導(dǎo)讀
2月23日，《中小學(xué)智慧校園藍(lán)皮書(shū)（2021-2022）》總報(bào)告正式發(fā)布（點(diǎn)擊查看）。本藍(lán)皮書(shū)包括總報(bào)告、理論篇、人物篇、案例篇等多部分內(nèi)容。
案例背景
面向未來(lái)教育，創(chuàng)新教育教學(xué)模式
教育是面向未來(lái)的事業(yè)，今天世界已經(jīng)步入了人工智能時(shí)代，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能正在不斷推動(dòng)社會(huì)向前發(fā)展，與此同時(shí)傳統(tǒng)的教育模式已不能適應(yīng)未來(lái)社會(huì)的發(fā)展，我們需要面向未來(lái)，探索與未來(lái)時(shí)代發(fā)展相適應(yīng)的教育。
面對(duì)未來(lái)教育帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)，近年來(lái)，西安交通大學(xué)附屬小學(xué)針對(duì)“未來(lái)教育”進(jìn)行了積極的探索，不斷創(chuàng)新教育教學(xué)模式，以小學(xué)人工智能教育為依托，采用多種舉措進(jìn)行研究與實(shí)踐，在“未來(lái)教育”道路上不斷深化和發(fā)展。
實(shí)踐成果
應(yīng)用場(chǎng)景
1、項(xiàng)目的主題：小圖編程精靈在自畫(huà)圖上行走
2、問(wèn)題的提出：在小學(xué)低年級(jí)，因?yàn)槟挲g比較小，電腦操作不熟練，一入學(xué)就讓學(xué)生樂(lè)高機(jī)器人搭建和學(xué)習(xí)編程，效果未必好。如何選擇適合小學(xué)生低年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)的人工智能裝備是一個(gè)具有挑戰(zhàn)的問(wèn)題。
3、項(xiàng)目的目標(biāo)：通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生利用紙和筆給小圖機(jī)器人設(shè)計(jì)行走路線，達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生邏輯思維、設(shè)計(jì)思維的目標(biāo)，同時(shí)通過(guò)讓學(xué)生玩小圖編程精靈感知人工智能技術(shù)的神奇魅力。
4、項(xiàng)目的實(shí)施：
材料和器材準(zhǔn)備：一張白紙（大小可以是A4紙的四倍）、黑色的筆、帶各種圖形的板尺、與小圖編程精靈配套的場(chǎng)景圖、小圖編程精靈。
實(shí)現(xiàn)方法：第一步：學(xué)生用黑色的筆在白紙上或與小圖機(jī)器人配套的場(chǎng)景圖上給小圖機(jī)器人設(shè)計(jì)行走路線。設(shè)計(jì)的方法：畫(huà)各種線，可以是直線，也可以是折線、曲線或封閉的圖形等。同時(shí)在各種線之間可以使用帶各種圖形的板尺畫(huà)出圓形、三角形等圖案把他們連接起來(lái)。第二步：把小圖編程精靈擺放在自己畫(huà)的線路圖上，打開(kāi)小圖編程精靈的啟動(dòng)開(kāi)關(guān)就會(huì)在線路圖上行走。
應(yīng)用場(chǎng)景：在小學(xué)低年級(jí)的人工智能課程的課堂或小學(xué)低年級(jí)人工智能社團(tuán)。
5、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的技術(shù)原理：小圖編程精靈內(nèi)置高性能處理器、攝像頭，運(yùn)用人工智能機(jī)器視覺(jué)技術(shù)進(jìn)行圖像識(shí)別。
6、項(xiàng)目的總結(jié)：兩年前西安交大附小開(kāi)始探索在低年級(jí)開(kāi)展人工智能教育，最初使用樂(lè)高的人工智能套件，發(fā)現(xiàn)學(xué)生的年齡太小，使用樂(lè)高套件有一定的難度，之后又嘗試讓低年級(jí)的學(xué)生使用圖形化編程軟件學(xué)習(xí)編程，由于剛?cè)雽W(xué)的低年級(jí)學(xué)生電腦操作還不熟悉，學(xué)習(xí)編程也有一定的困難?，F(xiàn)在對(duì)剛剛?cè)雽W(xué)的低年級(jí)學(xué)生開(kāi)展“小圖編程精靈在自畫(huà)圖上行走”項(xiàng)目學(xué)習(xí)，該項(xiàng)目抓住了低年級(jí)小學(xué)生喜歡畫(huà)畫(huà)的心理，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，而且易于上手，讓學(xué)生從小體驗(yàn)感知人工智能技術(shù)的神奇魅力，同時(shí)提升了學(xué)生的邏輯思維和設(shè)計(jì)思維。
