人工智能教育规划建设方案

I页目录190591项目背景 1208022建设必要性 2203533建设目标 3283364总体设计 434685详细建设内容 574695.1人工智能教学实验平台 5177595.2人工智能教材 6134305.3人工智能实验课程 7105895.3.1基础类课程 7226805.4可编程教育机器人 10255385.4.1SenseRoverMini迷你小车 10285735.4.2SenseSorm智能视觉套件 1172216项目运营 12239116.1培训服务说明 12242096.2运营服务说明 12327067人工智能教育实施计划 1554567.1学校基础环境要求 15296237.2教师培训服务 1571697.2.1培训目标 16139757.2.2培训对象 16211617.2.3培训方案 1621507.2.4讲师介绍 1784558教育人工智能教育优势 18252228.1完整的产品体系，全面助推人工智能教育发展 1843678.2深厚的人才储备，领先的原创技术实力 18114778.3丰富的落地实践，共建区域AI生态 1987238.4中国自己的深度学习平台，培养中国原生人工智能人才 19项目背景从全球范围内来看，编程教育已经成为主流。截止到目前，全球有超过24个国家，包括美国、日本、韩国以及欧洲多个国家，已经将编程教育纳入K12课程大纲或教学场景。但随着新一代人工智能技术的迅猛发展，人工智能教育在基础教育阶段的教学应用逐渐被要求提上日程，我国是全球第一个将发展人工智能教育列入基础教育阶段场景的国家，并纷纷出台相关政策，鼓励在中小学阶段开展人工智能教育。2017年7月8日，国务院印发《新一代人工智能发展规划》的通知，提出：要广泛开展人工智能科普活动，实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育、建设人工智能学科，培养复合型人才。2017年12月29日，《普通高中课程方案和语文等学科课程标准（2017年版）》发布，正式将人工智能划入新课标。2018年4月，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，指出：加强学生信息素养培育，完善课程方案和课程标准，充分适应信息时代、智能时代发展需要的人工智能和编程课程内容。推动落实各级各类学校的信息技术课程，并将信息技术纳入初、高中学业水平考试，全面提升学生信息素养。2019年3月13日，教育部办公厅印发《2019年教育信息化和网络安全工作要点》指出，2019年对2万名中小学信息素养评测，推动在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。2020年2月26日，教育部办公厅印发《2020年教育信息化和网络安全工作要点》指出，建设普通高中人工智能样板实验室，保障中小学校具备开设人工智能课程的环境条件。开展人工智能相关教学与师资培训，搭建区域间人工智能教学成果交流平台。推进中小学人工智能教育课程建设、应用与推广工作。人工智能教育是面向未来的教育，是培养具有“从0到1”的创新思维、科学思维、应用思维、逻辑思维的新型人才的重要教育模式，是实现教育优质均衡、品牌特色和新型智慧教育建设的重要补充和关键环节。

