人工智能进校园 模式创新育人才
——我省中小学人工智能教育基地建设记事
图②:运城中学学生正在进行机器人活动轨迹程序规划与设计。本报通讯员摄
图③:山西省实验小学学生在教师指导下操作计算机。本报通讯员摄
近日，教育部公示中小学人工智能教育基地名单，我省太原市第十二中学、运城中学、山西省实验小学、汾阳市禹门河小学、阳泉市第十一中学、大同市实验中学等6所学校入选。建设中小学人工智能教育基地，对统筹推进教育、科技、人才一体化发展，进一步探索创新型科技人才培养模式具有重要意义。为此，记者日前深入我省入选的中小学人工智能教育基地，探寻人工智能走进校园之后，给我们的基础教育人才培养模式带来了哪些变化。
打造智能新校园，为学生提供多样化的学习资源
“欢迎大家来到我校的创客一室，这里是‘单片机编程’社团活动的实验室。现在大家看到的器材是课程搭配使用的品牌开源硬件套件。学生通过学习Arduino语言编程，控制LED灯、马达、蜂鸣器等传感器，设计属于自己的智能作品。”山西省实验小学创客课程授课教师牛俊华向记者介绍。
像这样不同主题的创客教室还有很多:创客二室以3D打印为主题，学生运用一种特殊的可粘合性材料PLA，通过逐层打印的方式来构造创意作品；创客三室以MakeX机器人为主题，学生使用镁铝合金制成的器材，利用螺丝、改锥、扳手等工具进行手工搭建……
山西省实验小学着力推进人工智能教育基地硬件建设，现有信息技术教室9个、创客空间11个，配备激光切割机1台、3D打印机6台、移动一体机11台、希沃一体机67台、计算机218台，以及物联网机器人2代教育套装、ESP32 开发AI智能主控板、HaloCode智能主控板教育套装各60套……一系列支撑教学的智能终端及配套设备，充分满足了不同年龄段学生对人工智能课程的学习需求。
硬件设备固然重要，软件系统的完善也不容忽视。
“我们可以在线采集学生的学习数据，生成个性化的数据分析报告，从而较好地实现教师教学环节中的靶向教学。”提到数据分析系统，运城中学教辅科科长王晓可谓如数家珍。
据了解，数据分析系统详细记录着每位学生的作业完成状况、各类考试成绩等数据，智能生成面向教师的“教学手册”和面向学生的“个性化手册”。“教学手册”中有学生学情分析和班级成绩趋势图，为教师根据教学效果调整备课方向提供重要参考；“个性化手册”则让学生直观地看到自己的学习情况和易错点，并且从后台资源库中自动抽取相应知识点和练习题推荐给学生，帮助学生及时补齐短板。
为了提供更高质量的教学服务，运城中学还搭建起教师成长“立交桥”。学校不仅组织相关学科组教师与技术人员参加国家、省、市、县区组织的业务培训，还聘请北京大学、清华大学、北京理工大学等知名高校的教授到校指导，努力培养一支业务精湛的高素质教师队伍。
软硬件设施齐备，为建设人工智能教育基地创造更多可能。我省多所中小学根据本校情况开设计算机编程、激光雕刻、机器人搭建等人工智能课程，为学生提供多样化的学习资源。
开启教学新范式，教师的授课内容随着学生提出的问题而改变
多功能牙刷盒、智慧垃圾站、智能鞋柜……走进汾阳市禹门河小学的“禹之梦创客空间”，各种别出心裁的创客作品吸引了记者的目光。
“请注意，系统检测到婴儿有危险，请赶快查看。”当学生模拟婴儿靠近床边的情景时，机器立即发出了警报声。这是禹门河小学学生设计的智能看护婴儿床，通过搭载传感器等设备，实现危险报警、检测尿床和自动降温三大功能。该作品利用人工智能技术帮助父母减轻育儿负担，兼具创意性与实用性，荣获2023年中小学生信息素养提升实践活动山西省赛一等奖。
“我们通过小组合作、创意制作等方式提升学生的课堂参与度，让更多学生体会到人工智能给我们的生活带来的便利，将科技创新的种子真正种到学生心田。”禹门河小学校长王一军说。
除了学生间的学习交流，师生间的讨论也经常激发出创意的火花。
“这种新颖的教学模式，对教师来说更是一种全新的挑战。我们也是在实践中不断积累学习经验，摸索最佳教学方法。”负责创客课程的教师张旭峰说。学生年龄小但思维活跃，他们提出的想法经常让教师眼前一亮，教师的授课内容也会根据学生提出的问题而改变。
“现在很多住宅小区都装有一种楼道灯，只有在天黑以后有人走过才会点亮，白天即使有声音楼道灯也不会亮，这就是声光控楼道灯。我们可以根据楼道的长度来设计相应数量的传感器……”课堂上，张旭峰正在为学生讲解如何在楼道里设计安装声光控灯时，突然，一名学生举起了手。
“老师，为什么我们不能用一个装置控制所有灯呢？”学生陈稼睿提出了一个创造性的问题，“可不可以根据人的步行速度，在第一个灯的传感器感知到信号后，让其他灯在一定时间后自动亮起？”
张旭峰随即根据这一问题，带领学生从不同角度探究该方案的可行性。充满创新活力的课堂氛围令人印象深刻。
除了课堂教学，各校还通过社团的形式彰显人工智能教学特色。