1、項(xiàng)目的主題：垃圾分類
2、問(wèn)題的提出：垃圾分類工作現(xiàn)在已經(jīng)在西安市全面展開(kāi)。我校于9月1日也開(kāi)始執(zhí)行垃圾分類工作。在面對(duì)種類繁多的垃圾，讓學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行學(xué)習(xí)是非常困難的。在垃圾分類的大背景下，如何設(shè)計(jì)一個(gè)人工智能項(xiàng)目，讓學(xué)生能有興趣的進(jìn)行垃圾分類知識(shí)的學(xué)習(xí)，了解垃圾的屬性以及分類方式是一個(gè)很有意思也很值得研究的項(xiàng)目。基于此，我們進(jìn)行了AI自識(shí)別垃圾分類的智能儀器項(xiàng)目。
3、項(xiàng)目的目標(biāo)：通過(guò)搭建垃圾分類裝置鍛煉學(xué)生的實(shí)際動(dòng)手能力以及交流與協(xié)作能力，讓學(xué)生在高穩(wěn)定度和低學(xué)習(xí)門檻的教學(xué)環(huán)境中，可以較為容易的學(xué)習(xí)理解人工智能的相關(guān)知識(shí)，較深的體驗(yàn)圖像識(shí)別的底層算法等。并且通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生制作垃圾分類的卡片，讓學(xué)生進(jìn)行垃圾分類知識(shí)的學(xué)習(xí)，了解垃圾的屬性以及分類方式。
4、項(xiàng)目的實(shí)施：
材料和器材準(zhǔn)備：本套裝含AI bit主控板、9G舵機(jī)模塊、全彩LED模塊、木質(zhì)分類垃圾桶套材、舵機(jī)控制器、鋰電池、鋰電池充電器 、垃圾認(rèn)知卡片、安裝工具及USB下載線等。
實(shí)現(xiàn)方法：第一步：搭建垃圾桶。用所給搭建工具將木質(zhì)分類垃圾桶套材進(jìn)行搭建，并把AI bit主控板、舵機(jī)、LED模塊與其進(jìn)行連接。第二步：連接電源，保證裝置連接完好，將程序下載到主控板上。第三步：識(shí)別垃圾分類的卡片。學(xué)生通過(guò)讓裝置識(shí)別垃圾分類知識(shí)卡片，來(lái)進(jìn)行學(xué)習(xí)。
應(yīng)用場(chǎng)景：在小學(xué)三年級(jí)以上的人工智能課程的課堂或小學(xué)三年級(jí)以上的人工智能社團(tuán)或垃圾分類知識(shí)普及活動(dòng)。
5、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的技術(shù)原理：該項(xiàng)目運(yùn)用了AI bit 運(yùn)行圖像識(shí)別相關(guān)算法來(lái)進(jìn)行圖像檢測(cè)以完成垃圾的自動(dòng)識(shí)別，在完成識(shí)別后自動(dòng)控制對(duì)應(yīng)垃圾桶開(kāi)蓋收集垃圾。
6、項(xiàng)目的總結(jié)：本項(xiàng)目是順應(yīng)時(shí)代召喚，從實(shí)際生活取材，以垃圾分類為大背景設(shè)計(jì)的以人工智能開(kāi)源硬件主板 AI bit 為核心進(jìn)行人工智能知識(shí)學(xué)習(xí)的PBL教學(xué)模式裝置，應(yīng)用 AI bit 運(yùn)行圖像識(shí)別相關(guān)算法來(lái)進(jìn)行圖像檢測(cè)以完成垃圾的自動(dòng)識(shí)別，在完成識(shí)別后自動(dòng)控制對(duì)應(yīng)垃圾桶開(kāi)蓋收集垃圾。通過(guò)配套的一體化編程軟件和項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程，由簡(jiǎn)入難的引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的相關(guān)知識(shí)，將人工智能技術(shù)當(dāng)中的圖像識(shí)別技術(shù)淺顯易懂的帶給學(xué)生，培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維與設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)。
