质量发展
广东省中小学地方教材《人工智能》出版发布现场
5月21日，广东省中小学地方教材《人工智能》在广州对外发布，这是经省级教材审定部门审定通过的中小学人工智能教材，目前已于2020年3月正式在实验学校开展教材实验教学，在全国范围内具有引领和示范作用。
作为国内免费提供多款国产自研工具，并实现编程工具全面国产化的少儿编程品牌,编程猫为该教材编写提供了编程教学工具等支持，助力粤港澳大湾区人工智能教育高质量发展。
编程猫“好工具”已成为国产“硬核”代名词
据介绍，此次出版的教材从3年级到8年级，共12册，由广州市教育研究院联合编程猫等单位研发编写，广州出版社和人民出版社联合出版，各册均设人工智能通识、人工智能应用、人工智能编程、智能机器人开发四大板块，培养学生在信息意识、技术创新思维、应用实践能力和智能社会责任等方面的素养。
广东省中小学《人工智能》地方教材
值得一提的是，该教材以编程猫自主研发的源码编辑器Kitten、海龟编辑器Turtle为编程教学工具，分别对应小学、中学阶段。
源码编辑器Kitten是国内真正意义上的自主知识产权图形化编程工具，学生可像搭积木一样写代码，像玩游戏一样玩算法；海龟编辑器Turtle则是国内首款面向初学者的Python图形化编程工具，具有一键切换积木/代码模式的特点，为学生提供了一种通过搭积木来学习Python的方式，在降低编程学习难度的同时，也提升了学生的学习兴趣。
编程猫源码编辑器Kitten和海龟编辑器Turtle在教材中的应用，满足了中小学阶段人工智能教育的“启蒙性”、“趣味性”的要求，为教材出版提供了强大的工具支持。
编程猫源码编辑器Kitten
与传统学科不同，少儿编程有其特别之处，它并非表面的知识学习，而是用工具来开发孩子的创造性思维，这也正是少儿编程头部品牌编程猫一直倡导的教学理念。“我们希望通过自主研发的编程工具，让编程变得简单，让孩子能够体会编程背后的思维，成为未来的创造者。”编程猫创始人兼CEO李天驰说。
为此，编程猫从2015年创业之初就把更多的资金投入自主研发编程教学工具，坚持用“好工具”助推国内编程教育普及。六年来，编程猫打造了从PC到移动端一系列覆盖青少儿全年龄段的免费编程工具矩阵，影响了3000多万中国的孩子，成为国内首家免费提供多款国产自研工具的少儿编程企业,并实现编程工具的全面国产化,在编程工具、自主创新层面已具有全球竞争力。
学术引领教研打造少儿编程内容体系
当日发布会现场还设有编程猫展位，除了广东省中小学地方教材《人工智能》，展出的编程猫标准教材、以及编程猫校园编程教育解决方案，也成为了一大亮点，受到众多领导及教师的关注。
编程猫展位现场
其中，当日展位展出的编程猫标准教材就是编程猫探索的成果之一。该教材是结合科学的校园编程教育课程体系，为中国学生打造了一套系统化编程教程，全套14册，覆盖小学、初中、高中学段。根据不同教育阶段特点，分别配套使用图形化编程系列、Python编程系列、Python高阶系列。
编程猫标准教材
目前，编程猫已形成“教材+图书杂志+IP”完整的内容矩阵，累计获得著作权超1600+项，连续三年获得“深圳版权金奖”。编程猫通过开展产学合作协同育人项目等多元化的校企合作，与全国各大知名出版社、教育部教育装备研究与发展中心、国内五大教科院等达成深度合作,先后编写出版了130多册编程教材教辅图书,涵盖了教育部《人工智能》教材、省编《编程教育》教材、地方校本教材，有效填补了国内编程教育市场的空白，并在广东、黑龙江、湖北、江西、湖南等多省市公立校广泛使用。
在此基础上，编程猫面向全行业首次开放工具和内容两大生态体系，在便捷用户学习的同时，帮助更多用户、公立校、社会机构能够基于现有完备基础设施开展编程教育，为编程教育普及提供加速度。其中在内容开放方面，编程猫面向行业开放教材、图书杂志、教学内容、编程猫社区等众多内容板块，实现优质内容共享。
助力粤港澳大湾区人工智能教育高质量发展
编程教育作为数字社会和人工智能时代的基础性教育，越来越受到国家重视，必须从中小学阶段抓起，营造出热爱科学的氛围，为学生们埋下创新科技的种子。在教学过程中，通过融合人工智能课程和其他学科，还能更深入地培养和提高学生综合能力素质，促进中小学人工智能与教育融合创新发展。
深圳市教育科学研究院副院长李桂娟表示，《人工智能》课程的开设将推动基础教育高质量发展，实现多元化、精准化教学，深圳已经在全市60多所中小学开展试点，接下来将进一步扩大人工智能课程在全市的覆盖面。
