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人工智能课程设计,如何从“等车来”转换为“先上车”?

2020-05-25
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。

国务院印发的《新一代人工智能发展规划》明确指出,人工智能成为国际竞争的新焦点,应逐步开展全民智能教育项目。新征途即将开启,人工智能课程的普及显得尤为迫切,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。

 

 

突破“卡脖子”问题

人工智能课程发展迎来新局面

 

 

前期人工智能课程的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,其原因主要是受到资金、课程、师资三方面的限制。

 

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,缺乏具备相应专业能力的师资,非专业教师无法依靠教师合作进行学科整合,以及人工智能课程未列入必修课程等诸多现实因素,学校领导者也存在观望与迟疑,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。

 

 

弱化专业,通识现行

 

 

科学持续的实施人工智能课程,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。

 

同样是计算思维培养,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。

 

 人工智能课程设计,如何从“等车来”转换为“先上车”?

人工智能走进课堂

 

 

现阶段中小学实施人工智能启蒙课程的三个“要”

 

 

01

要分级分段搭建课程体系

 

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。在低年级阶段以初步感知、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;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。

 

02

要抓取课程特点,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。

 

其次,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。

 

人工智能课程设计,如何从“等车来”转换为“先上车”? 

游戏化教学模式开启人工智能启蒙的第一步

 

03

要加强中小学与高校联动,促进教师培训与教学实践同时落地

 

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,与高校联动打造学习共同体,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。

 

(本文选自教育部学校规划建设发展中心未来学校创新发展课题成果,作者为潍坊高新技术产业开发区凤凰学校李宏伟、秦雯,原文有删节)


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