學(xué)生上社團(tuán)課體驗(yàn)垃圾分類
1、項(xiàng)目的主題：編程教育與數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)的融合
2、問(wèn)題的提出：今天的世界已經(jīng)步入人工智能時(shí)代，python語(yǔ)言作為人工智能時(shí)代的首選編程語(yǔ)言，應(yīng)用無(wú)處不在。在2017年版的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中，python也入選高中的教學(xué)編程語(yǔ)言。編程教育如何融入到數(shù)學(xué)學(xué)科的教學(xué)呢？
3、項(xiàng)目的目標(biāo)：通過(guò)小學(xué)北師大版六年級(jí)數(shù)學(xué)下冊(cè)中的一道練習(xí)題，畫(huà)一個(gè)正六邊形，按一個(gè)中心點(diǎn)旋轉(zhuǎn)手中的六邊形，不停畫(huà)下去，生成圖示的圖案。
手工繪制美麗圖案
實(shí)現(xiàn)編程教育與數(shù)學(xué)學(xué)科教學(xué)的融合的教學(xué)目標(biāo)，同時(shí)進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的興起，也可以從解決實(shí)際問(wèn)題入手引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)python語(yǔ)言。
4、項(xiàng)目的實(shí)施：小學(xué)生要用python語(yǔ)言解決此問(wèn)題，先要提供適合小學(xué)年齡和心里特點(diǎn)的支持python語(yǔ)言的編程工具。深圳點(diǎn)貓科技推出的海龜編輯器是很適合一款編程工具。可以從www.codemao.cn網(wǎng)站中的下載中心下載。
海龜編輯器打開(kāi)的界面如下，它主要由菜單欄、命令區(qū)、編碼區(qū)、控制臺(tái)四個(gè)部分構(gòu)成。
海龜編輯器的界面
可以用海龜編輯器的海龜庫(kù)繪制圖案，海龜庫(kù)是python語(yǔ)言的一個(gè)繪制圖像的函數(shù)庫(kù)。教學(xué)的過(guò)程應(yīng)該先進(jìn)行學(xué)法指導(dǎo)，用計(jì)算思維的方法引導(dǎo)學(xué)生把圖案的繪制分解成三個(gè)部分繪制六邊形、旋轉(zhuǎn)一定的角度、重復(fù)一定的次數(shù)。接下來(lái)要進(jìn)行編程指導(dǎo)，為了培養(yǎng)學(xué)生的良好編程習(xí)慣，編程時(shí)先要初始化，再進(jìn)行具體編程任務(wù)的實(shí)現(xiàn)。本例中應(yīng)該先對(duì)畫(huà)筆的初始位置、畫(huà)筆的顏色進(jìn)行初始化，畫(huà)正六邊形的過(guò)程被多次調(diào)用，可以引導(dǎo)學(xué)生把繪制六邊形定義為一個(gè)函數(shù)。旋轉(zhuǎn)的角度和重復(fù)的次數(shù)應(yīng)滿足相乘等于360。
編程繪制圖案的四個(gè)關(guān)鍵步驟圖示如下：
實(shí)現(xiàn)編程繪制美麗圖案的四個(gè)關(guān)鍵步驟
完整的程序代碼和執(zhí)行效果如下：
采用這樣的策略和方法很好完成了項(xiàng)目的目標(biāo)。
應(yīng)用場(chǎng)景：在小學(xué)高年級(jí)數(shù)學(xué)課堂教學(xué)。
5、項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)的技術(shù)原理：該項(xiàng)目運(yùn)用了海龜編輯器提供的python語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)編制數(shù)學(xué)課本中的美麗圖案。
6、項(xiàng)目的總結(jié)：通過(guò)用編程的方法引導(dǎo)學(xué)生解決小學(xué)數(shù)學(xué)課本中練習(xí)題是一種很好的策略，可以使原本枯燥的練習(xí)題學(xué)起來(lái)更有興趣，同時(shí)可以把編程教育很好的和數(shù)學(xué)學(xué)科結(jié)合。
建設(shè)基礎(chǔ)
