【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。）
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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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重磅：《中小学人工智能教师能力标准（试行）》发布―数据中心 中国电子商会
摘要:3月24日，中国教育科学研究院、华东师范大学、腾讯三方联手，在北京举办了“人工智能教育研讨会暨《人工智能教师能力标准(试行)》、《2022年人工智能教育蓝皮书》成果发布会”。3月24日，中国教育科学研究院、华东师范大学、腾讯三方联手，在北京举办了“人工智能教育研讨会暨《人工智能教师能力标准(试行)》、《2022年人工智能教育蓝皮书》成果发布会”。
其中，《人工智能教师能力标准(试行)》(以下简称《标准》)明确了中小学人工智能教师应具备的18项基本技能标准，为各地开展人工智能教师培训、评价等提供了参考依据;《2022年人工智能教育蓝皮书》(以下简称《蓝皮书》)是基于对全国25个省市的中小学校长、教师和学生问卷抽样调查权威推出，旨在为未来中小学人工智能教育落地提供有效路径参考。
教育部科技司信息化处处长任昌山，中国信息通信研究院技术与标准研究所主任、中国互联网协会智慧教育工作委员会秘书长雷鸣宇，腾讯教育副总裁王涛，中国教育发展战略学会未来教育专委会副会长吴砥，中国教育科学研究院未来学校实验室主任王素，中国科学院自动化研究所副研究员汤淑明，华东师范大学教授顾小清，温州市教育局副局长朱景高，腾讯研究院智慧产业研究中心主任吴朋阳，腾讯青少年人工智能教育负责人周丹，以及来自北京大学、北京教育学院、海淀教育科学研究院、人大附中实验小学等院校机构的众多专家学者们参加了本次发布会。
专家评议：培养适应智能社会要求的人才
作为新一轮科技革命和产业革命的重要驱动力量，人工智能正在深刻改变人们的生活、工作和教育学习方式。近年来，人工智能技术越来越多地应用在教学管理的各个环节，人工智能课程也逐渐成为中小学阶段的重要教学内容之一。
教育部科技司信息化处处长任昌山指出，近年来，人工智能在教育领域的示范应用取得了较大进展，人工智能教育正迈入新的发展阶段。《标准》和《蓝皮书》的发布，对勾勒人工智能教育的现状、指导人工智能教育实践具有着重要意义。希望研究机构和专家能够坚持需求牵引，应用为王，服务至上的原则，广泛开展人工智能教育相关理论研究和实践的探索，推动数字时代背景下教育的高质量发展。
当前，人工智能、5G、大数据与教育加速融合，推动教育信息化向教育数字化快速演进。中国信息通信研究院技术与标准研究所主任、中国互联网协会智慧教育工作委员会秘书长雷鸣宇结合信通院正在开展的工作，对以人工智能为代表的智慧教育发展提出了三点展望：一是提质增效，积极用好网络基础设施;二是示范引领，培育出新一代信息通信技术与教育、教学创新融合的典型应用;三是注重交流，共同挖掘智慧教育的场景和需求，促进新模式、新业态的发展。
中国教育发展战略学会未来教育专委会副会长吴砥对《标准》给予了肯定。他指出，此前国内对于人工智能教师的能力、标准长期缺乏统一标准。“本次发布的《标准》，站位很高，系统性很强，具备比较好的实操性，为推进中小学人工智能队伍建设提供了很重要的参考，有利于解决人工智能课程教师能力教学欠缺的问题。”
蓝皮书：人工智能教育或成“课后服务”重要补充
为贯彻落实《中国教育现代化2035》，更全面地了解我国中小学人工智能课程教学和技术赋能教育的现状，腾讯教育和腾讯研究院联合中国教育科学研究院、华东师范大学，历时半年对全国25个省市的16万学生、2万多教师以及1000多名校长展开问卷调查，并以此为基础，编制了《蓝皮书》。发布会现场，华东师范大学教授顾小清对《蓝皮书》作了详细解读。
华东师范大学教授顾小清在线解读《蓝皮书》(举办方供图)
