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小学阶段如何获得编程教育通行证

2020年3月1日 - 新萄京娱乐场手机版
小学阶段如何获得编程教育通行证

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当人工智能遇上教育,会碰撞出怎样的火花?

人工智能课程今秋走入高中课堂

在北京市新英才学校,曾啸文老师的课堂和其他学科有着显而易见的区别。教室里不再是传统的课桌和讲台,学生们三三两两地围坐成一圈,老师身后是开阔的大屏幕。而书桌上摆放的也不是课本和笔袋,平板电脑和圆头圆脑的小飞机器人成了课堂“标配”。

语音识别技术,瞬间将对话转成文字,实现同步翻译;人脸识别技术,为学生安全保驾护航;虚拟现实技术,让课堂联结起浩瀚的知识海洋;大数据分析,更是让个性化学习成为可能。

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新英才学校是2019热播剧《小欢喜》的取景地,这里的人工智能创新实验室由科大讯飞和新英才共建,于今年11月份正式投入应用。在这里上课的,是新英才学校爱创班的学生——基于爱与创造的理念,学校不仅想让学生记住教学大纲里的知识点,更想让他们触碰到更广阔的天地。

人工智能是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量。2017年国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》中明确指出,要推动在中小学阶段设置人工智能相关课程,建设和完善人工智能科普基础设施,推广编程教育。

2018年,天津市东丽区人工智能scraino编程教育普及教学研讨会。资料图片/视觉中国

深入浅出,能发散也能收回

6月10日,笔者参加了2019西北教育装备博览会,琳琅满目的教育信息化设备、熙熙攘攘的教育同仁充斥了几万平方米的展厅。游走于林林总总的智能化教育装备中,听着推销员滔滔不绝的讲解,看着一群群教育工作者惊愕而迷茫的面孔,笔者不禁陷入沉思:人工智能时代已经来临,小学该如何面对这一趋势带来的挑战与机遇?

近几年,人工智能和5g、物联网等一起,已经成为世界各国争夺的新蓝海。在我国,关于人工智能的探讨也逐渐从产业领域开始向教育延伸。

曾啸文是新英才学校爱创班“智创未来”课的授课教师,毕业于北京航空航天大学,大学期间辅修了神经网络,按理说教授人工智能相关课程应该颇为得心应手。可刚接手爱创班之初,曾老师还是有种无处着手的感觉。

笔者所在的陕西省西安市曲江第三小学,建校伊始就成立了mbot机器人社团,购置了12台mbot机器人小车,24名学生在教师带领下搭建模型、编制程序、演练项目,目前已取得的成绩让学校坚定了推广编程课程的决心。今年3月,学校成立大科创项目组,构建基于未来教育的创新教育课程体系,从国家课程、校本课程、社团课程、研学课程四个方面推进人工智能进校园。围绕着“人工智能进校园”的四点思考,学校实施路径愈加清晰起来。

新京报记者梳理发现,从2017年7月国务院印发《新一代人工智能发展规划》,要求在中小学阶段设置人工智能相关课程开始,不到两年时间内,先后有6份文件提出要在中小学开展人工智能教育。

首先是“难”——在曾老师看来,人工智能是一门十分高深的学科,“单就人工智能的模型建立而言,就需要涉及到高数、线性代数、计算机软硬件等等领域的知识,综合性非常强。而对初中生来说,要了解这些显然不太可能。”

问题一:该如何结合小学阶段教育实际情况,有选择地购置相关装备?

2018年1月,教育部公布《普通高中课程方案和语文等学科课程标准》,人工智能、物联网、大数据处理正式被纳入《普通高中信息技术课程标准》新课标。

如何深入浅出地讲授人工智能,让初中生也能直观感受到大学阶段才会深入学习的学科,成了摆在曾老师面前的第一道难题。几经思索,他把“理解基本概念和掌握应用方法”作为授课目标,通过项目式学习的方式,引导学生走进人工智能的世界。

