立足區域化人工智能教育，打造信息科技智慧課堂新生態

【摘 要】時代科技力量發展迅猛，人工智能正在以空前的速度影響著我們的生活。與傳統的信息技術學科教學相比，人工智能教育借助人工智能技術以多方位多層次的角度促進信息科技學科教學的新變革。以南京市建鄴區中小學為例，借鑒區域化人工智能教育經驗，構建信息科技智慧課堂生態模型，重點圍繞中小學信息科技學科智慧課堂的典型案例展開介紹并進行分析。

【關鍵詞】中小學信息科技；人工智能教育；智慧課堂；信息素養

【中圖分類號】G434? 【文獻標志碼】A? 【文章編號】1005-6009（2023）52-0030-04

【作者簡介】姜琪，南京市南湖第二小學（南京，210017）教師，一級教師。

2019年年初，江蘇省教育廳印發了《江蘇教育信息化2.0行動計劃》，提出充分利用人工智能技術推動傳統教育向智能教育升級，以不斷深化人工智能等創新應用為主要任務，做到數字校園、智慧校園全覆蓋，并全面提升師生信息素養，積極有效開展中小學人工智能教育，探索人才培養新模式。不難預見，傳統教育模式正在被人工智能技術所打破，中小學人工智能教育是新時代促進教育創新變革的重要力量，對加快實現中國教育現代化具有非常重要的意義?；诖?，本文依托南京市建鄴區人工智能教育經驗，以構建的信息科技智慧課堂生態模型為基礎，著重對建鄴區中小學信息科技學科智慧課堂案例進行探討分析。

一、區域化人工智能教育建設

為貫徹落實國家人工智能戰略規劃和創新型人才培養方針，各地都在積極推進人工智能教育。南京市建鄴區大力支持人工智能教育發展，區級政府投入超5000萬專項資金，以實現區內中學、小學、幼兒園及職業學校的人工智能教育資源全覆蓋。目前，除正在建設的新學校外，均已完成數字校園、智慧校園創建工作，全力構建區域化智慧教育教學新生態。

1.首席信息官（CIO）引領教師發展

2017年，南京市建鄴區教育局建立首席信息官（CIO）制度，50余名分管校長和骨干教師隊伍參加培訓，以戰略、執行、變革、溝通四個層面為目標，采取理論學習、專題研討、名校參觀、網絡研修和報告撰寫五種培訓方式，通過合作、自主探究等學習方式完成為期一年，共計6次的線上、線下混合式培訓。課程內容不僅有信息化建設、人工智能、大數據、云計算、5G等新技術應用的專題講座和實地考察，還包含信息技術與教育教學的深度融合、智慧教學和智慧課堂等教育教學專題學習。CIO隊伍的建立，大幅度提升了區內信息化領導力，并從專業化角度促進區內教師信息素養的形成。

2.智慧校園建設助推智慧環境

2017年秋季學期，第一批南京市智慧校園項目正式開啟申報，建鄴區邀請省、市專家及骨干教師實地考察，并結合學校實際情況進行智慧校園建設初評工作。歷經專家論證提意見，初步建設方案制定，項目調整、完善等流程進行評估工作，全區目前已完成五批次智慧校園創建申報和結項工作，除新建校外，均已完成驗收工作。

3.區校通力合作保障智慧課堂

2019年，建鄴區結合學校實際情況，統一標配人工智能教育教學軟硬件設備，組建優質教師團隊編寫區本化人工智能教材，積極推進各校開展常態化的人工智能基礎課程。區內有一所小學入圍中央電化教育館公布的首批“中小學人工智能教育實驗校（小學階段）”；有一所小學為“江蘇省青少年科技教育協會人工智能教育示范基地”；有一所初中、一所小學榮獲江蘇省智慧校園，十余所學校被驗收為南京市智慧校園示范校；包含中學、小學、幼兒園在內的十余所學校建成南京市“創新教育實驗基地”。信息化軟硬件綜合實力的全速發展以及多方協調、密切合作是智慧教育教學的基礎保障。