《蓝皮书》指出，目前受访学校的信息化硬件设备总体情况较好，但相关的软件系统还较为欠缺。超半数的受访学校已开设或正在筹备人工智能教育教学活动。而随着“双减”政策落地，人工智能教育正成为多地教育主管部门和学校丰富“课后三点半”服务的重要组成，尤其中部地区最为突出，超过85%的学校考虑将人工智能教育引入课后服务。
教师整体认可人工智能教学工具的价值。学生普遍愿意使用人工智能学习工具，并希望获得个性化评估与辅导。同时，对于学习形式，课外活动、竞赛等多元化的教学方式最受学生们欢迎。
调查发现，当前，我国中小学人工智能课程主要集中在1周1课时。经费不足、缺乏专业师资、无技术条件支持是阻碍课程开设的主要因素。中小学校中参与人工智能相关课程教学活动的教师数量较少，专门教授人工智能课程的教师更是寥寥无几。人工智能课程教师中，仅有三成左右在高等教育阶段接受过人工智能教学的相关课程培训。
综观人工智能教育发展现状和主要问题，《蓝皮书》建议，可从以下几方面重点考虑：一是构建公平而有质量的人工智能教育生态系统;二是提高教师应用人工智能教育技术的能力;三是推动学校教育评价改革，完善学生评价机制。
能力标准：为人工智能教师培训及评价提供依据
基于《蓝皮书》的调研结果，专家组指出，教师能力的培养和评价体系的建立，是当前中小学实施人工智能教育迫切需要解决的问题之一。
在此背景下，中国教育科学研究院与腾讯教育联手，共同推出了《标准》。参考国内外相关政策及标准文件，并结合我国人工智能教育发展实际，从人工智能理解与意识、基本知识、基本技能、问题解决、教学实践、伦理与安全等6个维度提出18项基本技能要求，为中小学人工智能教师培养、评价等工作提供参考依据。
中国教育科学研究院未来学校实验室主任王素对《标准》进行了详细解读。她指出，《标准》明确了人工智能教师应当具备的技能，希望这一标准的制定，能够成为今后开展人工智能教师专业发展的一个指南，也可以作为人工智能教师培训以及评价的标准。
作为《标准》的联合制定方，腾讯教育副总裁王涛表示，未来是人工智能的时代，腾讯教育一直在积极探索青少年人工智能的普及。腾讯教育将继续加强与学术研究机构的合作，推进人工智能与教育教学的深度融合，推进规范标准的落地实施，发展有温度的人工智能教育，帮助更多的人工智能教师提升专业能力，助力更多的青少年成长为面向未来的创新人才。
专家对话：推动AI教育提升学生素养
事实上，当前国内已有很多地区和学校的青少年人工智能教育，走在行业的前列：今年3月，温州就将人工智能教育全面纳入中小学课程体系。发布会上，温州市教育局副局长朱景高受邀，分享了温州在中小学推广人工智能教育的经验成果。
据朱景高介绍，温州市以“五个一”工程为抓手，通过构建区域人工智能教育大平台、三“三”体系(三阶人工智能课程体系、“十百千”三层次人工智能教师培养体系、“校师生”三维度AI素养评价体系)，推进人工智能基础建设和示范引领工程，打造“五位一体”人工智能教育生态体系。
目前，温州人工智能云平台建设基本完毕，并引入腾讯人工智能教育平台，定制开发全市人工智能管理系统，在全域推广使用。全市已有188所学校开展人工智能教育试点建设，线上线下完成2000余名教师参与人工智能理论、技术实操、项目化设计等内容的培训。接下来，温州还将出台《青少年人工智能创新人才联合培养计划》，举办青少年人工智能追梦营活动等。
值得注意的是，发布《标准》和《蓝皮书》，腾讯教育均作为联合制作方参与了调研和编写工作。近年来，腾讯教育依托旗下腾讯智启AI教育团队，将高质量的人工智能教育资源送往数千所中小学校园。同时，通过在全国范围内举办诸多人工智能主题活动和赛事，激发师生科学学习的兴趣。
腾讯研究院智慧产业研究中心主任吴朋阳表示，在人工智能教育实践过程中，腾讯坚持以国家相关标准作为指引，形成了1、2、3体系：1个核心标准，把国家信息技术课标，转化为AI的感悟、认知、体验、创造4个层次分层递进式的教学标准;2个情景化平台，包括编程平台和实验平台，把AI课和德智体美劳五育课结合，打造基于AI的素质教育大学科;3维多元评价，包括课上、课后和校外，让评价能更综合地反映教学成效。“未来，腾讯将与学术研究机构紧密合作，与一线教育局、学校联手，以促进AI时代的学生全面发展作为目标，围绕教材、课程、师训、赛事活动等打造一站式的高质量中小学AI教育方案，使得学校有抓手，教师有能力，学生有成长。”