01
理論基礎(chǔ)
人工智能教育的發(fā)展，需要先進(jìn)的理論支撐。國(guó)際AI教育學(xué)會(huì)會(huì)長(zhǎng)盧金教授提出的“交織型智能”的理論和周以真教授提出的“計(jì)算思維”的理論是人工智能教育的重要理論支撐。
“交織型智能”有七個(gè)智能要素：學(xué)術(shù)性智能、社交智能、元認(rèn)識(shí)智能、元認(rèn)知智能、元主觀智能、元情境智能、準(zhǔn)確的自我效能感?！敖豢椥椭悄堋睉?yīng)成為未來(lái)教育和培訓(xùn)體系的核心。
計(jì)算思維已成為21世紀(jì)學(xué)生必備的關(guān)鍵能力，在高中課程標(biāo)準(zhǔn)中，計(jì)算思維已經(jīng)成為信息技術(shù)學(xué)科的核心素養(yǎng)。同時(shí)，還應(yīng)用思維型課堂、建造主義、深度學(xué)習(xí)、成功智力、分布式智能等理論來(lái)支撐整個(gè)人工智能教育生態(tài)。
02
課程建設(shè)基礎(chǔ)
①構(gòu)建人工智能教育課程體系
課程建設(shè)是人工智能教育的核心載體，提出了“培訓(xùn)先行、研發(fā)課程、社團(tuán)試點(diǎn)、課堂深入、賽事提升、區(qū)域示范”的人工智能教育課程建設(shè)的整體規(guī)劃，形成了人工智能教育校本課程開(kāi)發(fā)的六條路徑，構(gòu)建了人工智能教育的課程體系。
人工智能課程開(kāi)發(fā)的路徑
人工智能教育課程體系
②參與編寫(xiě)《中小學(xué)人工智能學(xué)生用書(shū)》
西安交通大學(xué)附屬小學(xué)在教育部裝備中心、西安市教育局、西安市教育科學(xué)研究所的引領(lǐng)下參加了“中小學(xué)人工智能教育項(xiàng)目”。在項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中，西安交通大學(xué)附屬小學(xué)承擔(dān)了分配給西安的研發(fā)任務(wù)，該校部分教師參與研發(fā)了“中小學(xué)人工智能教育裝備配備方案、中小學(xué)人工智能課程指南（3-8年級(jí)）和中小學(xué)人工智能學(xué)生用書(shū)（3-8年級(jí)）、中小學(xué)人工智能裝備”。重點(diǎn)完成了“中小學(xué)人工智能學(xué)生用書(shū)”五年級(jí)上下冊(cè)人工智能應(yīng)用這部分內(nèi)容的編寫(xiě)。同時(shí)，還為這部分內(nèi)容編寫(xiě)了配套的資源，資源包括教學(xué)建議、教學(xué)設(shè)計(jì)、教學(xué)課件、微課等相關(guān)資料。目前，中小學(xué)人工智能學(xué)生用書(shū)已應(yīng)用在西安交通大學(xué)附屬小學(xué)3-6年的人工智能課程中。
③創(chuàng)建人工智能教育ICAPC課堂教學(xué)模式
傳統(tǒng)的教學(xué)模式以教師為中心，已不能適應(yīng)人工智能教育的新需求，需要變革教學(xué)模式。為此專門創(chuàng)建了基于人工智能教育的ICAPC課堂教學(xué)模式（“I”是“交織型智能”英文“interwoven intelligence”的縮寫(xiě)?！癈”是“計(jì)算思維”computational thinking的縮寫(xiě)，“A”是“人工智能”artificial intelligence的縮寫(xiě)，“P”是“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”Project-Based Learning的縮寫(xiě)，“C”是“構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)行（Operate）”中Conceive的縮寫(xiě)。），該模式以學(xué)生為中心，把周以真教授的計(jì)算思維理論和林崇德教授的思維型課堂理論相融合，運(yùn)用建造主義、成功智力、分布智能、交織型智能等理論而構(gòu)建。
基于人工智能教育的ICAPC課堂教學(xué)模式