建设必要性1、落实国家的政策要求人工智能已经上升为国家战略，成为经济增长的核心驱动力。我国正在举全国之力，建设人工智能强国，其重点正是人才的培养。为主动适应人工智能、大数据等新技术变革，国务院、教育部等部门纷纷出台政策，明确提出要在中小学开展人工智能教育，充分适应信息时代、智能时代发展需要的人工智能课程内容。2、适应人才培养需求人工智能、大数据、区块链等技术迅猛发展，将深刻改变教育形态。智能环境不仅改变了教与学的方式，而且已经开始深入影响到教育的理念、文化和生态。人工智能已经融入到生活的方方面面，无论孩子们未来身处哪一个行业，人工智能都将成为他们工作或生活中不可或缺的工具，必须要适应智能社会的学习、工作与生活环境。中国的人工智能人才缺口超过500万，国内的供求比例为1：10，供需比例严重失衡。当务之急需要从基础教育阶段做起，扎实推进人工智能教育进校园、进课堂，加强人才培养，补齐人才短板。因此，站在新的历史起点，必须聚焦新时代对人才培养的新需求，利用智能技术加快推动人才培养模式。3、全面提升师生信息素养充分认识提升信息素养对于落实立德树人目标、培养创新人才的重要作用，着力推进人工智能教育课程实施，助推师生信息素养全面提升行动。当前，教育部已启动“人工智能+教师队伍建设行动”，行动旨在以教师队伍建设为突破口，紧扣教育工作核心环节，以人工智能助推教师专业发展，全面提升教师信息素养，尤其是人工智能素养。在此基础上，全面推动人工智能教育进校园、进课堂，加强学生人工智能等信息技术知识技能、应用能力以及信息意识、信息伦理等方面的培养，提升学生信息素养。

建设目标本项目将重点聚焦**县人工智能基础教育建设，开展人工智能与教育教学融合实践，推进人工智能与学科教学融合研究，培养人工智能名师，将**县打造成区域人工智能教育标杆学校。1、构建**县人工智能教育课程体系让人工智能新技术、新知识进校园、进课堂、进教材，进学生头脑。在此基础上，结合**县智慧教育建设成果、教育特点，探索形成人工智能基础与学科教学融合研究的“**县模式”，打造**县教育品牌。2、打造**县人工智能体验中心将人工智能在各行各业先进及成熟的应用，通过学生能够理解的、直观的形式呈现出来，让更多的学生去接触人工智能，培养学生的人工智能思维和兴趣、人工智能思维。**县通过人工智能课程体系逐步沉淀出一批对人工智能有兴趣、学习及动手能力强的学生，在创新中心展开各种社团活动，进行跨学科应用实践、研究创新，同时将社团成员组成学校队伍参与到各种竞赛活动中。3、实现人工智能素养全面提升计划持续加大**县教师队伍人工智能素养建设力度。我公司作为全球领先的人工智能企业，集合了来自学术界和产业界的顶级人才，并率先成立了人工智能教育研究院。依托我公司提供专业的、体系化的师资培训服务，组织分层、分类培训、教学、观摩活动，全面提升教师队伍人工智能素养。

总体设计本项目是新时代下**县新型智慧教育建设的重要组成部分，按照“顶层规划、统筹推进、试点引领、分层推进”的实施原则，系统性、体系化地规划**县人工智能教育。项目按照“1+4+1”体系进行整体设计。“1+4+1”即一个平台即**县人工智能教育教学实验平台、四项建设即聚焦AI教材、AI课程、AI机器人、AI服务、一项体验即建设**县人工智能创新中心AILab，系统性、体系化地规划设计人工智能教育。详细架构设计如下：项目部署校级人工智能教学实验平台，采用公有云的建设模式，复用现有的学生计算机教室场地，构建人工智能教学实验平台。根据上课总人数、同时上课人数等可灵活进行按需配置。同时，该平台具有良好的开放性和可拓展性，可根据项目服务范围、规模等进行扩容，满足新增学校使用需求。

详细建设内容人工智能教学实验平台**县人工智能实验平台基于我公司科技自主研发的深度学习训练平台SenseParrots，继承了SenseParrots的核心AI算法与模型，同时面向小学阶段师生进行了代码的封装与调用方式的简化，结合专为小学阶段人工智能教育开发的教材与配套实验课程，形成了教、学、练、研的体系化教学实验平台。**县人工智能教育教学实验平台也是未来科研创新中心的能力基础。平台专为学校开展人工智能教育的现实情况设计，是一个集成了学生、老师、管理员功能的人工智能编程教学与管理系统，支持多学生同时上课，支持老师打分，支持管理员后台管理。平台支持深度学习计算，并且提供封装好的深度学习API接口，可供调用。