信息技術支撐下的科技創新教育

太原市第十二中學 劉 君 高一華

太原十二中創建于1956年，發展至今，已有5個校區，辦學規模102 個教學班，在校學生5000 余人。學校堅持“一切為了學生的健康成長”的辦學理念和“一體兩翼”育人模式，全面落實立德樹人根本任務，全面提升學生的人文素養和科學素養，逐步形成了科技創新教育辦學特色。學校先后獲得了“山西省示范高中”、“山西省素質教育示范?！?、“現代教育技術實驗學?！?、“山西省基礎教育課程改革先進學?！?、“全國中小學人工智能教育實驗?！?、“中國STEM 教育2029 創新行動計劃領航學?！?、“首屆全國文明校園”等榮譽稱號。

一、實施背景

2016年6月中央政府大力推動科技創新教育,國家在發布的《教育信息化“十三五”規劃》中提倡有條件的地區要積極探索信息技術在“眾創空間”、跨學科學習(STEAM 教育)、創客教育等新的教育模式中的應用，深化信息技術與教育教學的融合發展，從服務教育教學拓展為服務育人全過程。

2017年7月國家發布《新一代人工智能發展規劃》, 明確指出人工智能成為國際競爭的新焦點，應逐步開展全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育、建設人工智能學科，培養復合型人才，形成我國人工智能人才高地。為實現該目標，教育部特別提出需要在中小學設置人工智能課程、編程類課程。并在《規劃》中提出，實施全民智能教育項目，在中小學設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學軟件、游戲的開發和推廣。

2018年1月國家教育部發布《普通高中課程方案和語文等學科課程標準（2017年版）》,其中人工智能正式被納入《普通高中信息技術課程標準》新課標。

2018年4月國家發布《教育信息化2.0 行動計劃》, 指出了教育信息化2.0 行動計劃是順應智能環境下教育發展的必然選擇，確定實施“智慧教育創新發展行動”。

2020年12月《山西省教育廳關于加強和改進新時代基礎教育教研工作的實施意見》探索適應課程改革需要的教研工作機制，開展跨區域、跨學校和跨學科的教研活動。以人工智能、大數據、云計算、物聯網等新興技術為基礎，積極開展智慧教研探索與實踐，推動教研理念、模式、內容、方法及機制創新。

二、模式創新及成效

1.頂層設計，自上而下，提供組織保障

學校堅持“一體兩翼”育人模式：“一體”是指落實立德樹人根本任務，“兩翼”是指全面提升學生的人文素養和科學素養。為更好地落實“一體兩翼”育人模式，學校于2020年9月對學校組織架構進行了調整，變原科層制為中心負責制。成立了“六大中心”（黨群工作中心、教學服務中心、創新教育中心、學生發展中心、文化藝體中心、后勤保障中心），管理模式不斷創新，工作效能進一步提高，實現了“一個集團、四個校區、統一管理、高效運轉、特色辦學、優質發展”的全新局面。其中創新教育中心下機器人、航模、創客等社團以及人工智能實驗室為學生參與科技類活動和競賽提供了豐富的場地、平臺和設施，通過專職創客、機器人教師、班主任和任課教師的配合，實施具體工作安排。

學校成立由校長擔任組長，副校長擔任副組長，各部門中層領導擔任主要成員的創新教育指導組，由校長牽頭，各副校長及各部門中層領導積極參與，配合全體教師，共同完成學生的創新教育指導工作。

2.群策群力，多方合作，構建專業師資隊伍

學校成立創新教育指導組，在創新教育中心的基礎上，發展校企合作、高校聯盟，配置專業教師，以專職指導教師為主，聯合相關職能處室、學科組及班主任教師，組成全員指導的創新科技指導隊伍，組織教師外出培訓學習、參觀體驗，借鑒其他省份優秀學校的相關經驗，并通過開展輻射式培訓，發展專業的師資隊伍。

3.完善課程體系建設，推動STEM 項目式學習

結合本校特點，自主開發適合學生的科技類課程。學校建設了機器人、人工智能、航模、創客實驗室等創新訓練空間，配套完善相關課程及設施設備，包括樂高套件、賽季場地、航模、遙控器、模擬器、DFRobot 開源硬件等，此外在北大街校區成立了太原十二中創新教育基地，包括STEAM 教學空間、領軍人才活動中心、蹦豆創客學院三個教學區域。

基于眾多的平臺和設備，學校建設了相關的校本課程，分為必修課和選修課。其中必修課包括人工智能和創客，選修課包括無人機、航模、FLL 和Robo-Master。

（1）航模和無人機課程

學校航模隊2011年成立，至今已建成成熟的課程體系，包括紙飛機、模擬飛行，航模搭建等，航模是一項飛向天空的體育運動，它涵蓋機械、電子、計算機編程、無線電通信、遙感等多方面知識，學校航模社為學生配備了泡沫 KT 板、碳纖維加強桿、膠水、切割工具、無刷電機、螺旋槳、電子調速器、舵機、電池、遙控器等相應設備，學生通過親自動手制作航模，編程和操作飛行，理解飛機飛行原理、如何保持穩定、空氣氣流動力學等多種知識。學校航模隊每年代表山西參加全國比賽，屢獲殊榮，其中蔡佳晟同學多次代表山西省參加國際比賽并獲獎，廖原同學考入浙江大學，現于英國通訊無人機專業讀博。學生通過學習航模知識，親手制作航模飛機，參加航?；顒雍捅荣?，控制飛機盤旋、翻轉，實現了空中翱翔的夢想，不僅豐富了生活，開闊了眼界，更有同學因為這些經歷而立志長大為祖國航天事業做出貢獻，這是最好的愛國教育。2019年學校獲中國航空運動協會授予的“校園航空飛行營地”榮譽稱號。