該模式的特點(diǎn)是把培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生的“交織型智能”作為核心教學(xué)目標(biāo)，把計(jì)算思維作為學(xué)生分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的重要工具和方法，把生活常見(jiàn)的人工智能知識(shí)和技術(shù)作為課程內(nèi)容的載體，采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)方式引導(dǎo)學(xué)生自主探究，運(yùn)用CDIO工程教育理念對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行科學(xué)評(píng)估。
03
空間建設(shè)
西安交通大學(xué)附屬小學(xué)把原有的3D打印實(shí)驗(yàn)室、機(jī)器人教室、創(chuàng)客空間進(jìn)行了改建，同時(shí)新建了人工智能教育活動(dòng)空間。新建的人工智能活動(dòng)空間融入了智能感知技術(shù)、學(xué)習(xí)分析技術(shù)、情感計(jì)算技術(shù)。打造空間裝修與設(shè)計(jì)，教學(xué)與應(yīng)用，四維一體的人工智能活動(dòng)空間。空間內(nèi)設(shè)計(jì)了智能恒溫系統(tǒng)、智能燈光系統(tǒng)、智能窗簾系統(tǒng)等，劃分了四個(gè)區(qū)域：
①AI學(xué)習(xí)討論區(qū)
配備智慧黑板，可以實(shí)時(shí)記錄監(jiān)測(cè)人工智能教室的使用情況，教師機(jī)裝有“基于教學(xué)過(guò)程評(píng)價(jià)的大數(shù)據(jù)測(cè)評(píng)系統(tǒng)”。配備20臺(tái)筆記本電腦和30套人工智能教育裝備，設(shè)計(jì)了適合合作學(xué)習(xí)的桌椅，點(diǎn)到面的溝通結(jié)合，方便小組教學(xué)和互動(dòng)討論。引導(dǎo)學(xué)生課堂上自主探究，從遇到問(wèn)題，剖析問(wèn)題，解決問(wèn)題，遷移問(wèn)題，分享問(wèn)題等幾個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)鍛煉學(xué)生的思辨過(guò)程。建立起一種科學(xué)的可持續(xù)化的思維模式。
②AI活動(dòng)區(qū)
AI活動(dòng)區(qū)配備了各種智能裝備，如自主編程的人機(jī)對(duì)話機(jī)器人，可以帶著賓客們參觀、講解?？删幊痰膶?shí)時(shí)衛(wèi)星定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，揭秘生活中的高德地圖，摩拜單車的定位原理。意念賽車，學(xué)生們通過(guò)腦電生物反饋技術(shù)，驅(qū)動(dòng)小小賽車的快慢，讓賽車更平穩(wěn)的在跑道上行駛，以此鍛煉學(xué)生大腦的相應(yīng)區(qū)域從而有效的訓(xùn)練和調(diào)整他們的注意力。
③AI展示區(qū)
AI展示區(qū)位于AI學(xué)習(xí)區(qū)一側(cè)的墻面上和教室后面的墻面上。側(cè)面展示墻有三部分構(gòu)成音樂(lè)墻、開(kāi)源文化、創(chuàng)意分享三部分構(gòu)建。音樂(lè)墻可以播放各種好聽(tīng)的音樂(lè)，聲音振動(dòng)的頻率可以通過(guò)發(fā)光二極管可視化呈現(xiàn)出來(lái)。開(kāi)源文化區(qū)放置各種開(kāi)源硬件，可以方便了解開(kāi)源文化發(fā)展的歷程。創(chuàng)意分享區(qū)可以把各種創(chuàng)意在白板上繪制出來(lái)。教室后墻擺放了學(xué)生的各種優(yōu)秀作品，后墻的電子屏可以讓學(xué)生體驗(yàn)常見(jiàn)的各種人工智能技術(shù)，如人臉識(shí)別、語(yǔ)音樂(lè)識(shí)別等。
④AI工具區(qū)
AI工具區(qū)位于教室的右側(cè)，儲(chǔ)物柜放置了各種人工智能裝備，設(shè)計(jì)采用語(yǔ)音智能控制，例如，只需輕輕的說(shuō)一聲，“請(qǐng)找出Arduino主控板”第三層左數(shù)第二個(gè)柜子的LED就會(huì)亮，說(shuō)明Arduino主控板就在這里了，學(xué)生可以輕松的找出對(duì)應(yīng)的物品。語(yǔ)音控制儲(chǔ)物柜的應(yīng)用，不僅可以培養(yǎng)了學(xué)生的編程能力，也讓孩子養(yǎng)成了從哪取放回哪里的好習(xí)慣。
04
硬件基礎(chǔ)
