郭绍青：人工智能助力教师教学创新
人工智能作为关键共性与颠覆性技术，正在对产业结构、生活环境等产生影响。人工智能进入教育领域，推动了智能学习系统、虚实融合学习环境、智能教育助理等智能系统和工具的开发与供给，智能教育环境建设已现端倪。实现机器智能与人类（教师）智慧相融合指向学习者的高级思维发展、创新能力培养，启迪学习者智慧的新教育，培养复合型、创新型、战略型、智慧型的人才，能够对人工智能与人类智慧相融合从事社会工作的劳动者的智慧教育进行广泛讨论。教师作为人工智能融入教育的直接利益相关者，具备利用人工智能学习系统和工具开展教学的知识与技能，提升人工智能技术素养显得十分重要。当前人工智能教育产品正在快速进入学校与课堂，为教师利用人工智能技术实现教学创新提供了支撑。
智能诊断助力教师优化课堂教学。适应性学习系统、手写板、智能阅卷等系统进入学校，为教师提供了对学生个体、小组、班级等随堂数据和课外数据采集与分析的手段，教师利用数据分析结果，精准定位学生个性学习问题与班级的普遍问题，找准学生个性与共性薄弱点、聚集学生学习障碍点，改进教学策略与方法，进行分层、分类教学，提升教师在课堂教学中解决学生学习问题的针对性与教学效率。
学习分析技术助力教师开展规模个性化教学。《中国教育现代化2035》提出“走班制、选课制等教学组织模式……利用现代技术加快推动人才培养模式改革，实现规模化教育与个性化培养的有机结合”的要求，具备大数据学习分析功能的网络学习空间的应用，对学生学习的精准画像，使教师在精准掌握学情的基础上，能够有效组织翻转课堂、小组合作学习、探究学习等学习活动。同时，学习分析技术正在推动网络学习空间中以个性化发展为核心的动态学习组织的发展，并引发实体学校动态走班制度的建立，实体学校与网络学习空间相融合的动态学习组织发展，将使教师实施规模个性化教学成为现实。
课堂智能分析助力教师精准教研。集自然语言处理、计算机视觉、生物特征识别等技术的课堂教学智能分析系统的应用，实现了对课堂教学过程数据的伴随性采集，汇聚课堂教学多维数据的智能分析能够形成更加精准的教师课堂教学行为的可视化分析结果。跨校际、跨区域的教研活动，利用课堂教学智能分析系统的分析报告，结合教研员与优秀教师评价分析，为研修教师提供精准服务，指导、组织、协助研修教师进行深度学习，对提升研修效果与效率具有显著作用。
智能学习系统助力教师提升教学质量。目前相对成熟的智能学习系统主要集中在智能语言学习方面。英语流利说、英语趣配音等一批利用自然语言处理技术开发的智能语言学习系统进入了教育领域，教师利用英语智能学习系统能够支持学生的听说训练，特别是在面向农村教学点的专递课堂中的应用，能够弥补教师自身的能力缺陷。同时利用自然语言处理技术与AR/VR相融合开发的藏、维双语智能学习系统将为学生提供多通道的人机交互，提升国家通用语言的学习质量。
人工智能助力教师家校协同。人工智能技术在家校协同教育中的应用，正在改变家校教育分离、难以形成合力与协同监管的现状。一些县区在推动人工智能教育应用过程中，利用人工智能技术助力家校协同教育，利用智能校徽与体温和人脸采集摄像机，无感采集学生体温、运动量、行动轨迹等数据，协助教师与家长掌握学生健康状况、安全信息、运动强度。要求学生阅读课外书籍，并在每天规定时间内利用纸笔系统写出读后感，教师能够及时进行点评，对培养学生的学习习惯、扩宽知识面等发挥了积极作用。（西北师范大学郭绍青）
人工智能基础
本课程推荐教材及与课程学习目标对应关系如下：
1. 授课教材：《人工智能》丁世飞编著电子工业出版社 2020年第三版ISBN：9787121363955。
（1）教材特点：《人工智能导论（第3版）》主要阐述人工智能的基本原理、方法和应用技术。全书共13章，除第1章讨论人工智能基本概念、第13章讨论人工智能的争论与展望外，其余11章按照“基本智能+典型应用+计算智能”三个模块编排内容。一个模块为人工智能经典的三大技术，分别为知识表示技术、搜索技术和推理技术，主要包括知识表示、确定性推理、搜索策略、不确定性推理；第二个模块为人工智能的典型应用领域，包括机器学习、支持向量机和专家系统；第三个模块为计算智能与群智能，包括神经计算、进化计算、模糊计算和群智能。
本课程主要选用了本教材的第一稿模块，即知识表示技术、搜索技术和推理技术中相关的内容。
（2）使用方法：本教材对应课程学习目标1-5，可以做到对课程内容前半部分的全覆盖，请同学们学习完视频之后，一定要详细阅读教材中的对应部分，并针对课后习题进行联系，能够有效提高学习质量；
2、本课程参考了大量网络上的课程。对应课程学习目标6-8，包括：
https://stanford-cs221.github.io/spring2021/
https://cse.iitkgp.ac.in/~dsamanta/courses/da/
百度飞桨师资培训的机器学习和深度学习的内容。
https://easyai.tech
此外还有参考百度百科、B站、以及知乎和CSDN等各类科技网站。
在此表示感谢！
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。