小学人工智能课程探索实践
随着人工智能技术的迅速发展和应用的不断深入，人工智能教育也引起了人们的关注。国务院在2017年印发的《新一代人工智能发展规划》中，明确要建设人工智能学科，培养人工智能领域专业人才；教育部在2018年印发的《教育信息化2.0行动计划》中强调要开展智慧教育创新研究和示范，加强学生信息素养培育，发展人工智能和编程课程。水果湖二小于2019年秋季学期引进人工智能校本课程，设立人工智能学科教研组，在各学科选拔教师作为人工智能学科教师，确立课程建设目标和开设人工智能课程的起始年级。经过三年的建设发展，水果湖二小人工智能学科在不断地探索中求发展，在发展中求创新。通过创新实践，水果湖二小人工智能特色校本课程成效显著。
一、人工智能校本课程建设
作为在小学阶段开设人工智能普及化教学的先行者，在人工智能教学内容的选定、教学计划的设计和教学方法的实施等方面，都面临着许多的困难和挑战。通过近三年的教学探索与实践，在课程建设与实施中取得了一定的实效。
1.开发人工智能校本课程
人工智能课程内容的确定，是开课的必要条件。开课初期，没有小学阶段的人工智能教学大纲指导，也没有相应的经验可以借鉴。学校引入了一部分人工智能教学资源和校外专业培训团队，对学校人工智能组的教师们进行了专业培训。和老师们一起研讨、制定了第一学期的教学提纲，选择了教学内容。为了让老师快速地掌握教学适合本校学情的教学内容，老师们利用一个暑假的时间，将一学期的教学内容进行了针对性的训练，并分课时进行教学内容的备课。有了一个学期校本课程制定和设计的经验，老师们开始探索第二、第三学期的课程开发、优化，逐渐形成了三、四两个年级的人工智能校本课程。
2.创编人工智能校本教材
我校在人工智能校本教材的应用方面，经过了三个阶段的经验积累。第一是在人工智能课程开设初期，引进了校外人工智能教学资源。经过老师的甄选，结合学生的基本情况，确定了一学年的人工智能教学内容与提纲。人工智能教研组几位教师将选择的内容进行整理，形成学校开课初期的教学内容。第二是在开课的过程中，不断地总结、研讨和优化，将教学内容进行二次整理和收集。于开课的第二学年，形成学校的人工智能校本教材。第三是对标国家课程，对教学内容进行再优化处理。
学校于2020年成功申报中央电教馆的小学阶段人工智能实验校，央馆为每所实验校配备了实验教材。学校按照实验校的要求，选用了实验校教材的部分内容进行上课，对原有的校本化教材进行了整合和优化，形成了学校现有的人工智能校本教材。
二、人工智能课堂教学与实践
1.落实常规教学任务
从2019年起，学校将人工智能课程纳入到学生的班级课表中，认真落实每周1课时的教学任务，每学期共20课时。教师的课堂教学标准对标综合实践课程的要求，做到有学期教学计划，每课有教案、课后有教学反思；上课学生做到每课一得，有课堂笔记，有操作实践。使教学任务落到实处。
2.规范课堂教学管理
人工智能课堂参照小学综合实践课堂的形式进行教学，对学生在实验室上课进行规范管理。学生以班级为单位，进行小组管理的模式，每6人为一个小组，每2个人分配一套设备。注重学生的学科素养的培养，培养学生在小组合作学习的环境中，学会合作学习、学会分享学习工具和内容。
3.开展学科教研活动
要想开展好人工智能学科教学活动，必须要抓好教研活动。为了及时总结教学过程，人工智能学科每周一下午定期开展学科教研活动，老师们聚焦上一周的教学内容，认真梳理课后反思，开展研讨活动。对下周的教学内容的知识点进行归纳，每次教研活动都有收获、有进步，切实做到了教研为教学服务。
三、开展人工智能普及课程
在小学开展人工智能课程对学生来说是一件非常有益的事情，图形化的编程界面和卡通化的机器人给学生带来了浓厚的乐趣。以此为出发点，学校开展人工智能课程，是基于普及和普惠两个层面的。
1.采用大班额授课的方式，尽可能的更多地学生受益。了解、学习人工智能知识和技能。