人工智能教育課程的實(shí)施必須配備相應(yīng)的裝備，目前西安交通大學(xué)附屬小學(xué)配備的人工智能教育的裝備有兩類，一類是專門針對(duì)日常人工智能課堂教學(xué)，另一類針對(duì)社團(tuán)活動(dòng)和人工智能的相關(guān)賽事。主要裝備簡(jiǎn)介：
①人工智能教育機(jī)器人、可拆裝教育機(jī)器人套件
這兩款機(jī)器人由教育部裝備中心引領(lǐng)的“中小學(xué)人工智能項(xiàng)目”組研制，是專門為《中小學(xué)人工智能學(xué)生用書(shū)》配套的裝備。
②小圖編程精靈
小圖編程精靈是一款基于兒童認(rèn)知發(fā)展理論和兒童思維發(fā)展水平而設(shè)計(jì)的編程啟蒙機(jī)器人，針對(duì) 5-9 歲孩子培養(yǎng)其邏輯思維與問(wèn)題解決能力的一款人工智能教育產(chǎn)品。學(xué)生用任意鉛筆或中性筆畫(huà)線，就可以自動(dòng)判斷并控制小圖行進(jìn)，編程命令則使小圖可以不通過(guò)電腦就能完成程序的編寫(xiě)，通過(guò)配套圖卡繪制編程命令符進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別程序編寫(xiě)。
③AI Bit
AI Bit專門為人工智能教育而設(shè)計(jì)，它是一款人工智能視覺(jué)開(kāi)發(fā)板，采用國(guó)產(chǎn)雙核64位人工智能芯片，兼容microbit生態(tài)，性能遠(yuǎn)高于microbit。
④AI Do
AI Do是AI bit的升級(jí)版，它是一款人工智能機(jī)器人高級(jí)開(kāi)發(fā)板，國(guó)產(chǎn)雙核64位risc-v結(jié)構(gòu)，主板自帶OS系統(tǒng)，兼容arduino生態(tài)，性能遠(yuǎn)高于arduino。
⑤AI魔盒
基于樹(shù)莓派開(kāi)發(fā)板研制的一個(gè)包含人工智能場(chǎng)景的實(shí)驗(yàn)盒，結(jié)合外接的顯示設(shè)備、音頻播放設(shè)備、音頻采集設(shè)備、圖像采集設(shè)備，可以展現(xiàn)多種人工智能的應(yīng)用場(chǎng)景和技術(shù)過(guò)程。
05
軟件基礎(chǔ)
引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能這門課程，僅僅靠課程和裝備是不夠的。為此，學(xué)校引導(dǎo)教師變革教學(xué)方式，采用線上線下混合教學(xué)模式，豐富學(xué)生的學(xué)習(xí)途徑?，F(xiàn)在已經(jīng)給學(xué)生推送了兩種線上學(xué)習(xí)資源平臺(tái)，同時(shí)正在開(kāi)發(fā)“人工智能課程學(xué)習(xí)APP”。
①AI教育云平臺(tái)
由中小學(xué)人工智能項(xiàng)目組研發(fā)。該平臺(tái)采用教、學(xué)、管、評(píng)一體化設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了多樣化管理，如小組合作學(xué)習(xí)、翻轉(zhuǎn)課堂等。支持多元評(píng)價(jià)，如教師評(píng)價(jià)、學(xué)生自評(píng)、互評(píng)等。提供了完備的與《中小學(xué)人工智能學(xué)生用書(shū)》配套的教學(xué)資源和學(xué)習(xí)資源，如課堂實(shí)錄、學(xué)習(xí)課件、學(xué)習(xí)視頻等。
②西安交通大學(xué)附屬小學(xué)慕課學(xué)習(xí)平臺(tái)
是學(xué)校根據(jù)本校學(xué)生的實(shí)際，自主研發(fā)。該平臺(tái)已經(jīng)購(gòu)買和自主研發(fā)了很多與中小學(xué)人工智能教育相關(guān)的課程，可以通過(guò)線上的方式輔助學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的相關(guān)知識(shí)。學(xué)生完成課程的學(xué)習(xí)，還會(huì)獲得結(jié)業(yè)證書(shū)。慕課平臺(tái)的管理人員每月都要對(duì)學(xué)生在線的學(xué)習(xí)情況進(jìn)行分析。
③人工智能課程學(xué)習(xí)APP