发布会期间，来自北京大学、华东师范大学、海淀教育科学研究院等院校机构的众多专家学者们，也纷纷参与到主题研讨中，为推动青少年人工智能普及贡献多方智慧。
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中小学人工智能课程内容设计及实施案例分析
我国中小学人工智能教育取得飞速发展与瞩目成绩的同时，也存在以下几点主要问题。
其一，缺乏完善的课程体系，无论是国家课程还是校本课程，人工智能教育都是依托其他课程开展的，这导致了人工智能教育内容分量难以确定，目标难以明晰。横向来看，教学内容过于碎片化，学生难以构建相关知识体系；纵向来看，学段间的人工智能教育内容联系不够紧密，这既不利于学生循序渐进的知识与技能学习，也使得教师难以把握学情从而导致教学目标与教学效果之间的落差。此外，现阶段中小学人工智能教育的教材大多属于产品说明书或用户指南[4]。
二、中小学人工智能课程设计
表1中小学人工智能课程目标及内容架构
人工智能技术虽然复杂深奥，但是其应用广泛且贴近生活，知识内容间紧密联系，对学生而言并非是不可感知、无法构建的。以人工智能为依托培养学生的计算思维、智能素养也并非是难以实现的。教师如何设计人工智能课程内容以及课程间以何种方式组织就显得尤为重要。
（一）中小学人工智能课程内容设计案例
下面，以初中年级人工智能课程中的“智能灯”为例对中小学人工智能的课程内容设计做详细阐述。“智能灯”一课意在通过学生对于生活中常见情境下智能灯的设计了解其背后设计原理，能够通过模块化程序设计和python代码编写出智能灯的程序，激发学生对于人工智能在生活中应用的兴趣。“智能灯”课的具体课程内容设计如图1所示：
图1以“智能灯”为例的人工智能课程内容设计
1.问题提出，明确任务
问题提出：绿色、环保、节能、和谐是当今生活的主旋律，智能灯的出现深化了人类与灯光之间的关系。请同学们结合生活实际谈一谈你所了解的智能灯！
明确任务：明确智能灯的设计要求——内置监测外界光线强度传感器，当光敏值大于700时，灯自动打开，当光敏值小于700时，灯自动熄灭。
2.深入探究，设计展示
深入探究：请学生利用可视化工具，例如思维导图，深入理解智能灯的设计要求，分析其所需要的元器件并搭建其真实应用的简易场景。
设计展示：小组通过分工利用模块化程序语言和python语言对智能灯进行设计，调试形成小组作品，并对本组作品进行演示和分享，讨论这两种不同的计算机语言在应用时的异同之处。
3.总结反思，拓展提高
以思维导图的形式回顾智能灯设计的全过程。在实际生活中往往面临着更为复杂的情境，当外界光线昏暗，智能灯会自动给打开且不能自动关闭，这也造成了一种资源浪费。进而引发学生对智能灯更深入的思考，完善、改进作品设计，为之后的课程内容做好准备。
本案例从生活实际出发引发学生的学习兴趣，在内容设计过程中通过对可视化工具的利用帮助学生理清思维脉络，不仅重视学生对模块程序和计算机语言的学习利用，更是通过比较二者的语言风格加强学生对编程的深入理解，进而培养学生的计算思维。
（二）中小学人工智能课程组织案例
人工智能虽然是一个知识体系丰富的新兴技术领域，其内容架构设计包含人工智能基础、算法与编程、机器人与智能系统等多个模块。表面看起来是彼此独立、互不关联的内容，但实际上，无论是技术特点还是知识内容都是可联系、可互通的。忽视了课程内容间的联系、放弃将内容整合成为模块是无法将人工智能的原理与技术讲解透彻的，也无法将计算思维和智能的培养渗入课堂。因而，以综合任务为导向的模块化组织中小学人工智能课程不仅能够有效帮助学生构建人工智能知识体系，更有助于教师组织形式丰富、内容多样的系统课程，增加课堂趣味性、有效性。