2.学校以三年级为起点，开设人工智能课程。有效的节约了学生、家长的时间和经济成本，让学生在课内完成人工智能知识体系化的学习。
四、人工智能课堂中双师模式探索
人工智能课堂与传统课堂的区别在于学生自主探索的时间更多、更灵活，我校现有三、四年级学生都为大班额班级，每个班的人数均超过50人。这么多的学生同时上课，一位老师根本没有办法完成辅导工作，再加上上课所用到的机器人和平板电脑经常会出现故障，如果不能及时解决，那么一常课下来，学生将学无所获。考虑到这些因素，学校在人工智能开设初期就配备了双师，即两位老师进班上课。在近几年的实践中，取得了一些经验：
1.双师的角色定位
在前几次的教学中，教师和学生都觉得有点奇怪。一是一堂课中两位教师，到底谁是主讲、谁辅导；二是一节课中，出现了两个老师，学生到底听谁的，学生也拿不准。三是经常出现，讲课的老师讲完后，另外一位大声的补充；四是两位老师的站位等一系列问题。
2.双师的角色分工
经过一段时间的磨合，老师和学生形成了一种默契。第一是两位老师的分工更明确了，两位老师轮流主讲，另一位老师做好辅导工作；第二是学生的辅导老师也基本固定了；第三是两位老师在课前对本课的教学内容进行了分工，课堂中配合更默契了。
五、人工智能学生素养提升
1.学生人工智能素养提升
在学校人工智能学科开设初期，人工智能学科设立了学生人工智能普适发展和人工智能特色发展两个目标。首先，基于学生的体验、感知和理解人工智能技术，同时深化人工智能创新教育课程的常态化开展，结合学生人工智能素养发展明确教学目标与评测机制，引导学生学习体系化的人工智能知识。同时，对学生学习的人工智能知识进行评价。学期末，我们采用了学生平时学习情况+期末测查的方式进行。另外，“畅言智AI”是一款可以存储学生学习过程的软件系统，在开学初期，我们为所有学生创建了一个账号，一学期下来，所有的学习内容都可以保存，所以到学期末的时侯可以通过平台查看学生的学习情况。
2.组织人工智能社团活动
在本学年中，为了提升学生的学习兴趣，让学有余力的学生可以找到继续提升的空间，学校面向已开设人工智能课程的班级，择优选拔近30名学生参加社团学习。在学习中，授课老师会根据学生的年龄段分成不同的组别，进行科学的指导，并选拔学生参加湖北省信息素养提升竞赛活动。
六、关注人工智能学科教师发展
人工智能学科的5位老师虽然来自不同学科，但对本学科的学习、研究很深入。在近三年的教学实践中，将个人发展与人工智能学科发展紧密的联系在一起，为学科的发展做出了贡献。同时，也促进了教师个人素养的发展与提升。
1.以研促教，提升学科素养
人工智能是一门新学科，要学习的内容多，知识点杂。通过落实每周一研、每学期集体分工备课、反复修改人工智能校本教材内容，可以提现出人工智能学科教师的认真、扎实的学业精神。教师在这些活动中，不知不觉的掌握了更多地人工智能学科知识和教学方法。
2.反复试教，上好研究课
从教研组成立起，人工智能学科就定好了教师发展规划。其中，在教学方面，要求每学期集中打造1-2节研究课。在短短不到三个学期的时间里，人工智能教研组有位老师都分别执教了一节以上的研究课。教学设计立足教、备、研三个方面，反复研讨、打磨细节，每次课至少上3次以上，确保教学环节精准、科学、合理，学生接受度高，对学习内容兴趣浓厚。
3.承接校外活动，促进教师发展
2020-2021学年，学校分别承接了中央电教馆组织的中小学人工智能教育试点工作（小学阶段）启动暨培训会、“中央电化教育馆人工智能教育实验校”武汉实验校研讨展示课活动，在这两次活动中，人工智能组分别有4位老师执教了人工智能示范课（双师），并进行了开课经验分享。在上展示课、示范课的过程中，全组参与磨课，设计教学环节，有效地促进教师的学科发展。
4.组织教师参加各级各类的比赛
在提升教师教育教学能力的同时，还要培养教师及时总结的能力。故在2019-2021年期间，分别组织教师参加湖北省中小学人工智能教学资源评比和省、市、区级的论文和案例评比。