新萄京娱乐场手机版,在充分考虑学生年龄特点、学生人数、师资队伍的实际情况后,学校购置了与课程相匹配的装备,以满足教育需求:学校为一、二年级学生购置简单的乐高拼搭积木,以工程学、结构力学作为知识基础,开发学生想象力和创造力;为三、四年级学生购置可视化编程机器人小车套装,学生将创意搭建与程序设计相结合;为五、六年级学生购置难度较大、自行设计的机器人套装,在课程中加入工程学、电子学内容,由学生自行设计工程项目,并进行机器人对抗比赛。此外,学校还建设人工智能实验室,搭建人工智能实验平台,从引导学生认识什么是AI入手,体验身边的AI技术,初步探索AI工作原理。

在政策的推动下,2018年中国人工智能教育发展迅猛:多套教材相继发布;ai企业与学校联动,产学结合抢占市场;青少年创新竞赛ai项目风头正劲;包括清华、北大等高校的自主招生录取名单中,信息学特长生的比重也逐渐增多。

“我会在每堂课上给学生设立一个大致的目标,通常是要完成一个项目,以这个目标为引导,学生们会开始思考,要怎么解决问题?可以在哪些层面应用人工智能?需要建立哪些架构模型?”

问题二:学校如何设置人工智能编程课程?

按照新课标要求,今年9月秋季学期,北京等已经开始高考综合改革试点的省市就将率先实施新课程、使用新教材,人工智能课程也在其中。

在实验室开设之初,曾老师引导学生建构了一个语音导航:学生们需要通过编程,让机器人指引来宾参观实验室,并进行语音讲解。听上去很简单,但是对刚开始接触人工智能的初中生来说,无异于听天书一样,他们跟摆在桌上的小飞机器人面面相觑,既不知道怎么才能让他们动起来,也不知道怎样让机器人开口“说话”。

根据《新一代人工智能发展规划》要求,在全校推广校本编程教育。

统编教材编写中

“这是一个最基本的导引设计,中间涉及到运动和语音两个模块,你们首先要给机器人规划参观路线,然后要让它在指定的位置给出相应的反馈,”课堂上的曾老师耐心讲解,将整个项目拆分成一个个小目标,循序渐进的讲述吸引了学生们的注意,他们就像爬楼梯一样,跟着老师的指导,开始一步一个台阶地攀登“人工智能”的高楼。

首先,给二年级增设简单的编程课,将三至六年级信息技术课程校本化,补充编程课程,让全体学生对人工智能编程有一个正确的认识。在课程方面,以scratch软件为基础,学校在二年级增设“初识scratch课程”;在三年级的信息技术课堂中加入“基于项目式学习的scratch创意编程课程”;在四年级的信息技术课堂中加入“基于scratch编程技术的数学思维课程”,在前两年编程课程的基础上,运用软件来激发学生的数学思维;在五、六年级课程中增加有程序代码的python和C语言编写程序学习,为高一级学校输送该方面的特长学生。

新课标要求,普通高中信息技术课程由必修、选择性必修和选修三类课程组成。其中,选择性必修中的模块4,即是高中统编版ai课程《人工智能初步》。

项目式的学习方式也带来了问题。曾老师说,中学生在刚开始接触到人工智能时很容易陷入两个极端:要么畏于尝试,把思路限制在一个很狭隘的范围内;要么思路发散到没边,总觉得人工智能无所不能,会要求机器人去做一些现在还做不到的事情。

其次,学校组建人工智能编程社团,主要面向在人工智能方面有浓厚兴趣和潜力的学生,着力培养创新型人才。

去年8月教育部印发的《关于做好普通高中新课程新教材实施工作的指导意见》指出,从今年秋季学期起,全国各省分步实施新课程、使用新教材,到2022年秋季开学,全国各地都将进入新课标时代。据了解,目前普通高中各学科教材仍在编写修订中,统编版人工智能教材也在统筹编写阶段。

“比如,学生会尝试让机器人跟着某个特定的人运动,但是受软硬件限制,这个目标在实验室的条件下未必能实现,”
曾老师解释道,这时,他需要向学生耐心解释其中的原理,帮助学生一点一点夯实学科基础。

问题三:如何培养人工智能编程教师?