以“模拟城市交通系统”为例组织相关课程内容。如图2所示，智能路灯、自动道闸、智能信号灯、环线巴士、无人加油站原本都是独立的课程内容，根据课程与生活实际的联系整合成模拟城市交通系统为主题的模块。教师利用5-10个课时实践此模块，引导学生设计完成模拟城市交通系统这个综合任务实践每课内容，帮助学生在体验人工智能的同时，创造性地应用人工智能解决实际问题。
图2“模拟城市交通系统”课程模块
三、中小学人工智能课程实施策略
（一）跨学科整合式教学
人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。它的涉及领域除了计算机科学外，更包括了生物学、心理学等。跨学科的整合能够将数学、生物、神经科学等多学科知识与人工智能知识相融合、渗透。在这个过程中，教师不仅能够利用其他学科知识帮助学生理解人工智能知识内容，更利用其他学科思维帮助学生培养计算思维的核心素养。跨学科整合式的教学是将人工智能学科与其他相关学科进行融合，以项目形式实践课程内容，利用人工智能技术创造性地解决实际生活问题。以“机器视觉”一课为例设计如下，这一课中，教师将人工智能中机器视觉的知识与神经科学相结合（如图3），以人是如何看到事物的为导入，进而类比解释机器是如何“看到”事物的。该教学设计在渗透了脑科学知识的基础上，帮助学生联系生活实际体验人工智能的应用与价值。
图3“机器视觉”与神经科学知识融合
（二）情境游戏化教学
由于中小学学生的认知水平存在局限性和差异性，以及人工智能领域知识特性，学生难以通过讲授和演示直接理解课程内容。人工智能技术的发展也为创设情境提供了条件，教师完全可以利用人工智能技术的应用反哺课堂教学，帮助学生增强学习的体验感，对人工智能技术形成直观、形象的理解。借助游戏化的角色、模式以及元素，为学生提供丰富、有趣的学习内容；通过机制、增益等策略，能够丰富学习者的经历和体验，同时提高学习者在活动中的参与率和巩固率[9]。因而，将情境的创设与游戏化学习相结合，有利于增强人工智能教学课堂的趣味性、个性化。例如东南大学举办的人工智能为主题的夏令活动中实施的“火灾演练”，要求学生扮演消防员在模拟灭火行动中完成救援。创设的火灾情境融合机器人小车巡线、FPV第一视角等教学内容。氛围营造、综合竞赛及消防员的角色扮演都极大激发了学生的课堂兴趣及参与感。该项目在实践中得到了学生与教师的一致肯定。该设计能够帮助学生将人工智能知识与生活实际相联系，建构开源硬件的知识体系。鼓励学生在游戏化式轻松的教学环境中大胆创新。从而达到培养学生核心素养与创新能力的目标。
表2“火灾演练”项目内容
面向中小学开展人工智能课程有利于学生了解现代科技发展、适应未来生活有着重要的意义。目前，我国中小学人工智能教育尚在探索发展阶段，无论是课程内容的设计还是其组织方式、或是教学策略均未成型，本研究希望借以案例的分析，促进研究者对中小学人工智能课程设计广泛、深入的思考。
参考文献
[1]国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知[EB/OL].
[2]教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知
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[5]周邵锦,王帆.K-12人工智能教育的逻辑思考:学生智慧生成之路——兼论K-12人工智能教材[J].现代教育技
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[6]解月光,杨鑫,付海东.高中学生信息技术学科核心素养的描述与分级[J].中国电化教育,2017(5):8-14.
[8]李德毅.AI——人类社会发展的加速器[J].智能系统学报,2017,(5):583-589.
[9]祝智庭,魏非.教育信息化2.0:智能教育启程,智慧教育领航[J].电化教育研究,2018,39(9):5-16.