“摄像头、激光雷达、超声波传感器……这些传感器的共同工作，使自动驾驶汽车具备了可以检视周围环境的能力。这节课我们将学习如何使用摄像头进行视觉巡线，使得小车的无人驾驶更加准确。”运城中学人工智能社团指导教师段晶在讲解完机器视觉巡线的相关概念后，向同学们发布了两个任务。一是识别黑色进行视觉巡线，控制小车的行进路线和速度；二是根据区域权重进行视觉巡线，将实时转弯角度的数值显示在屏幕上。
任务下发后，学生们以小组合作的形式尝试操纵M.A.R.K智能小车。
“小车启动时摄像头这么摆放可以吗？”“视觉巡线的速度灵敏度设置成多少合适？”“小车偏离轨道了，快左转纠偏！”教师穿梭于各个小组之间，或是指导，或是聆听，指点学生完成教学任务。
“运城中学以社团的形式推动人工智能课程深入开展。志同道合的同学们可以一起研究感兴趣的问题，充分激发学生的学习积极性。”信息技术学科组长、创客校办课程负责人王庆说。
自人工智能社团成立以来，社团指导教师带领学生积极参与学校组织的各类培训和赛事，在多项比赛中斩获佳绩:2019年获得第三十四届运城市青少年科技创新大赛一等奖，2020年获得第三十五届山西省青少年科技创新大赛一等奖，2022年获得第八届全国青年科普创新实验暨作品大赛复赛优秀奖……
王庆将这些成绩归结于师生的共同努力:“积极的学习态度加科学的学习方法，相信付出总有收获！”
构建课程新机制，让全体学生都参与到人工智能教育中来
为了响应国家对科技创新人才的需求，太原市第十二中学积极探索人工智能课程新机制。该校坚持“实际、实用、实效”的原则，编写了《太原市第十二中学校人工智能课程纲要》，构建起完整的人工智能教育课程体系。
“我们将人工智能课程纳入学校课程体系，针对不同年级的学生开设AI理论、创客、编程、机器人操作等课程，让全体学生都参与到人工智能教育中来。”创新教育中心主任白月明介绍道。
在教学探索过程中，十二中的教师团队逐渐认识到，人工智能是一门新兴的技术交叉学科，涉及计算机科学、数学、脑科学等多个学科领域，其学科交叉性意味着在课堂上需要多学科融合教学。因此，该校教师逐渐构建起基于STEAM教育的项目教学模式，注重通过项目式学习培养学生的综合素养。现在，人工智能特色课程已成为十二中一张靓丽的名片。
在大疆robomaster实验室里，一节精彩的无人机课程正在进行。
“经过多次实战飞行，同学们与无人机特洛的友谊越来越深。但特洛不会人类语言，我们要怎么与它交流呢？今天，我们一起来了解无人机的语言——程序语言。”太原市第十二中学信息技术、人工智能教师高一华正在为学生讲解无人机的编程技巧。
课程进行到一半，如何设定无人机在正三角形航线飞行任务中的旋转角度让学生犯了难。高一华让学生们模仿无人机航线，在地上走出一个正三角形，亲身体验无人机的转向角度。
“我明白了！无人机转向的角度应该是三角形的外角！”经过这一番操作，学生恍然大悟，举一反三地学会了五角星航线的设定方法。
“STEAM教育可以促进学科之间的交叉融合，培养学生的整体思维。”高一华准确地指出了STEAM教育的重要之处。高中阶段的授课往往是单科进行，导致各学科教学普遍是割裂的。在十二中的人工智能课程中，学生面对的是一个现实的、具体的问题，必须综合利用各科知识来解决问题。在解决问题的过程中，极大地提升了学生的知识运用能力和实践创新能力。
除了学校多元多维课程体系的建设，家校共育的课程新方案也格外引人注目。
这天，山西省实验小学一年级十班的教室里迎来了一位特殊的老师。
“随着科技的进步，智能家居技术正在不断革新着我们的生活方式。同学们知道这个白色的机器是什么吗？没错，它就是智能扫地机器人……”讲台上，该班学生任昱昊的爸爸任仲杰生动地讲解着扫地机器人的工作原理和制作要点。讲台下，同学们聚精会神地听讲，时不时举手提问，课堂气氛十分热烈。
随后，任仲杰邀请同学们一起动手制作迷你扫地机器人。同学们制作的扫地机器人形态各异，有的穿着白色的“盔甲”，有的长出了绿色的触角，充分展现出学生的不同个性。
当扫地机器人安装的马达带动风扇，产生低于外部的压强，把纸屑吸入机器人内部时，同学们都情不自禁地欢呼起来。
“看到孩子们热情高涨、积极参与，我们家长也很有成就感。”任仲杰说，这次的选题是家长委员会共同讨论确定的，希望通过生活化的科技小制作，激发学生对科学的兴趣。
除了家长讲堂，该校还开展创客体验课程、科创冬令营、创客社团等拓展活动。不仅让课堂形式变得丰富多彩，也拓展了家校合作的新方式。
在我省中小学人工智能教育基地的建设过程中，目前已经形成了一系列极具参考价值的教育新理念、新模式和新方案。未来，我省将进一步推动人工智能与教育深度融合，让基础教育成为培养创新型高素质人才的摇篮。
杨家炜
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