同时,各省教育部门也加紧在《信息技术》课本中增加人工智能的内容。在山东省初级中学《信息技术》课本的最近一次改版中,python、人工智能、手机编程等都进入了新教材,编程占据三个单元。

爱创百年,学到的是科技,收获的是成长

学校领导班子成员先行一步,积极参加相关学习与培训项目,更新教育观念。对学校计算机教师、科学教师采用“请进来、送出去”的办法进行重点培养,让教师参加有专家引领的专项课题。具体为:依托陕西师范大学人工智能实验室,在专家的指导下申报省、市教科研部门的人工智能课题,以课题作为专业;定期聘请专家进校园,对学校教师进行人工智能理论和实践操作方面有针对性的培养;积极组织教师参加省、市各部门组织的人工智能培训;鼓励学校教师作为指导教师带领学生参加各类编程比赛、创客比赛和机器人比赛,在比赛中不断积累经验,促进教师专业成长;鼓励教师做一名科研型教师,自主开发人工智能校本教材和撰写人工智能相关主题论文,不断提升教师理论水平与人工智能认知水平。

江苏省教研室《信息技术》教材编写组也发布了2018年苏科版《信息技术》教材。记者查阅教材目录发现,编程、机器人课程、走进人工智能等章节出现在8、9年级的教学内容中。

让人工智能走进中小学课堂并不是北京市新英才学校的独创。早在2017年7月,国务院颁发了《新一代人工智能发展规划》,规定“在中小学阶段设置人工智能相关课程”。今年11月,教育部再次印发《关于加强和改进中小学实验教学的意见》,明确要求中小学加强实验教学与多学科融合教育、编程教育、创客教育、人工智能教育等有机融合。

问题四:如何培养学生对人工智能的兴趣?

自主教材覆盖全学段

同样是今年以来,新英才提出“爱·创百年”教育计划。其中,“创新”既是新英才耕耘育人的重要一环,也与国家提倡的“实现学生综合素养与创新能力的提升”深深契合。

学校组建团队积极探索并开发人工智能课程相关的校本教材,在常规课堂上进行实施,确保人工智能课程落到实处。在校内,学校每年举办科技节,展出学生创意作品;以打造创客教育空间为抓手,开展机器人、无人机等智能设备硬件搭建、拼装和编程活动;组织VR、AR互动体验活动,通过创新创造作品观摩、体验与动手实践,帮助学生实现自己的创意,激发学生动手创造的兴趣。在校外,则开发以人工智能为主题的研学课程,带领学生走进科技馆、参观机器人展览会、走进大学人工智能实验室,开阔学生视野,全方位感知人工智能技术带来的冲击力。

另一方面,各高校、企业等自主研发的人工智能教材很早就开始抢占市场。据记者不完全统计,目前市面上可以买到,且知晓率较高的,针对小学到高中不同年龄层的人工智能教材已有4套。

在曾老师看来,创造力的培养需要厚积薄发,正如他在不久前全国中小学人工智能创新教育教师研讨会上提到的,“初中阶段的人工智能课程设计应以真实情境为背景,基于现实主题,融合人工智能、信息技术、学科知识等因素,帮助学生习得必要技能,并以此解决真实存在问题,以及建立未来世界观和思维方式。”

学校还鼓励学生参加科技创新大赛、创客创意大赛、创意编程比赛、机器人大赛等,激励越来越多的学生加入到探究人工智能的队伍中来。

去年4月,我国第一本面向中学生的人工智能教材《人工智能基础》发布。随后,《人工智能》于去年7月面世,“这本书并不是要培养工程师,而是提升学生的人工智能素养,帮助学生建立起对人工智能的鉴赏力、理解力和应用力。”编写团队曾表示。

新英才学校信息中心主任吕超有着不一样的看法。他认为,任何学段的学生都有潜力进行创新,这种创新也许只是一个工艺技法的小小改善,却能影响无数人的生活。

人工智能进校园、进课堂能否真正落地,关键在于教育工作者的思想意识。在接纳信息技术对传统教育观念、教育模式、教育方法的颠覆的同时,校长要引领骨干教师做好智慧校园建设、人工智能编程课程的规划工作,以课题为引领,以硬件为依托,以课程为载体,以赛事促发展,建立健全创新教育体系,培养创新型人才。

去年11月,《ai上未来智造者——中小学人工智能精品课程系列丛书》出版。据介绍,该套教材是根据新课标要求打造的小初高贯通式课程体系,先期在上海嘉定一中、交大附中嘉定分校试点,今年将有数百所中小学引入这套教材。