东南大学百研工坊：21世纪是我国创新型人才培养的关键期。东南大学百研工坊（儿童发展与教育研究所）结合信息技术、生物医学工程、脑科学技术，进行青少年科学素养的国际比较研究和学生核心概念掌握水平的评测系统的研究与开发，我们的目标是：（1）面向中小学学生综合能力发展的steam研究；（2）通过实证教育研究，探究科学素养的本质及有效的培养途径；（3）将科学素养的传统评测方法与现代信息技术相结合，探究基于ECD模型的学生科学素养评测方法研究；（4）运用ERP、EEG和眼动等脑科学技术，开展对学生核心概念熟练掌握程度的评测研究。
责编：罗培
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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）
中小学人工智能教育项目成果发布
中小学人工智能教育项目成果发布孩子们，这样触摸新科技
一群小鸟从起点出发，遇见了第一个关卡——两根管道中间的空隙，有的小鸟从空隙间钻了过去，另外几只则一头撞上管道，淘汰出局，连续几关过后，剩下的小鸟越来越聪明，总能穿过空隙。近日在北京举办的中小学人工智能教育项目成果发布会现场，许多参会者饶有兴味地扫描二维码，玩起这个看起来像手机游戏的小程序。
这是八年级《人工智能》学生用书里的一个程序设计，“聪明的笨鸟”。孩子们需要明白笨鸟变聪明的原因，然后借助人工智能的方法，通过编程，让小鸟规避障碍，顺利过关。
这套涵盖了三到八年级的《人工智能》学生用书，是由教育部教育装备研究与发展中心牵头，联合北京教育科学研究院、武汉市教育科学研究院、广州市教育研究院、西安市教育科学研究所、深圳市教育科学研究院共同发起的“中小学人工智能教育项目”研发的成果之一。发布会上，中小学人工智能装备、中小学人工智能教育装备配备方案、中小学人工智能课程指南等3项成果同时发布。
这些年，技术的发展、政府的重视，让人工智能迅速成为社会热点。2017年，国务院印发《新一代人工智能发展规划》，提出“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”。2018年，教育部进一步明确，要“构建人工智能多层次教育体系，在中小学阶段引入人工智能普及教育”。去年9月，“中小学人工智能教育项目”应运而生，在走访调研部分中小学、高校科研院所、相关企业之后，项目组聚集起包括院士、人工智能专家、教育专家、一线教师、技术人员等在内的力量，开始了人工智能教育项目的顶层设计和具体研发。
“人工智能教育的目的不在于出书，而在于培养什么样的能力，我们想让孩子看得懂、感兴趣、不落伍，入门普及之后，将来还有可能投身相关领域的研究。”教育部教育装备研究与发展中心主任曹志祥表示。
人工智能4个字说起来简单，但如何让孩子明白其中的原理，并且有兴趣探究？“要将人工智能原理这个黑匣子打开到什么程度，怎样呈现知识，我们琢磨了很久。”项目工作组组长、教育部教育装备研究与发展中心处长刘俊波说，最终，项目组决定将学与用相结合，形成通识、技术体验、编程和智能机器人4个模块，并根据目前中小学的教室面积、学生人数等实际情况，提供装备配备方案。
听起来高大上的人工智能，在这里成为孩子们触手可及的体验：自己动手搭建一个“快递小哥”机器人，自主识别货物并且能把货物运到指定地点，自动卸货；设计控制电灯、窗帘等的“智能家居小管家”程序……“让学生通过实践明白科技原理，应用到生活中，人工智能就不再遥远，而是可观、可感、可触了。”刘俊波介绍。
目前，不少地方都已经开始探索在义务教育阶段开展人工智能教育，但各地基础和条件各不相同，也面临缺少智能装备支撑、缺少地方教育行政部门、教育教研部门共同参与的顶层设计等难点和问题，通过这次“政产学研用”的合力尝试，有望能推动人工智能教育朝着更加系统化、科学化的方向发展。
据悉，今年秋季的新学期，这些新成果将陆续走进北京、武汉、广州、西安、深圳的中小学课堂。（记者管璇悦）