第六届中小学人工智能教育展示活动在广州圆满落幕
2023年6月16至18日，第六届中小学人工智能教育展示活动在华南师范大学顺利举行。本次活动由中国教育技术协会指导，中国教育技术协会信息技术教育专业委员会（简称“专委会”）和华南师范大学联合主办，广州市教育研究院与华南师范大学教育信息技术学院联合承办，是全国最具权威性的中小学人工智能教育教研活动，旨在探讨和推广人工智能教育的优秀经验，促进我国人工智能教育的高质量发展。来自全国各地的400余名领导、专家、教师、相关企业代表参加了本届活动。
开幕式由华南师大教育信息技术学院院长张学波主持，华南师范大学陈文海副校长，专委会王炜秘书长，广州市教育局林平副局长分别代表主办单位和承办单位致开幕辞。出席本届活动的领导、专家还有广州市教育研究院陈坪副院长，上海人工智能实验室智能教育中心戴娟主任，华东师范大学李锋教授，华南师大教育信息技术学院党委书记叶欣、副院长柯清超、吴鹏泽以及各省市教研员等。
本次活动设置了人工智能课程教师基本功展示、人工智能教学案例与教研论文展评、以及中学生人工智能实践活动小论文展评三项活动，覆盖了全国24个省、市、自治区，线上直播观看超过2万人次，选手的人工智能素养和作品赢得参会代表的高度认可。通过说课答辩与算法比赛两个环节，宁波市洪塘中学史习阳等28位老师脱颖而出，荣获人工智能课程教师基本功展示一等奖，舟山市田家炳中学徐霜等37位老师荣获人工智能课程教师基本功展示二等奖。通过作品展示和专家评委打分，成都市新都区旃檀小学校伍艳老师提交的“慧生活慧分类”等11件作品荣获人工智能教学案例与教研论文一等奖，杭州高新区（滨江）教育研究院冯祖扬、黄宁老师提交的“四点三线两面：指向“教育+智能”共同体建设的区域推进模式探索”等13件作品荣获人工智能教学案例与教研论文二等奖，北京大学附属小学宁方京老师提交的“以计算思维培养为导向的小学人工智能课程设计与实施—以图像识别为例”等147件作品荣获人工智能教学案例与教研论文三等奖；南京外国语学校周尚易同学提交的“关于使用卷积神经网络程序对于超声波成像图片病变区域的识别研究”等3件作品荣获中学生人工智能实践活动小论文一等奖，湛江市第十七中学梁嘉欣同学提交的“基于K210的校服检测系统”等5件作品荣获中学生人工智能实践活动小论文二等奖，深圳市福田区科技中学薛皓元同学提交的“AI运动姿态自动测评系统”等21件作品荣获中学生人工智能实践活动小论文三等奖。
本届活动内容丰富、安排紧凑。除三项评比活动外，大会还设置了主旨报告、新书发布会和中小学人工智能示范课展示等环节。主旨报告邀请了国内知名人工智能教育专家做专题讲座，分别是华东师范大学李锋教授的“新课标视角下人工智能教育与实施”、上海人工智能实验室戴娟研究员的“大模型时代下的AI教育”、广州市教育研究院陈坪副院长的“广州市中小学人工智能课程的实验与探索”和华南师范大学王冬青教授的“人工智能课程规模化实施的问题与对策”。主旨报告结束后，举行了《中小学机器人教育：模式与创新》新书发布会，作者钟柏昌教授介绍了新书内容，谢作如教授进行了专家点评。在中小学人工智能示范课环节，广州市知用学校张璐老师和中国教育科学研究院荔湾实验学校王媛老师分别呈现了主题为“读懂你的情绪”“人工智能的优势与局限”的精彩课堂。
闭幕式由本届活动评委会主任钟柏昌教授主持。钟柏昌教授进行活动总结后，由华南师大教育信息技术学院党委叶欣书记宣布三项活动评审结果，华南师大教育信息技术学院詹泽慧教授与评委专家们一同为获奖选手颁奖并合影留念。
附：活动剪影
大合照
开幕式
人工智能课程教师基本功展示算法设计考试现场
人工智能课程教师基本功展示说课与答辩现场
中小学人工智能教育主论坛报告现场
《中小学机器人教育：模式与创新》新书发布会
中小学人工智能示范课展示
颁奖环节
撰稿人：李惠乾、刘晓凡
摄 影：李惠乾、邹梅、张孟娟
审 核：张学波、钟柏昌
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
[3][7]谢忠新,曹杨璐,李盈.中小学人工智能课程内容设计探究[J].中国电化教育,2019(4):17-22.
[4]徐多,胡卫星,赵苗苗.困境与破局:我国机器人教育的研究与发展[J].现代教育技术,2017,27(10):94-99.
[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
术,2019,29(4):12-18.
[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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