“2015年,一名美国学生因发明去除水中汞、镉、铅等有毒重金属的过滤器,获得当年的‘斯德哥尔摩少年水奖’。两年后,一名12岁的美国女孩发明了饮用水含铅量检测器,在‘青年科学家发明挑战赛’上获得大奖。”说起这些获奖中学生,吕主任如数家珍,他关注他们,并且深深相信,不久的将来,新英才的学生们也将跻身其中,用自己的创新发明影响更多的人。

(作者单位:陕西省西安市曲江第三小学)

而被称作“首套k12全学段全系列”的人工智能教材也可能于今年7月面世。

新英才学校执行校长张万琼对“创新”也有自己的理解。她希望学生不仅止步于技术,而是更进一步,从科研项目中体会到蕴含其中的人文关怀。

《中国教育报》2019年06月19日第5版

■ 追访

“在爱创班里,有一个孩子一直是爷爷奶奶照顾长大的。他来到新英才学校后,平时没什么时间陪伴爷爷奶奶,于是利用学习编程的机会,为爷爷奶奶制作了一个陪伴机器人,”张校长说,当学生开始把爱心和同理心与编程相结合,他学到的是技术,收获的是成长,提升的是综合素养,感悟的是家国情怀。

多校开设相关课程 专业实验室非标配

因为热爱,逐梦不知疲倦

目前,北京市人大附中、清华附中、陈经纶中学、汇文中学等多所学校都已开设或建立人工智能相关校本课程或社团,教授人工智能知识,引导学生开展相关研究。

来到新英才之前,张校曾在西南大学附属中学担任校长,早在那时起,她就开始接触信息化与人工智能。在她看来,教育信息化是大势所趋,求新求变是题中之义,“建立一个人工智能创新实验室”则是她一直以来的梦想。

汇文中学高二学生王楠加入学校的机器人社团已一年多,她告诉记者,社团有专门的教室,提供各种机器人仪器,还有专门的老师教如何组建机器人,并通过电脑编程控制机器人进行各种活动。北京市第五十中学初三学生李亦曾参加语音识别技术相关课程,课上老师介绍了语音识别知识,并让学生通过校内电脑进行实践。

从重庆到北京,从西大附中到新英才学校,张校长从未放弃过这个梦想。谈到为何选择与讯飞合作共建人工智能实验室时,张校长说,因为国内能做人工智能技术的公司不多,具有高尖端技术,还能实现应用落地的公司更是少之又少。

据了解,北京三十五中学在几年前就建设了“智能科学与技术实验室”和“人工智能机器人实验室”,学生可以在其中开展人机互动、人工智能等深度学习。但走访中记者了解到,目前也有不少学校并没有建设这样专业的实验室,已开设人工智能相关课程的学校,其实验是在学校的机房中进行。

今年9月,中央电化教育馆公布了中小学人工智能教育实验校名单,全国共有22所学校上榜,其中讯飞智慧教育应用校占比达到98%。出于种种考虑,新英才学校最终选择与讯飞携手。

新课标规定,普通高中学校要根据平行班的数量设立信息技术实验室,且“实验室应针对每个模块单独设立”。这对今年9月秋季学期就将开设人工智能课程的学校提出了更高的要求。

11月22日,新英才学校“爱创未来”第三届科技节成功举办。在科技节上,由科大讯飞承建的新英才人工智能创新实验室举行了揭牌仪式。张校长希望,新英才的教师和学生不仅把它当成一间实验室或是上课的教室,更是一扇窗口,透过这里往外看,能触摸到最前沿的科技与时代潮流。

“机房够用了”。北京某高中的信息课老师告诉记者,人工智能作为校本课程已开展一段时间,校内机房能够满足目前的教学需要。对于新课标提出的硬件设施方面的要求,他表示,实验室的设置要依据教材内容来定,统编版的教材还没有看到,所以是不是一定需要专业实验室还不清楚,“如果必须要有,可能会在原有机房的基础上改造一下吧。”

李官芪是爱创二班的学生,这个男孩不擅言谈,却对计算机编程有着浓厚的兴趣。据他自己说,一开始是家长替他报了计算机相关的培训班,上了一段时间后,他对那些看似枯燥的理论和编程生出了兴趣,主动报名了学校的爱创班。

