创新途径引领课程-推进青岛市人工智能教育全域普及

创新途径，引领课程——推进青岛市人工智能教育全域普及摘要：青岛市按照“山东龙头、国内一流、全球影响”的整体规划，发布《青岛市人工智能教育实施意见》，提出全域普及人工智能教育的新目标，发布《中小学人工智能教育课程指导纲要》，打造专业教师队伍，建设软硬件相结合的教育教学环境，全面开展课程普及，进行人工智能素养评估，牵头成立国际人工智能教育联盟，并立足于对《中小学人工智能教育课程指导纲要》的全面解读，推动人工智能课程实施水平的全面提升，实现青岛市2022年全面普及人工智能课程的目标。关键词：人工智能教育；核心素养评估青岛市以教育信息化2.0推进为核心，以改革创新为动力，以教育信息化与教育教学深度融合为中心，走出了一条教育信息化的青岛路径，被联合国教科文组织授予“教育信息化示范基地”荣誉称号，青岛教育信息化模式被列为全国27个典型案例之一。2021年，青岛市以人工智能教育为主要特色入选教育部“智慧教育示范区”创建区域，提出全域普及人工智能教育的新目标，并创新“3+2+1+X”的青岛市人工智能教育推进体系，3即人工智能教育纲要、课程、评估三个教学必备环节，2即教师队伍建设、基础环境建设两大基础保障、1即牵头成立国际人工智能教育联盟着眼全球发展，X即不定期、不定向的交流分享。一、制定纲要，顶层引领课程发展《中小学人工智能教育课程指导纲要》（以下简称《纲要》）将人工智能课程确定为具有时代性、综合性、实践性，是科学与人文相统一的、以能力和素养为导向、以人工智能核心概念为基础、强调问题解决和创新应用的课程。据此，青岛市中小学人工智能课程实施坚持普及、拓展与培优类课程三维并举的目标定位，注重计算思维、技术应用与创新、智能社会责任等人工智能学科素养的培育，打造“纲要先行、一纲多本、教练结合”的人工智能课程体系，顶层引领人工智能教育开创崭新征程。二、分类开课，加快课程全面推广基于基础教育阶段学生的学习特点，青岛市以《纲要》为核心，开展人工智能教育创新研究，边实践边总结，整合现有教育资源，强化人工智能与信息技术、创客、机器人、STEAM、程序设计的内在联系，确定了“三段四层”的教学模式（三学段分别是：小学、初中、高中；四层级分别是：1-3年级开展启蒙，4-6年级进行普及，初中普及+培优，高中普及+培优）。（一）案例分享：启蒙教学案例《谁动了我的牌》1-3年级学生对人工智能比较有新鲜感，但年龄小，人工智能的知识储备较少。启蒙教学即通过课上播放人工智能启蒙视频与游戏体验活动相结合的方式，充分调动学生多感官参与，建立对人工智能的直观认知和感性认识，培养学生对人工智能领域的兴趣，本节课例是通过游戏“谁动了我的牌”引导小学生对两幅图片进行“奇偶校验”快速寻找出被动的卡牌，完成游戏任务的过程。学生学会后还可以自己制作卡牌游戏，与同学、家长进行互动，达到寓教于乐的效果。主要流程框架如下：《谁动了我的牌》教学流程框架（二）案例分享：普及教学课例课程《探秘“刷脸时代”》本节课例主要讲授人工智能图像识别中人脸识别技术的原理及应用，并通过感受人脸识别技术对生活和学习带来的影响，激发学生的学习兴趣，提升其创新意和探究思想。教学过程如下：整个教学环节分别是：创设情境导入新课、程序体验理解算法、任务驱动探究新知、作品展示交流分享、拓展提升生活应用、课后练习学以致用。在课堂上，学生通过生活经验+程序体验的方式，理解人脸识别的原理；利用Mind+编程与掌控板的结合，编写人脸识别的门禁系统，进一步了解人脸识别；感受人脸识别技术对生活和学习带来的影响,提升其创新意和探究思想。在教学环节，任务环环相扣，层层递进，由浅入深，引领学生逐步深入理解人脸识别进行逻辑思考，充分发挥学生的主体性。（三）培优教学案例：《鸢尾花分类》本案例是学生在人工智能选修课程中学习的第一个机器学习案例。鸢尾花分类是机器学习经典入门案例，通过鸢尾花花萼长度、花萼宽度、花瓣长度、花瓣宽度进行区分，目标是建立一个机器学习模型预测鸢尾花的品种，属于基础的三分类问题。用于实现分类问题的算法有很多，本例选择支持向量机SVM算法。教学流程：1.课堂导入。由于鸢尾花不属于学生熟悉的花的品种，直接讲授有一定的理解难度，因此设置课堂导入环节，以牡丹花和茉莉花的分辨为例，以此推知鸢尾花的分类依据。