二、基于人工智能教育的信息科技智慧課堂生態模型

基于人工智能教育的信息科技智慧課堂，筆者構建了一個整體生態模型（如圖1所示），該模型以學生、教師、家長為中心，以智能軟、硬件的互聯互通，網絡、學科智能學習空間的環境支持，組織團隊的發展和引領三大模塊為基礎支撐。這個模型不局限于課堂的單一建設，而是以多角度多因素來創造的融合生態系統。以AI教學服務設備、智慧課堂互動平臺等智能化軟硬件的配備作為智慧課堂交互工具基礎支撐；以千兆進校園、百兆進班級、無線網絡全覆蓋和智能教室、智慧課堂互動平臺等作為教育專網、智能學習空間環境建設的支持；以區域化CIO、分管校長和骨干教師管理團隊、聯合技術服務團隊等多層面的信息化組織作為發展和引領信息科技學科智慧課堂的服務和指導。

[圖1 基于人工智能教育的信息科技智慧課堂生態模型][學生][教師][家長][智能軟件、硬件

互聯互通]

2021年9月，南京市建鄴區入選人工智能助推教師隊伍建設試點地區。建鄴區不僅緊跟省、市教研室聯合開展人工智能教育教學專題研討活動，在中學信息科技學科還定期組織人工智能工作坊教師教學優質課評比活動，在小學信息科技學科定期安排“人工智能模塊教學中學生思維的養成”項目的專題研究課。在師資力量、軟件設備和硬件設施都已得到有效保障的同時，建鄴區將繼續完善各項機制，高效有力地推進人工智能教育教學工作。目前，區內十余位教師參與區本化教材試用和完善工作，大部分學校均已開設常態化的人工智能校本化課程。接下來，筆者將以建鄴區中小學信息科技學科人工智能單元的智慧課堂為案例展開分析，展示將人工智能技術與教育教學進行深度融合，使得信息科技教學從數字化逐步邁向智能化的方式。

三、教學案例：全面提升教師和學生的信息素養

1.當“人工”遇見“智能”

《初識人工智能》是2018年蘇教版九年級信息技術第八章的內容。該課作為初中階段人工智能單元的起始課，為后續人工智能章節的學習提供基礎。在了解人工智能的基本概念和發展歷程之后，體驗人工智能技術，展望人工智能的發展，思辨其當下及未來對人類的影響，能夠辯證客觀地認識人工智能技術對社會的影響。

導入部分：以“芝麻開門”為情境導入，提出人工智能相關問題，讓學生帶著問題觀看“人工智能視頻短片”介紹。

環節一：通過小愛音箱、智能五子棋PK賽、圖片和語音識別三項教學活動，以師生互動、人機游戲等教學環節體驗人工智能技術。

環節二：思辨“你認為人工智能還會如何發展，有一天會完全取代人類嗎？為什么？”。

課堂總結：回顧本節知識內容、總結與展望——“智能”是“人工”的高級形態。

這節課的教學設計在人工智能教育的基礎上，以學生的興趣和發展潛力為前提，促進自主體驗學習，從而推動個性化發展，使學生深入了解人工智能技術在生活中的應用。

課前：教師準備充分的教學“道具”，小米智能音箱、智能風扇和智能插座等硬件設備，在AI識圖環節中，教學素材網站搭建是有力的軟件支撐。

課中：（1）“人工”與“智能”：讓學生在實際教學中體驗人工智能領域的自然語言處理方法；給學生思考和嘗試的空間，從多角度促進學生對人工智能的深刻理解和認識。（2）體驗活動你我“他”：學生多維度體驗人工智能在生活中的應用實例，建構人工智能知識圖譜；通過人機對抗棋類小游戲，體驗AlphaGo和李世石的“人機”博弈之戰；以小組討論、明理思辨的環節，激發學生對人工智能技術深度探究的內在需求；從豐富的生活實例深入講解AI是用于模擬、延伸和擴展人的智能的新技術科學，讓學生感受到人工智能已滲透到生活中的各個領域。（3）頭腦風暴“議一議”：通過實物體驗AI技術的強大，自然語言和機器語言的現實對比，形成課堂內容的首尾呼應，實時展現“芝麻開門的小魔法”。學生親身感受過初識AI的神秘，更利于理性地認識AI。通過聚焦人工智能的強大，再次發散學生的思維，使其思辨人類與人工智能的關系。（4）技術助力生活：無論是人臉識別、圖片識別還是語音識別技術等，人工智能技術正在悄悄地改變著我們的生活，在“體驗”中“學習”，在“研討”中“成長”，促進學生全方面發展。