目前學(xué)校參加了西安交通大學(xué)承擔(dān)的國(guó)家級(jí)課題：教育大數(shù)據(jù)分析挖掘技術(shù)及其教育示范應(yīng)用項(xiàng)目。正在課題組的指導(dǎo)下研發(fā)適合學(xué)生自主學(xué)習(xí)人工智能課程的“人工智能課程學(xué)習(xí)APP”，該APP運(yùn)用“知識(shí)森林”的理論，把知識(shí)的傳授可以看作由課程、主題、分面、知識(shí)碎片四個(gè)維度構(gòu)成，主題主要指知識(shí)點(diǎn)，分面是指知識(shí)點(diǎn)的各個(gè)方面，知識(shí)碎片就是指具體的知識(shí)。通過(guò)構(gòu)建“知識(shí)森林”云平臺(tái)，對(duì)知識(shí)點(diǎn)和知識(shí)點(diǎn)之間的聯(lián)系進(jìn)行標(biāo)記形成課程的知識(shí)體系。在“知識(shí)森森”云平臺(tái)的支撐下，研發(fā)的“人工智能課程學(xué)習(xí)APP”可以對(duì)人工智能教學(xué)用書(shū)的任一頁(yè)進(jìn)行掃描，會(huì)自動(dòng)提取出每頁(yè)知識(shí)點(diǎn)的關(guān)鍵詞，從而通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)形成一棵知識(shí)樹(shù)，知識(shí)樹(shù)上有該知識(shí)點(diǎn)的分面和該知識(shí)點(diǎn)相關(guān)聯(lián)的其它知識(shí)點(diǎn)。點(diǎn)擊各知識(shí)點(diǎn)就會(huì)出現(xiàn)對(duì)各知識(shí)點(diǎn)的“文字”和“視頻”的解讀。
④構(gòu)建線上“人工智能學(xué)習(xí)空間”
在疫情“停課不停學(xué)”期間專門推送了線上“人工智能課程系列”，該課程以交織型智能、計(jì)算思維、建造主義等理論為指導(dǎo)，以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為驅(qū)動(dòng)。
06
教師基礎(chǔ)
為了培養(yǎng)一批能夠勝任人工智能教育的教師隊(duì)伍，首先成立了交大附小人工智能教育研究團(tuán)隊(duì)，團(tuán)隊(duì)成員主要由數(shù)學(xué)、科學(xué)、信息技術(shù)、機(jī)器人四個(gè)學(xué)科的老師組成，還專門設(shè)立一個(gè)人工智能教師這個(gè)崗位，招聘了一位優(yōu)秀的教育技術(shù)專業(yè)畢業(yè)的研究生加入人工智能教育研究團(tuán)隊(duì)。為了提升團(tuán)隊(duì)專業(yè)素質(zhì)，專門聘請(qǐng)從事人工智能技術(shù)的專家定期對(duì)該團(tuán)隊(duì)及全體教師進(jìn)行人工智能教育的培訓(xùn)。構(gòu)建了基于人工智能教育的1361培訓(xùn)模式。
基于人工智能教育的1361培訓(xùn)模式
同時(shí)學(xué)校會(huì)定期把團(tuán)隊(duì)的成員送出去培訓(xùn)。例如組織團(tuán)隊(duì)成員參加各級(jí)各類的人工智能教育方面的大會(huì)以及組織團(tuán)隊(duì)成員參加各級(jí)各類創(chuàng)客教育、steam、人工智能教育方面的師資培訓(xùn)班。每周團(tuán)隊(duì)都要開(kāi)展教研活動(dòng)，還組織團(tuán)隊(duì)成員參加各級(jí)各類的創(chuàng)新大賽。倡導(dǎo)教師深度學(xué)習(xí)和跨界學(xué)習(xí)，開(kāi)展基于人工智能教育的教師閱讀，推薦閱讀書(shū)目《人工智能的未來(lái)》、《與機(jī)器人共舞》等書(shū)籍，引領(lǐng)教師獲得與人工智能教學(xué)相匹配的意識(shí)和能力。近幾年通過(guò)多種舉措，已經(jīng)培養(yǎng)10多位教師能夠擔(dān)當(dāng)人工智能教育的教學(xué)任務(wù)，專業(yè)能力不斷提升。
07
評(píng)價(jià)基礎(chǔ)
人工智能教育課程實(shí)施的效果如何，應(yīng)該有一套科學(xué)的評(píng)價(jià)機(jī)制，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)機(jī)制已不能適應(yīng)人工智能教育課程評(píng)價(jià)的需求。為此，學(xué)校把第四代評(píng)價(jià)理論、基于成效的教學(xué)理論及混合學(xué)習(xí)理論作為開(kāi)展人工智能教育的重要理論依據(jù)。采用了“十維評(píng)價(jià)”和“青少年創(chuàng)新能力大數(shù)據(jù)測(cè)評(píng)系統(tǒng)”對(duì)人工智能教育的效果進(jìn)行評(píng)估。