七、人工智能学科教学实践成果
1.进一步打造人工智能普及课程,根据央馆的国家课程体系创编了校本教材。
2.10月正式获批中央电教馆的小学阶段人工智能实验校（全国33所）。
3.承接了由中央电教馆组织的中小学人工智能教育试点工作（小学阶段）启动暨培训会，刘小杰校长代表学校分享了我校人工智能的建设和开课情况，王涛、汤帆两位老师展示了一节人工智能示范课。活动过程在中央电教馆官方网站进行了专题报道。
4.11月武汉央馆小学人工智能实验校（5所）正式启动，按照央馆的实验校选课要求，我校完成人工智能实验教材内容的选课。在“中央电化教育馆人工智能教育实验校”武汉实验校学习分享会上，我校进行了课题实验计划汇报。
5.组织教师参加湖北省2020年度中小学人工智能教学资源评比，6名老师均获奖。
6.组织教师参加湖北省教育信息化发展中心、武昌区新技术新媒体论文比赛均获奖。
7.2021年3月，我校承办了“中央电化教育馆人工智能教育实验校”武汉实验校的研讨展示课活动，熊勇、董傲文两位老师执教了人工智能课《无人超市》，得到了与会领导的一致好评。当天的活动还得到了楚天都市报的专题报道。
八、下一步发展思考与规划
人工智能学科作为学校最“年轻”的学科，在短短不到三年的发展中，通过对人工智能教学资源的引进来，教学师资培养送出去。在严格对标国家课程标准的基础上，对教学资源进行二次、三次开发。积极探索水果湖二小人工智能教育特色课程教学模式，让普及、普适、普惠课程目标落到实处。在提升教师教学水平的同时，促进学生人工智能素养的培养。人工智能在我校教学实践中，达到了学校预期的目标。下一步学校将聚焦人工智能赋能学科发展，立足学生教学过程评价、分析，学生德育评价等，实现人工智能全面为学校教育教学服务。
现阶段中小学人工智能课程的目标定位和主要任务
自2017年国务院颁布《新一代人工智能发展规划》以来，“人工智能进校园”“人工智能进教材”“人工智能进课堂”，各界呼声不断。2019年，国际人工智能与教育大会期间，陈宝生部长也明确提出“未来智能教育的发展方向之一是普及之路”。随着2020年的到来，国家《新一代人工智能发展规划》第一阶段的目标完成，新征途即将开启，人工智能课程的普及显得尤为迫切，教育实践者需要对前期课程实施情况进行再梳理，以求得再提升、再前进。
一、人工智能课程的现状分析
前期人工智能课程开设离不开技术公司支持，各种竞赛中也涌现了一批优秀的教育成果，但这种课程开发模式不能做到普及和普惠。分析原因，主要是受到资金、课程、师资三个方面的限制。
首先，课程内容以技术产品为主，课程开设所需的配件价格普遍偏高，很多耗材还不能重复使用，致使课程开设存在资金瓶颈，只能满足小规模特长生培养。其次，课程内容主要包括智能机器人、VR应用、无人机航模和3D打印等。由于课程内容碎片化、内容之间逻辑不清、课程体系不成熟和内容过于专业化等原因，迫使学校开设过程中过分依赖技术公司，而技术公司很难支持学校的长期发展，所以课程开设时断时续，普遍存在为了竞赛而开设的情况。最后，由于教育系统内部以人工智能为专业的师资力量不足，非专业教师无法依靠教师合作进行学科整合，以及包括人工智能课程未被列入必修课程等诸多现实因素，学校领导者也持观望和迟疑的态度，致使课程发展缓慢。
如今，随着国家层面在人工智能领域整体推进，智能设备在生活中被广泛使用。人脸识别、无人驾驶、开源硬件等技术已融入日常生活，课程所需资源随处可见，人工智能课程受资金限制的局面逐渐被突破。同时，社会智能化水平的提升和前期实践的积累，促使教育者对人工智能课程的理解回归理性。学校教育积极回应国家号召，课程开发由单一的科技产品主导逐渐过渡为思维训练和课程整合，普及之路呈现光明晴朗态势。
二、现阶段中小学人工智能课程的目标与定位