課后：教師能夠給學生留下更多的思考時間，以興趣激發思維創新。由此，在“以生為本”的基礎上，讓信息技術智慧課堂真正地展現人工智能的智慧，從而促成教師和學生信息素養的綜合提升。

2.與“機器”說“Hello”

“初識語音識別”是區本化人工智能教材（小學版）《智能語音小助手》部分的內容。本課是在學生初識人工智能課堂之后，讓其了解人工智能中的語音識別技術，清晰掌握語音識別技術的概念和原理，并體驗語音識別技術在生活中的應用。通過算法邏輯分析、程序設計來解決實際中生活遇到的語音識別問題，提升學生的計算思維能力。

導入部分：以連線題來回顧人工智能在生活中的普遍應用，接著教師和機器人“小飛”互動，讓學生猜猜和“小飛”的交流是運用了什么技術，從而引出課題“人工智能的應用——語音識別”。

自學與實踐環節：學生通過閱讀書本，培養自主閱讀和學習能力；在課堂現場進行語音采集，直觀感受聲音的波形圖變化，并帶著問題思考語音識別技術。

視頻教學：世界上第一臺語音識別器是Radio Rex玩具狗，它比世界上第一臺計算機誕生得還要早。最初基于電子計算機的語音識別系統是貝爾實驗室研發的Audrey語音識別系統，可識別10個英文數字。

體驗活動：以小組為單位，通過“你說我做”“你說我寫”“我是小考官”“聞聲識人”四個體驗活動，在平板上使用圖形化編程軟件完成與機器人“小飛”的連接，并按照各組“學習單”體驗內容完成腳本搭建與演示，組內討論交流后，進行課堂評價。

總結課堂：回顧知識、總結與展望——“體驗”活動創造智慧課堂教學新精彩。

學生在軟件平臺中搭建不同的腳本，給機器人傳遞不同的指令，使數據成為智慧課堂的中心。以信息科技學科核心素養為前提，以培養學生的計算思維和創新思維能力為目標，在算法和程序設計中不斷優化和提升，是構建新時代人工智能教育的方向。

智能學習空間：人工智能實驗教室及機器人“小飛”是本節課硬件設備的強有力支撐，依托人工智能教室的軟硬件環境，人“機”交流互動是介紹語音識別技術的良好開端；結合視頻和教師的講解，幫助學生通過多維度教學活動深入了解語音識別技術的概念和原理。課堂當場“翻譯”學生的錄音，用以理解語音識別技術就是讓機器能夠聽懂人類語言的技術。

“以生為本”，教師引導：通過視頻講解，“解密”語音識別技術，讓學生清晰了解語音識別技術的“前世今生”，激發其對現代AI技術的探究欲望，為培養信息技術創新人才做準備。教師引導學生對作品進行自評和組間評價，結合生活中的實際應用場景進行匯報，為課堂的體驗活動留下學習的足跡。

智能軟、硬件的互聯互通：信息技術的飛速發展，帶動教育信息化不斷前行。語音互動“體驗官”，以智能硬件為載體，通過智能軟件的模塊搭建來展現“人機互通”的創意AI作品。語音識別技術來源于生活、服務于生活，是人類與機器溝通交流的橋梁，給我們的學習、工作和生活帶來極大便利。未來的人工智能技術，亟待這一代青少年去創新和研發。

基于建鄴區優越的信息化建設環境，在人工智能實驗教室中，以學生體驗精彩的課堂活動為主線，以教師的多維度引導為興趣出發點，優化教學設計，讓課堂整體教學效果更加精彩紛呈。

人工智能教育是時代使命，以區域化人工智能教育為抓手，打造信息科技智慧課堂新生態是焦點。人工智能技術是智慧教學的關鍵，教師需要緊跟時代步伐，提高自身理論和實踐知識水平，營造良好的智慧課堂環境，全方位改革教育方法，大力推進新技術與教育融合，重構、整合、探究人工智能技術下的教育教學框架。

責任編輯：金茂喆