①十維評(píng)價(jià)
引進(jìn)了國(guó)際上先進(jìn)的CDIO評(píng)價(jià)模式，其特點(diǎn)以真實(shí)世界產(chǎn)品和系統(tǒng)的構(gòu)思（Conceive）、設(shè)計(jì)（Design）、實(shí)現(xiàn)（Implement）和運(yùn)行（Operate）的生命周期為載體，把理論、實(shí)踐、創(chuàng)新合為一體，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。采用CDIO模式可以有效的對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能教育的課程的過(guò)程進(jìn)行評(píng)價(jià)。依據(jù)CDIO模式，制定了人工智能教育課程十維評(píng)價(jià)模式，從十個(gè)維度展開(kāi)評(píng)價(jià)。
十維評(píng)價(jià)
②青少年創(chuàng)新能力大數(shù)據(jù)測(cè)評(píng)系統(tǒng)
青少年科技創(chuàng)新能力大數(shù)據(jù)測(cè)評(píng)系統(tǒng)是一款用于青少年STEM教育的智能化測(cè)評(píng)系統(tǒng)。系統(tǒng)依托于美國(guó)21世紀(jì)核心素養(yǎng)以及中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)框架理論，結(jié)合跨學(xué)科學(xué)習(xí)理念，采用線上線下相結(jié)合的方式將移動(dòng)終端設(shè)備融入科技創(chuàng)新教育課堂。
青少年科技創(chuàng)新能力大數(shù)據(jù)測(cè)評(píng)系統(tǒng)
Q&A經(jīng)驗(yàn)分享
Q：開(kāi)展人工智能課程，也需要優(yōu)質(zhì)的合作伙伴做軟硬件的相關(guān)支持，在選擇合作企業(yè)時(shí)，學(xué)校有什么好的建議？
A：一方面，學(xué)校所選擇的企業(yè)要有技術(shù)、資金實(shí)力，并且已經(jīng)做出了成功案例；另一方面，教育信息化建設(shè)是需要花錢的，在資金無(wú)法一次性到位的情況下，學(xué)校要有短期和長(zhǎng)遠(yuǎn)的規(guī)劃，做到可持續(xù)性發(fā)展。
教育信息化進(jìn)入學(xué)校的教育教學(xué)管理，不可能是最完美的樣態(tài)的呈現(xiàn)，一定需要學(xué)校和企業(yè)之間共建共享，才會(huì)把智慧教學(xué)、智慧校園建設(shè)的工作做好。
合作指南
人工智能教育機(jī)器人、可拆裝教育機(jī)器人套件、AI教育云平臺(tái)由教育部裝備中心引領(lǐng)的“中小學(xué)人工智能項(xiàng)目”組研制；“西安交通大學(xué)附屬小學(xué)慕課學(xué)習(xí)平臺(tái)”由學(xué)校自主研發(fā)；“人工智能課程學(xué)習(xí)APP”在西安交通大學(xué)國(guó)家課題組的指導(dǎo)下研發(fā)。
審閱指導(dǎo)
趙文安 西安交通大學(xué)附屬小學(xué)科研室主任
關(guān) 于 我 們
未來(lái)智慧校園研究中心是中國(guó)教育智庫(kù)網(wǎng)（教育部學(xué)校規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中心主辦）與北京一零一中共同發(fā)起成立的未來(lái)智慧校園研究平臺(tái)。
自2020年3月成立以來(lái)，已有全國(guó)100余所中小學(xué)和20余家教育頭部企業(yè)相繼加入，研究中心依托教育部學(xué)校規(guī)劃建設(shè)發(fā)展中心相關(guān)課題研究成果、北京一零一中等重點(diǎn)學(xué)校的實(shí)踐成果，以及教育領(lǐng)軍企業(yè)的成功案例經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合產(chǎn)學(xué)研三方智慧，解決傳統(tǒng)教育與新技術(shù)相融合的難題。
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