教师培训陆续展开 培训方向仍在摸索

在采访过程中,李官芪显得有点紧张。但是在采访结束后,他扑向一旁的机器人模型,各种电路、模块混乱堆放在一起,他熟悉这些就像熟悉自己的积木一样,轻车驾熟地挑出需要用到的部分,重新组装在一起。

2018年4月,教育部《高等学校人工智能创新行动计划》明确要开展人工智能普及教育,同时提到教师人才队伍的建设,要求在教师职前培养和在职培训中,设置人工智能相关知识和技能课程。

初中的孩子尚且年少,未必看得清未来十年乃至二十年的路,但他们知道,这一刻,科技和人工智能带给他们的快乐是无法比拟的,仿佛一点火星,点着了他们心底的激情与渴望。

记者了解到,今年3月,云南昆明的嵩明县教育局对全县16名教师进行了人工智能机器人实验室任课培训,并分两批建设了9间人工智能机器人实验室。、科大讯飞等企业在为学生提供ai产品和学习平台的同时,也开始针对教师的人工智能任课培训开发相关模块。

张校长透露,今年12月13日至15日,第三届中国工业设计展览会在武汉举办,同期开展一带一路创客马拉松活动。新英才团队设计的《模块化水下机器人组件》以全场最高分获得“院士推优计划的创新设计优秀奖”。在参加决赛的比赛团队中,新英才的参赛团队是年龄最小的比赛队伍,也是唯一一支坚持24小时工作,把创新攻关进行到底的团队。

随着教师参与的相关培训越来越多,对培训方向和内容的质疑与反馈也陆续出现。一位接受过人工智能培训的高中老师表示,“像是学会了一个工具,而不是一门学科。”

“支撑孩子们度过这几十个小时的就是心中的热爱,”
张校长说,因为热爱创新,他们可以为了完成一个项目不吃不喝不睡觉,挖空心思地完善设计;因为热爱编程,就算是周末,也有学生主动联系老师,说想到学校来做实验。

这位老师介绍,他参与的培训是在一家ai企业里开展的,包括账号、培训内容等都需要在企业的平台上进行,一旦脱离这个平台,“这些内容就很难呈现给孩子,除非在课堂里也用人家这个平台。”

“让科技融入梦想,用创新点亮人生”,许多学校的科技节都喜欢用这两句话作为主题,北京新英才学校没这么说过,却将其切切实实地融入人工智能创新实验室的每一个角落。

对此,有专家认为,新生事物需要成长的时间和空间,在摸索阶段,如果能借助一些相对成熟的力量,比如在产业领域内发展较好的企业等,其实是有利于人工智能教育的开展的。

从这里走出去的孩子领略过不一样的风景,未来的人生路有着更多样的可能性。

■ 声音

给孩子“不深入研究”的选择权

猿编程总裁李翊认为,人工智能需要有扎实的编程、算法、数学基础,还需要与其他学科知识融会贯通,甚至还需要有一些天赋。因此,从小抓起,搭建人工智能人才的培养体系十分重要。此外,人工智能的真正意义在于对各行各业的渗透和影响,即使不从事专业的人工智能领域,也需要对其有认知、有感觉。

中国教育研究院研究员储朝晖也表示,人工智能作为一种新的技术,加入到中小学新的课程里是有必要的。但他指出,大多数人用的是技术产生的结果,“而不是用它的过程和逻辑,不一定要深入学习后才能使用。应该给孩子‘不喜欢、不深入研究’的选择权,而不是去强迫。”

储朝晖还强调尊重学生个体差异的重要性,“大部分学生将来未必会从事专业的人工智能工作,可能仅仅是会用到人工智能,因此要根据学生的兴趣爱好,把人工智能教育的范围放得宽一点,不需要步调一致,都去学相同内容。”

另一方面,由于人工智能技术本身是发展的,因此,究竟人工智能技术中的哪一部分、哪些内容、多大比例进入到课堂,也需要跟随技术的更新与淘汰进行不断调整。储朝晖以自身经历举例,“上世纪80年代电脑还算是新技术,我们要学习波尔代数、数据位数转换这些。现在来看,一般人使用电脑根本不需要那个,但是对于专业的人来讲还是需要的。”

新京报记者 姜慧梓 黄哲程

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