平台采用B/S架构，学生无需具有较高的计算机基础和编程基础知识，学校也无需对现有机房设备进行大规模升级与配置。课堂上，学生只需在机房电脑上启动浏览器，输入教学实验平台服务器网址，输入个人账号密码登录，即可开始人工智能编程学习。目前平台上已经拥有了《人工智能入门》教材配套的基础实验课程和其他配套教育机器人小车的拓展实验课程。本项目建设的人工智能教育教学实验平台作为目前最先进的中小学人工智能教学实验平台，其主旨的“智行合一”，让学生不仅紧密贴合人工智能的理论知识教学，还能在实践中体验人工智能编程。同时，平台还兼备根据教学和发展的需要，提供优化迭代、平台扩展等功能。平台页面人工智能教材根据国务院印发的《新一代人工智能发展规划》中的“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”的战略要求，基于信息技术课程标准，我公司科技的专家团队经过对小学生的知识现状和认知能力的深入探索研究，参考《中小学综合实践课程指导纲要》与科学课程标准，发布面向小学阶段的《人工智能启蒙》，配套我公司原创的教学实验平台，将最前沿人工智能理论知识转化成通俗易懂的教育语言，针对小学阶段打造了一系列寓教于乐的人工智能课程。《人工智能启蒙》是面向小学学段的人工智能教材，教材一共规划为6册。教材采用图文并茂的方式对人工智能教材进行阐述，充分考虑了小学生的特点，教材的表述方式符合小学生的认知，运用常见、简单的信息技术解决实际问题，并服务于学习和生活。教材章节编排上以任务驱动为主，穿插进行知识的普及，通过一系列的探究，引导学生了解并掌握人工智能的相关知识及原理，在全身心参与的活动中，发现、分析和解决问题，体验和感受生活，发展实践创新能力。本次项目涉及教材第一、二册。第一册围绕人工智能相关领域的知识与应用展开，目的是让学生了解人工智能技术、体验应用，能够正确的认知人工智能，并承担起相应的智能社会责任；第二册围绕智能小车开展，通过指令的编写，完成一系列小车的控制任务，初步认识控制，为后续课程积累经验。教材中强调“做一做”与“评一评”，通过“做一做”版块的设置，不但加强学生的动手实践，同时针对“评一评”来反思评价自己的所学，为不断深入理解并掌握人工智能做准备。《人工智能启蒙》小学教材封面图人工智能实验课程我公司人工智能实验系列课程是教育团队资深专家联合一线教师团队共同精心打造的人工智能学习课程。课程积极响应国务院印发的《新一代人工智能发展规划》，把培养学生的核心素养作为课程的重要目标落实到教材、课程平台与教育机器人当中。各学段课程前后衔接、难度递进、科学合理，秉承从体验认知到理解应用的思路，目的是让学生对人工智能的基本原理形成初步的认识，并且对人工智能领域中涉及的问题和方法进行思考，从而进一步参与到对人工智能进行创新的领域之中。课程部分融合游戏化的元素以及编程机器人控制，从基础Python编程、机器人控制到人工智能体系化感知学习，以项目式、寓教于乐的教学方式层层渗透推进。深入浅出：体系化的讲解人工智能的概念及各个领域中的应用；实践性强：将人工智能核心技术在各领域中的实际应用，通过教学设计转化成教学中的案例；寓教于乐：通过游戏化设计、娱乐化教学，提升学员兴趣。基础类课程SenseRoverMini小车实验课程课程将学习的编程基础知识有效地应用到实际的场景中去。课程内容综合小车的基础控制、传感器的学习和使用、循环任务的实现、走线与避障、优化控制等任务，加强学生的动手实践能力，自主多样化地完成各个项目任务。该课程须至少包含两部分，课程实验数量不少于12个。通过课程的学习，学生能够积极培养出探索精神，进一步提升理论联系实际的实践能力。（1）认识并了解智能小车的机械结构，学习前进函数，完成小车前进实验。（2）了解差速控制的原理，学习转弯函数，支持控制小车前两排的转动角度，完成小车转弯实验。