教师提前录制视频或现场演示智能识花小程序，验证判断结果。2.机器学习流程讲解。以鸢尾花分类进行流程分析。3.鸢尾花分类项目开展。使学生明确流程的几大步骤，在编程软件中进行注释，依次填充代码。由于学生是第一次开展项目研究，因此需教师亲自演示每一环节步骤，演示过程中注意思路的逐步引领，以及遇到问题时的应对思路。首次学习机器学习项目，应以掌握总体流程为主要目的，使学生明确每句代码的作用和重要参数，详细解析应以小组合作和教师单独答疑为主，以此实现分层教学的效果，保证课程进度的统一性。如课时跨周，应重新回顾所有流程步骤。4.拓展提升。项目最终输出可设置为开放性结果，即使用SVM算法可以得到一个准确率结果，使用其他算法会得出不同的准确率，进度快的小组可以在课时资料（算法汇总）中发掘其他的分类算法并进行尝试，小组之间可进行准确率PK。5.机器学习流程总结和课后拓展。总结机器学习项目流程，拓展思考酒的分类项目，以小组为单位完成项目设计和研究。三、打造名师，保障教育教学开展为满足教育教学需求，青岛市致力于打造一批具有青岛特色的“三高”（专业素质高、授课水平高、教研能力高）名师，以保障课程落地生根。（一）遴选教师，打造队伍体系青岛市创新师资打造路径，建立“2+7”专兼职教研员队伍，通过遴选、培训、教研、集备等活动，从信息、数学、地理、物理等学科培育人工智能教师800余人，初步形成全市人工智能教师队伍体系。通过每年开展线上普及、线下专项培训，每月开展现场会、优质课观摩展示活动，每周开展教研、集备活动，让优秀教师开展课程展示、分享教学经验，实现教师队伍整体教学能力的提升。（二）加强培训，提升教师技能为提升教学和实践能力，改变一线教师普遍缺乏人工智能教学素养的现状，分批次对教师进行人工智能专业培训。仅2021年，就完成34场主题活动，11期人工智能师资培训，20节专家示范课入校，惠及青岛市教师千余人次，并接待常州等外地市人工智能培训500余人次。全面创新人工智能骨干教师培训方式，将原来专家授课式、经验交流式培训都放到现实普及进行；线下全面开展项目式培训，即根据具体的问题情境，以小组合作方式对问题进行分析，利用先进的人工智能套件，运用人工智能图像识别、语音识别、自然语言处理、机器学习等技术，按照区市分组—小组协作—制作作品—上台展示的方式，为每位参与教师提供互相学习、展示自我的平台，调动教师的积极性。（三）理论研究，提高教学质量青岛市抢抓机遇，成功申报教育部《人工智能教育课程教学及应用研究实践共同体》、十三五市重大课题《青岛市中小学实施人工智能教育研究》等课题项目，并顺利完成结题工作。同时，设立青岛市人工智能教育重大课题，持续开展课题研究，从探究人工智能教育课程教学模式、构建青岛人工智能课程资源库、开展学生人工智能学习评估、推进人工智能赋能教育应用等方面，形成研究成果，为青岛市人工智能教育的全面普及提供理论依据。四、完善环境，夯实教学支撑基础造软硬件相结合的基础设施，通过超算中心、教学平台、人工智能实验室的建成与投入使用，真正解决人工智能课程“如何教好”的问题，吸引学生深度参与人工智能学习。（一）建设超算中心，提供环境支撑按照全市统筹规划，区市分布实施的要求，先期投入7000余万元，一次性建设5个“算力支撑、数据共享、网络传输”的集约化人工智能教育超算中心，共提供72个CPU节点、24个GPU节点，最大并发可承载218个班级同时开课。同时，采用分时复用方式，加大原有基础设备统筹利用，提高核心设备利用率。（二）升级教学平台，支撑教育教学为丰富学习体验方式，全方位支撑人工智能教育教学，构建“课程教学、内容创作、开源创新”一体化的人工智能教育服务平台。在青岛教育e平台开设人工智能教育课程学习系统模块，为青岛市中小学师生和教育管理者提供人工智能教育一站式服务。以人工智能教育服务平台为依托，融合课程、实验、培训、展示等内容，汇集编程模块20余种，自主学习项目100余个。（三）出台实验室清单，奠定建设基础根据现行要求和未来规划，完成符合发展要求的人工智能实验室建设标准，出台人工智能实验室清单，累计建成实验室300余间，为20万余名学生提供展示、体验、操作平台。