作为广州市级课程实验区、较早开设人工智能课程的黄埔区，未来辖区内114所中小学将全部开设人工智能课程，受益学生达到86300人左右。黄埔区教育研究院信息技术教研组长、人工智能课程实施负责人金鑫介绍：“学生非常喜欢这门课，很多学生即使下课了也还在组装模型、调试程序，分享自己的小创意，甚至会请教老师如何应用到现实场景中。”
相关负责人介绍，广东省中小学地方教材《人工智能》的出版，将对广东省中小学人工智能课程改革的系统化和科学化发挥促进作用，为全省乃至粤港澳大湾区培养更多未来的科技人才，加强人工智能领域的优势，以科技推动大湾区高质量发展。
未来，编程猫将秉持“让孩子享受创造的乐趣”的理念，以技术驱动教育革新，提供更完善的校园编程教育解决方案，助力人工智能教育在中小学阶段生根发芽，赋能粤港澳大湾区人工智能教育高质量发展。
【纠错】【责任编辑:王忻】【教学前沿】基于深度学习的小学人工智能教学策略探究
以下文章来源于中国现代教育装备，作者王莉莉
中国现代教育装备
装备的能量，技术的方向！《中国现代教育装备》杂志是由教育部主管、中国高等教育学会主办，面向国内外公开发行的教育科技类期刊。
【摘要】
科技发展日新月异，人工智能教育越来越受到关注。在小学人工智能教学实践中，笔者尝试实践“主题教学四步法”：主题情境，促进深度学习的兴趣动力；探究交流，促进深度学习的自主体验；创意拓展，促进深度学习的迁移应用；总结延伸，形成深度学习的知识体系，以此来促进学生的深度学习。
【关键词】
深度学习；人工智能；教学策略
研究背景
科技发展日新月异，人工智能教育越来越受到关注。2017年，国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》中指出“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”，为我国人工智能教育提供了新的发展机遇，同时也对人工智能教学提出了新的挑战。
深度学习是指学生在教师的引导下产生对所学内容的兴趣，积极主动地获取知识及技能，主动联系新旧知识，构建自己的知识体系，有效地把所学知识及技能迁移应用，解决日常生活和实际学习中出现的问题，及时总结、反思自己的学习过程和成果。
在小学人工智能教学实践中，笔者尝试以“主题教学四步法”(主题情境→探究交流→创意拓展→总结延伸)来促进学生的深度学习。本文以《智能风扇》一课为例，分享基于深度学习的小学人工智能教学策略。
人工智能教学实践探索
1.主题情境促进深度学习的兴趣动力
人工智能课程中的主题化教学，是指学生在一定的知识主题下，运用一条贴近学生生活或学生感兴趣的主线把各个任务串在一起，贯穿于整个学习过程中，通过学习搭建、编程等人工智能内容，以小组合作等方式学习、研究和建构人工智能知识和技能的教学模式。
兴趣是人工智能深度学习的基点，主题情境要能贴近学生生活，激发学生学习的积极性。陶行知先生认为生活是教育的中心。人工智能的课堂教学要能够做到以学生在真实生活中发现的问题作为主题，在课堂学习中解决问题，最后将课堂所学再运用到生活中去，学会迁移应用，促进学生解决问题能力不断提高。
以《智能风扇》为例，笔者创设了以下情境：李磊同学打完球回家太热了，把风扇开到最大尽情地吹，突然电话响起，朋友又叫他去参加一场篮球赛，他挂了电话匆忙向篮球场跑去，留下风扇不停地转着……这个生活中常见的情境调动了学生对智能风扇探究的强烈欲望，学生纷纷举手发言，畅所欲言，对智能风扇的功能和结构提出自己的想法，课堂气氛活跃。
2.探究交流促进深度学习的自主体验
深度学习最显著的特点是强调学生的主体体验，它以学生体验的方式引导学生自主尝试，小组合作解决问题，在课堂学习中帮助学生完成知识的建构。学生自主探究是人工智能深度学习的核心，是人工智能学习的重要方式，人工智能学习的每一个环节都离不开学生的主动思维、深度参与。如果说学生人工智能学习的外显活动是探究，那么内隐活动就是思考，在人工智能教学中，笔者通过问题激发学生的思维，让学生的探究活动充满趣味。
问题教学是指把教学情境主线分解为一个个具体问题，围绕教学情境主线层层深入，以学生自主尝试或小组合作解决问题，通过问题来学习人工智能相关的科学知识，在运用拼搭、编程等解决问题的过程中，积极引导学生主动思考，深度参与，发展学生解决问题能力的一种教学和学习模式。其目的是通过引导学生一步步地解决实际生活中的问题，激发学生人工智能学习的内在动机，建构拼搭、编程等人工智能的知识基础，学习如何解决复杂问题，培养解决问题的能力、自主学习能力、合作沟通能力，为学生的终身学习打下良好基础。