（3）支持使用小车的控制指令，选取不同的速度，尝试不同的时间、角度等因素，操控小车完成通过U型弯实验。（4）认识并使用循环结构，支持使用循环结构重复多次地执行弧轨迹的行进代码，实现让小车走任意的圈数，完成相关实验。（5）了解并使用光电传感器，利用光电传感器能够检测目标位置光线的强度并返回一个数值的特性，支持通过函数获得所有光电传感器的值，控制小车完成指定实验。（6）学习了解并使用颜色传感器，支持通过颜色传感器的数值，判断小车所在物体颜色，完成相关实验。（7）学习了解并使用距离传感器，支持通过调用函数获取传感器到障碍物的距离，操控小车完成开环控制行走和完成闭环控制行走的实验。（8）学习利用小车测距传感器转弯，保持与障碍物的距离的同时让小车自动控制行走轨迹，遇到弧形障碍物时自动转弯，在车道中间行走等实验。（9）利用所学传感器知识，支持学生编写程序，控制小车成功逃脱迷宫完成实验任务。（10）学习了解双光电巡线，加深对光电传感器的了解，调用函数，通过车轮光电传感器检测对黑白不同的返回数值，完成相关实验。（11）学习了解多光电巡线，了解优化控制算法的简单原理，帮助小车利用多光电传感器巡线时使用更好的控制策略。（12）学习了解PD控制器，学会使用PD控制器,支持调用预先提供好的PID巡线函数，支持通过修改参数观察小车不同的巡线效果，使得小车巡线更加优化和稳定。SenseStorm智能视觉套件课程SenseStorm通过与乐高EV3套件的搭配使用，赋予原本乐高EV3套件视觉及人工智能元素。Storm智能视觉套件包含树莓派核心板、摄像头、颜色传感器、超声波传感器等配套套件，内容涵盖从机械搭建、基本驱动控制、Python编程基础到人工智能入门进阶学习，课程体系完善，可以完成球体追踪、球体守门员、颜色巡线小车等不同造型、不同功能的积木搭建和程序编写，可以提高学生动手能力和解决问题的能力。SenseStorm的课程可以搭配初中教材、教案以及乐高拼接指南，简化了老师备课难度，其项目制、任务制的设计很适合进行兴趣班、培训班的教学。目前与教学实验平台配套已经推出30节适合初中生的课程，分为基础版、提高版和进阶版。学生通过学习不仅可以训练自己的动手能力，进行相应机器人的搭接，还可以通过SenseStorm智能视觉套件对AI相关识别、检测、跟踪的知识进行掌握。可编程教育机器人SenseRoverMini迷你小车SenseRoverMini是一台能装进口袋的、多种传感器的迷你小车，能够实现巡线、颜色识别、竞速等功能。基于教学实验平台配套课程，学生可以使用SenseRoverMini小车进行进阶Python编程和传感器、电机控制的学习。1）尺寸：167mm*98.7mm*58mm2）行进速度：最大速度为4km/h；3）传感器：颜色传感器*1、光电传感器*5、TOF（距离）传感器*24）电机：驱动电机：直流减速电机带编码器×2，后轮驱动；转向电机：舵机×1，前轮转向5）电源：电池，3400mAhMini小车实物图SenseSorm智能视觉套件以SenseStorm智能套件为平台，借助摄像头采集视频数据，进行图片识别等人工智能相关演示操作，作为实验室展示需求的情况下，可以通过简单的操作就可以直接实现以下几种功能：巡线智能车、机器人避障、球体追踪机器人、手势识别智能车和人体追踪机器人等。SenseStorm是一款可以支持与乐高拼接的智能套件，搭载手势识别、人体跟踪和人脸检测等SDK，与乐高电机、传感器相结合，通过检测的返回结果控制下位机进行不同的操作。1）树莓派核心板：RaspberryPi3B+2）传感器：颜色传感器*1、超声波传感器*1