2024年，预计还将整体投入1亿元，完成人工智能实验室全域普及，打造一批集“课程教学、应用实践、互动体验”为一体的综合性人工智能实验室。五、全域统筹，实现人工智能课程全普及（一）专家指导，优化课程实施内容一是依托专家团队，对学校和教师给予跟踪式、常态化的交流指导沟通。组织专家团队定期走进学校，全程听取一线教师的公开课，考察人工智能实验室的建设和配备状况。同时，举行交流座谈，解答学校和教师在人工智能教育推进和教学中遇到的问题和困惑，提出有针对性的指导性意见。二是组织专业团队以送课程、送资源、送专家的形式完成送课入校。2021年，已经组织人工智能博士教学团队先后走进22所学校，送入覆盖中小学各学段的116节精品课程。（二）城乡统筹，开展常态化送课活动青岛市的人工智能教育走的是全域普及的道路，对于部分薄弱区市与薄弱学校，基于现状开展了“基于薄弱学校的送课式教学”，通过教育发展优势区域向相对薄弱区进行课堂输出，实现优势资源的共享、交流，教育薄弱区域通过支教课堂接收输出方的教学资源，解决师资薄弱、教育资源匮乏等难题。薄弱学校送课模式流程（三）案例分享：“创梦乡村-接力帮”人工智能支教活动青岛市城阳区为了使人工智能教育惠及全区每一位学生，区教育体育局信息中心号召全区人工智能专业教师，举全区之力奉献一片爱心，成立支教志愿者队伍，轮流走进山村，以“接力支教”的模式，义务为孩子们授课。每个学期开始，青岛市城阳区的市属学校人工智能教师都会迎来一场“激烈竞争”。报名的老师们有的住在城阳最西部的上马、河套街道，有的住在市北、李沧等其他区市，虽然家庭住址距离支教的学校非常遥远，但是依旧没有阻挡老师们奉献爱心的热情。在街道相关负责人的组织下，他们会提前一周走进相应的山区学校听课，课后和教师积极交流、沟通、探讨，认真了解学生们的学习状况以及课程进度，然后根据学生们的实际学情认真准备下个周的人工智能支教课程。每位志愿支教的教师都是把支教课当成公开课一样去准备，一张张精美的课件，一个个用心准备的板书贴都是有力的证明。甚至有的老师还准备了自己学校学生做的3D打印小作品、小笔记本等作为小礼物，奖励认真听课的孩子们。支教老师们都是驾驶私家车或辗转多班公交车走进山村上课，无论刮风下雨，也没有让山村的孩子们落下一节人工智能课。六、开展评估，检验教育实践结果（一）对标国际，构建整体框架对标国际学生评估项目（PISA），编制《青岛市中小学生人工智能教育评估方案》。明确三学段的感知、表示与推理、机器学习、人机交互、社会影响等五大内容体系，信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任等四项核心素养，以及知识、技能和态度三大支撑因素，在充分研究影响因素和评估策略的基础上，构建整体框架。（二）多样评价，关注立德树人将试题、问卷与项目的测评方式相结合，总结性评价和形成性评价相结合，定量评价和定性评价相结合，让学生、同伴、教师、学校、区域和家长多主体共同参与，突出学生基于真实情境下问题解决的创新应用能力。同时，关注立德树人，有机渗透情感、态度与价值观教育，评价具备良好信息素养的程度。（三）分析数据，厘清教育思路全市开课学校2441名教师，16万余名学生共同参与评估工作。报告结果显示，学生人工智能意识、智能技术应用、实践创新思维、智能社会责任等方面大幅提高，教师在角色重塑、主体意识、教学效能等方面，明显被激发和提升。七、加强宣传，讲好青岛人工智能教育故事青岛市教育局落实“平台思维”，以“搭建平台、聚合资源、勾画蓝图、引领发展”为宗旨成立国际人工智能教育联盟，实现政企研学多方合作、携手创新，围绕人工智能和教育应用场景的融合创新需求，研究制定人工智能教育有关行业标准和评价体系，形成人工智能教育综合解决方案，更好地在基础教育领域实现人工智能教育的落地与接轨，引领人工智能教育稳健地向纵深发展。定期开展人工智能教育现场会、研讨会、交流会，总结青岛人工智能教育典型经验做法。通过展示课、研究课等形式提升课堂教学水平；通过圆桌论坛、经验分享等方式带动青岛人工智能教育走深走实；通过与广州、昆明等兄弟城市之间开展人工智能教育落地和推进、网络资源利用、学生人工智能素养提升、赋能教育教学等方面交流与讨论，推动人工智能学科建设、人才培养、理论创新、技术突破和应用示范等全方位发展，打造出人工