（2）機器人課程

機器人設計涉及到數學邏輯思維、計算機算法初步、結構搭建、物理受力分析、電路連接等多學科知識，在日常訓練過程中，我們采用基于項目的任務驅動法進行教學，如“絢彩燈光”、“掃射攻擊”、“視線跟隨”、“智能巡線”等項目，在項目任務完成過程中滲透變量、分支、循環等編程知識及齒輪傳動、電機驅動，顏色傳感器、陀螺儀等的用法，實現了“做中學”，“玩中學”。學校機器人隊于2015年成立后，參加WER 和FLL 比賽基本囊括省市前三甲，代表山西參加全國賽并屢創佳績，2018年FIRST 中國機器人大會上，學校機器人隊郭肖慧同學在PREP 留學優先計劃面試中獲得美國密爾沃基工程學院的Offer，同時獲得68000 美元的獎學金。郭肖慧同學談到參加機器人比賽的感想，說機器人結構的設計是比賽的關鍵，在平時的訓練中，完成結構設計之后要嘗試著與隊友分享，在相互分享與交流的過程中，常常會碰撞出新的想法與思路，會找到機器人活動的樂趣，這時的機器人學習就不會是一項任務，而是一種玩耍。能力才是相伴一生的財富。

（3）人工智能課程

2019年，學校被中央電教館遴選為22 所“全國中小學人工智能教育實驗?！敝?，是山西省唯一一所，為了有效開展人工智能課程，學校組織相關老師參加了在合肥舉辦的中小學人工智能教育試點工作培訓會，隨后于11月中旬依托中央電教館的AI 教學資源網、百度EasyDL 深度學習等人工智能應用學習平臺、《人工智能》初高中教材，在高一、初一全年級開設必修課，旨在科普人工智能相關理論，培養學生對人工智能專業的興趣。

在教學探索過程中，我們逐漸認識到，人工智能是一門新興的技術交叉科學，主要研究如何使機器具有人的智能并開發相應的技術、方法和應用系統，涉及計算機科學、數學、哲學、社會學、認知科學、腦科學、生理學、心理學多個學科領域，其學科交叉性意味著在教學過程不能使用單一的教學方法，這與基于項目的學習、STEAM 教育理念相契合，因此我們逐漸構建了基于STEAM 教育理念的項目教學模式，形成了一系列教學資源，并將研究成果匯入國家級課題《基于STEM 教育的中學人工智能課程教學案例研究》，為開展和推廣中學人工智能教育做出了積極探索。2020年，學生溫凱峰考入哈爾濱工業大學工科試驗班（智能裝備）。

（4）基于STEAM 的創客課程

創客活動包含硬件搭建和程序設計兩部分，其中硬件搭建涉及到3D 打印、激光切割、圖形設計等多方面的知識，學生需要根據主題進行整體設計，制作項目實現方案，結合硬件結構進行程序設計，最終完成項目，用以解決生活中的實際問題。學校初一、高一年級每個班級都去北大街創新教育基地上課，進行創意項目制作，例如“智能宮燈”、“智能垃圾桶”、“智能拐杖”等，通過自己動手實踐、編程、小組合作，學生的信息素養、計算思維、動手能力都有所提升。

三、經驗與反思

數字校園建設和以信息技術為輔助的教學模式顯然已經成為時代發展的必然趨勢，學校著重打造了一系列以信息技術為基礎的精品科技社團和精品課程，取得了豐富的成果，也為教師在教學科研方面的工作開展指明了方向，收獲了以下經驗和體會：

1.順應時代，堅決貫徹執行黨的方針政策

十八大以來，我國的教育信息化發展處于前所未有的戰略機遇期，國家的政策力度顯著提升，此時學校務必要抓住時機，堅決貫徹執行黨和國家教育信息化方針政策，服務于新時代的教育改革發展，為實現中國夢培養大批高素質技術技能型人才。

2.組織保障，為學生個性化發展提供平臺

創新教育課程種類多樣，包括航模、機器人、人工智能都需要大量的資金投入，因此，學校領導的支持和資金的保障是開展數字校園課程建設的首要條件，同時，在組織制度上，成立專門的創新教育中心進行課程開設和管理工作，為必修、選修課程及各社團活動的有序開展提供了保障。

3.變革教學模式，開展基于STEAM 的項目式教學

學校開展的所有科技類課程和活動，都需要理論結合實際，不斷實踐和嘗試，才能獲得較好的成果，這與STEAM 教育理念和項目式教學方式都很契合，因此針對不同的問題、任務、比賽，構建項目主題，策劃項目實施方案，開展基于STEAM 的項目式教學，是針對這些課程的一種可實施且效果良好的教學模式，學生在自己動手實踐的過程中，團隊分工合作，分享交流，思維碰撞，最終完成項目、解決實際問題，不僅獲得了極大的成就感，而且印象深刻，知識記憶更加牢固。

4.興趣體驗，豐富校園文化生活

學校通過舉辦科技節，向全校學生開放實驗室和社團活動室，展示創造成果，學生通過參觀和實際體驗，接觸豐富多彩的科技創新活動，開闊眼界，發現自己的興趣所在，根據自己所喜歡的東西選擇參加其中某項活動，以興趣作為老師，積極參與，用心實踐，真正實現個性化發展。