项目运营培训服务说明针对上述配套教材及实验课程的教学内容，均须配套对应的教学PPT、教案、学案、知识图谱等教学资源以及培训PPT、培训视频、考试试题、示范课程等培训资源。培训须达到的目标：（1）了解人工智能技术的定义、发展历史及应用现状，加强对人工智能的正确认知和理解；（2）了解人工智能教育实践，理解AI教育教学理论框架及课程设计；（3）学习并透彻理解人工智能教材基础知识，熟悉并可以高效利用人工智能教学实验平台；（4）针对人工智能教育教学内容、方式等进行充分交流和探讨。培训须采用“线上+线下”相结合的教学模式，须按照“在线导学+直播串讲、重难点答疑+在线技术服务”培训方式，保障教师真正具备人工智能课程教学的能力。1、各学段培训约4周，每周两次直播，第五周安排考核；2、直播主要内容是知识点串讲、重难点讲解及答疑解惑；3、每次直播前提供在线的学习资源，供老师预习，周末为复习时间；4、培训期间提供在线技术答疑。一期主要培训内容：围绕《人工智能启蒙》第一、二册内容和平台实验操作。包括：人工智能概览、python编程基础、3D噜噜、人工智能启蒙初步、智能车的入门与控制。运营服务说明针对本项目，提供专业、体系化的运营服务，包括平台免费升级、技术维护服务、教学活动组织等。要求配置不少于2人的运营服务工程师进行驻校服务。详细如下：1、学校服务运营（1）周频用户沟通，问题反馈，月频向学校领导汇报开课情况；针对平台及教学过程中存在的问题进行解决，如平台升级、故障处理、例行巡检、应急措施、为用户提供平台升级的合理化建议等；（2）每学期配合教师输出人工智能教育示范课例不少于2节；（3）每学年组织不少于2场专家讲座（线下或线上的方式）；（4）每学年组织不少于2场的校级展示交流活动、听评课活动，逐步扩大学校在人工智能教育方面的示范效应，打造区域人工智能教育样板校。（5）运营计划阶段时间具体工作责任人开课准备开学前1周完成学习平台及学校硬件巡检工作运营人员确认课程排课时间，制定本学期入校计划运营人员、校方召开开课启动会，明确工作小组校方课程展示第1周确认展示课教师进行磨课运营人员、教师第2周试讲、公开课展示，课后教学研讨教师、运营人员集备活动第1周组建人工智能课程教研组校方整学期开展集备教研活动，以人工智能教育理念为核心，结合班级学情进行备课；（教研专家线上参与2次）校方、教研专家交流活动建议期中协助组织1次全区展评课交流活动局方、校方日常运营周频用户沟通，问题反馈运营人员双周频利用集备时间进行授课教师使用交流会月频开课数据汇报及问题建议反馈期中召开阶段性应用交流会，指导后续工作运营人员、校方定期常态化开课监督，定期组织应用交流会校方学期末总结汇报本学期开课及使用情况，制定下学期开课规划校方2、资源运营（1）本地课程资源运营提供匹配我公司人工智能教材章节内容的教学资源，包括配套对应的教学PPT、教案、学案、知识图谱等教学资源以及培训PPT、培训视频、考试试题、示范课程等培训资源。优质课例合作。与学校联合打造示范课例，带动周边学校进行教学实践，教学反思。优化课堂实施。定期对课程资源进行推介，鼓励教师结合学情进行二次备课，活学活用。（2）课程深度运营开展基于我公司教育种子教师教学方案的应用教研培训。邀请教研培训专家对学校推选出的种子教师进行定期的线上一对一授课指导。3、活动运营（1）优质资源评选每学期在区域内组织1次优质资源评选活动，不限于线上投票及线下展示，采取多维度评分标准，对人工智能课程教师在课堂实施过程中所产生的体系化资源以课程包形式进行综合评价。（2）应用效果交流会每学期组织区域内学校进行展评课观摩活动及应用交流会，将人工智能课程实施效果通过直观的方式，呈现给更多教师，提升学校人工智能教育在本地的影响力，并通过交流会的形式，总结经验，优化成效。