在教学中，笔者注重运用一个个由浅入深的分层任务，用一个个层层深入的问题，引导学生小组合作解决问题，在小组合作中，关注不同层次的学生，把问题交给全体学生，给其一定的时间共同思考，并使其分工明确，在合作中得到答案。这种合作不仅能达到解决问题的目的，还能教会学生分享，以及当他人与自己的见解不同时耐心倾听和尊重他人。
以《智能风扇》为例，在探究交流环节，笔者设置的任务和问题见图1。
▲图1探究交流环节的任务和问题
其中，红外传感器程序的编写是难点，笔者先以程序流程图来引导学生理解编程分支结构，再让学生自主尝试，小组合作编程。学生跃跃欲试，对红外传感器测距长度进行实验，运用不同的编程判断语句进行分支判断(见图2)，最终每个小组都把程序编出来了。
▲图2编程判断语句
3.创意拓展促进深度学习的迁移应用
深度学习能促进学生人工智能知识的迁移应用，把课堂上所学的人工智能知识迁移到不同情境中，将人工智能知识转为实际操作技能，并进行创意拓展。在创意拓展环节，笔者在学生已经掌握的人工智能知识技能基础上，让学生联系生活实际，发挥想象力，拓展智能设备的新传感器或新功能，引导学生把所学的旧知识应用到新的问题情境中解决问题，从而提高学生有效地迁移应用知识的能力。
以《智能风扇》为例，笔者在学生已经掌握智能风扇检测人来时转动的基本功能的基础上，结合生活实际提出问题：实际生活中，风扇一般都设有不同的档位，请为智能风扇增加声音传感器，用语音来控制风扇的速度，设计一个智能调速的程序，实现如下功能：当听到“一档”时，转速为30；当听到“二档”时，转速为60；当听到“三档”时，转速为100。
4.总结延伸形成深度学习的知识体系
学生只有对知识有了深刻的理解，才能将所学的人工智能知识联系起来，形成系统的人工智能知识体系。在总结延伸环节，笔者快速回顾本课所学人工智能知识与技能，对本节课所学进行综合梳理，将知识点串起来，应用思维导图、流程图等建构本课的人工智能知识体系，在潜移默化中培养学生善于总结和及时反省的好习惯。
在总结的基础上，再进行课后延伸，布置开放式的作业让学生继续深入钻研，将所学的人工智能知识、技能与以前所学的知识、技能联系起来，结合生活实际，构建完整的人工智能知识体系，培养学生自主学习能力，促进学生深度学习。
以《智能风扇》为例，笔者在总结延伸环节最后布置了一个开放性任务：你能否为智能风扇增加其他传感器，设计出更多的功能(如增加温度传感器，或根据室内温度高低智能调节风扇的转速)？
人工智能教学展望
人工智能教学在提升学生科学素养、信息素养等方面发挥了以点带面的作用，学生的创造力、动手能力都有了进一步提高，我校许多学生参加各类人工智能大赛都获得了优异成绩。基于深度学习的小学人工智能教学是富有成效的，当然，作为一门新的课程，笔者还需要不断地研究、尝试，未来将在以下几方面做出努力。
1.开发创客社团校本课程
根据本校现有人工智能设备和项目，编写人工智能校本课程，形成人工智能课程体系，探索人工智能新的教学模式，让更多学生参与到人工智能学习中，更好地推广人工智能教育。
2.构建动态多元的评价体系
人工智能课程的评价应更关注过程，采用多元评价方法，关注学生在创新、合作、分享等多方面的表现，鼓励学生在发现和创造中主动学习，构建多元化和动态评价体系。
3.组建高水平教师团队
加强开放和交流，争取人工智能专家的指导，增进与社会各类人工智能机构的交流，从校外聘请人工智能教育导师，购买服务，组建高水平的人工智能教师队伍参与人工智能活动和比赛，不断提高人工智能教育教学水平。
参考文献
[1]杜锶佳.促进深度学习的初中信息技术课堂教学策略研究[D].武汉:华中师范大学,2019.
[2]邬技科.基于深度学习的小学信息技术教学策略探究[J].中国教育技术装备,2017(5):82-83.
[3]姜湃.引导学生在信息技术课堂中进行深度学习[J].江苏教育,2018(73):79-80.
（来源：“中国现代教育装备”微信公众号，原文刊载于《中国现代教育装备》杂志2021年第12期，作者/王莉莉，本科，高级教师。福建省厦门市同安区第三实验小学，361100。）
中国青少年科技辅导员协会
提醒广大科技辅导员
戴口罩勤洗手少集会
不给病毒可乘之机！
原标题：《【教学前沿】基于深度学习的小学人工智能教学策略探究》
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