科学持续地实施人工智能课程，首先需要明确课程的价值和培养目标。学生不仅仅是人工智能的使用者，还是未来社会的创造者。基于此，要让学生能够适应未来世界发展并有所作为，学校现阶段就要帮助学生从记忆、重复计算中解放出来，转而注重学生思维的培养。《普通高中信息技术课程标准》指出，计算思维是信息技术学科四大核心素养之一。计算思维是运用计算机科学的基础概念(即思想和方法)去求解问题，设计系统和理解人类行为。典型的计算思维包括一系列广泛的计算机科学的思维方法，包括递归、抽象和分解、保护、冗余、容错、纠错和恢复等。人工智能课程注重培养学生在具体问题中寻求解答，在不确定情境中进行问题解决，利用顺序结构、循环结构和判断结构帮助学生进行方案规划、模型调整和深度学习。这是人工智能课程的主要价值所在。
同是计算思维培养，中小学阶段不是简单高中阶段培养目标和内容的前移，小学和初中的人工智能教育的定位要弱化专业，选择与学生生活有密切联系的通识内容，根据学生发展的顺序性重新进行教学设计。例如，同是讲二进制，小学阶段以玩卡牌的形式进行讲解，而高年级则会与指数函数相联系。所以，中小学人工智能课程以“启蒙”为主，引导学生在观察和参与中萌发兴趣，进而促进素养提升。
三、现阶段中小学实施人工智能启蒙课程的主要任务
1.补充完善课程内容，分级分段形成课程体系
不可否认，虽然前期的课程不成熟，但是仍然具有很大的教育价值。现阶段，课程专家需添加相关认知类基础知识，围绕计算机算法、图形化编程和Python等核心内容，根据技术的发展进行内容增减，调整逻辑顺序，保持课程的前沿性、开放性和生命力。课程语言应考虑教师和学生的接受性，要浅显易懂，操作要简单明了，循序渐进，通过降低教师的授课难度推进课程发展速度。
在实施过程中，教育目标是分阶段实现的。在小学低年级阶段可以以初步感知、了解人工智能的基本概念、机器学习、人脸识别、图像识别人机交互和无人机等技术为主；三年级开始可以逐步过渡到模块化编程，掌握基本的语音识别、图像识别、智能翻译和手势识别等图形化编程工具；在五、六年级可以进行学科整合，包括学科内整合和学科外整合，适当增加语文阅读与表达、数学游戏化学习、英语分级阅读等方面的智能应用；随着学生抽象能力的提升，七、八年级可通过问题导向进行项目式学习，初步掌握Python语言，为后续学习代码驱动硬件做好准备。
2.抓取课程特点，提取教学设计关键特征
“玩中学，做中学”是中小学课程设计的主要特征，人工智能启蒙课程也要利用自身特点在此基础上有所创新和突破。
游戏化教学在人工智能课程中具有先天优势。教师创设游戏情境，通过介绍游戏规则、分配游戏任务，指导学生进行游戏，让游戏贯穿教学始终。教师对游戏的把控要顺应学生自然遇到的问题，顺势对问题进行及时引导和提升，抽象的环节可通过人工智能技术呈现，争取达到“身临其境”的效果。
计算思维是人工智能课程的灵魂，要贯穿课堂的始终。课堂流程从“游戏导入情境、抽象出关键概念、分解成小问题、构建解决问题框架并进一步优化”等方面逐渐展开。特别重要的是引导学生在自然感知的基础上抽象出问题关键要素，通过关键要素的不同组合构架问题解决模型，帮助学生由自然语言过渡到结构化自然语言，再由结构化自然语言升级到抽象的计算机语言，经由语言的逐步抽象实现思维的进阶。
3.中小学与高校联动，教师培训与教学实践同时落地
人工智能专家曾预言：“人工智能就像一列高速火车，它临近时，你听到了轰隆隆的声音，在你期待中却一闪而过，远远地把你抛在身后。”教育的变革会因为社会的智能化而提速，实施人工智能课程也要从“等车来”转换为“先上车”，敢于与智能时代一起奔跑。课程实施中，中小学校既要有“造血”的担当，也要有“输血”的智慧。要选择已有的优秀研究成果积极实践，与高校联合打造学习共同体，以课程开发与教师培养同时推进的形式，让课程在教师实践中成熟起来，让教师在培训中成长起来。毕竟，时不我待，社会才是大学校，教师和学生要以终身学习的态度迎接智能时代的到来。