人工智能教育实施计划学校基础环境要求以学校计算机机房为教学课程地点，学校仅须配置一定配置的计算机，满足符合要求的网络环境即可，同时配置麦克风、摄像头等外接输入设备。1、计算机配置要求处理器：IntelCorei3-6100及以上内存：4GB及以上显卡：IntelHDGraphics530及以上硬盘：不低于50G空闲容量麦克风、摄像头、键盘等输入设备2、计算机机房网络要求1、保证每个学生计算机与数据中心之间的上下行带宽有至少2Mbps；2、保证教室有Wi-Fi网络，按照教室容纳学生的规模，Wi-Fi路由器或AP需要支持相应的连接数，计算方式如下：需要确保Wi-Fi网络能支持大于等于60个设备（30个Mini小车）；同时要保证有线局域网和Wi-Fi网络是同一个局域网。3、确保学生计算机和机器人小车使用的局域网的独立性和隔离性，保证专网专用，不可连入手机等其他设备，以免对教学实验产生干扰；4、确保局域网的稳定性，包括能够进行正常的UDP广播、不丢包等；5、确保局域网/教育网的网络延时较低，要求如下：学生计算机的浏览器访问教学实验平台的网络延时需尽量控制在250ms以内；教室局域网的网络延时需控制在50ms内；教师培训服务教师培训是响应对新时代教师队伍建设以及创新人才培养工作的任务要求，深入探索和实践人工智能教育师资培养模式，促进人工智能教育的深入开展，开展的人工智能教师培训项目。培训目标（1）了解人工智能技术的定义、发展历史及应用现状，对人工智能有更深入的认知；（2）了解我公司及我公司AI教育实践，理解AI教育教学理论框架及设计；（3）学习并透彻理解教材知识，熟悉并可以高效利用我公司实验平台；（4）针对AI教育教学进行充分交流和探讨；（5）在学校开设人工智能智能课程，具备人工智能课程教学的能力。培训对象（1）信息技术或计算机相关授课教师；（2）对人工智能与人工智能教学富有热情的教师；培训方案此次培训以线上培训和线下培训相结合方式。资源包括培训课件、知识图谱、视频等教学资源，依托我公司教育官方网站及线上资源开展教学培训工作。1、第一阶段培训，以线下自学为主。（1）集中观看学习林达华教授的《人工智能第一课》；（2）通读我公司人工智能教育教材；（3）将提供高中课件和知识点图谱，老师们结合教材和预习资料，对各章节的主要知识点进行熟悉、掌握；（4）配套提供一些习题，供老师们学习自测，同时为第二阶段培训打好基础。2、第二阶段培训，以集中培训为主。（1）集中组织3天课程培训，围绕人工智能知识点、课程操作、教学示范等进行培训，系统性、体系化地学习人工智能课程内容、教学重点以及教学方案，全面提升人工智能认知水平、教学能力。课程安排示例如下：日期时间内容第一天9:00-10:00人工智能概览10:00-12:00人工智能的案例分析13:30-16:30Python编程基础与实践16:30-17:00学员互动讨论第二天9:00-12:00虚拟小车13:30-16:30Mini小车与智能控制16:30-17:00学员互动讨论第三天9:00-12:00机器学习初探13:30-17:00试讲+互动+结业（2）教学视频范例等线上教学资源集中温习，温故而知新，进一步巩固教师人工智能理论水平和课堂教学能力。3、第三轮培训，以线上答疑为主。集中培训之后，定期收集老师们的问题和难题，针对集中性、多频次的问题进行专人答疑。4、考核方式3次直播答疑结束后，所有参加培训老师计划将进行线上考试。考试试题由我公司科技培训团队提供，70分以上为及格。此外，针对即将开课的老师，考核分为线上考试和教学设计两部分：以小组为单位，每组给定选定题目，小组进行学习讨论，提交教学设计。教学设计占比为30%，线上考试成绩占比70%。在线考试不及格的老师统一组织补考，每人最多3次考试机会，在此之前通过考核的老师均可获得由教育局颁发的人工智能教育结业证书，并计入继续教育学分。考核结果和培训总结于考试结束后提交。讲师介绍王兆均，复旦大学理学学士、硕士，纽约州立大学石溪分校电子与计算机工程硕士，现任我公司科技教育事业部人工智能师资培训专家。祁荣宾，哈尔滨工业大学导航制导与控制专业博士，现任我公司科技教育事业部人工智能师资培训专家，原华东理工大学信息科学与工程学