由中国教育技术协会信息技术教育专业委员会、华人探究学习学会主办的第七届中小学人工智能教育展示活动于2024年5月24—27日在北京举行。展示活动设置了中小学人工智能教育专家论坛、教研论文与示范课展示等内容。我刊选取了本次展示活动综述，以及有代表性、示范性的教学案例、教研论文，以推广人工智能教育的优秀经验，共同促进我国人工智能教育的高质量发展。
教师在中小学人工智能教育展示活动中参加技术测试（第七届中小学人工智能教育展示活动／供图）
新一代人工智能教育的本土探索与创新
——第七届中小学人工智能教育展示活动综述
李绮华、钟柏昌／华南师范大学教育信息技术学院
谢作如／温州科技高级中学
2024年5月，由中国教育技术协会信息技术教育专业委员会和华人探究学习学会联合主办、北京市教育研究院和北京第一师范学校附属小学联合承办的第七届中小学人工智能教育展示活动在北京顺利举行。本届展示活动旨在探讨和推广人工智能教育的优秀经验，促进我国人工智能教育的高质量发展，现场共设置了中小学人工智能教育专家论坛、教师基本功展示、教研论文展示、研究课展示4项活动。来自全国各地的550余名领导、专家、一线教师及相关企业代表参加了展示活动。
专家论坛
关注人工智能教育的创新发展
在我国教育、科技、人才“三位一体”建设的进程中，以人工智能赋能的教育数字化转型和智能化升级，正成为当下教育改革的新趋势。中小学人工智能教育专家论坛围绕新一代人工智能技术发展与教育模式创新开展了深入探讨。
人工智能技术发展与创新应用
随着生成式人工智能的迅猛发展，大规模、高效率、深层次的人机协同成为趋势 [1]，人工智能正在深刻改变着人类学习和生活的方式。在本次论坛中，华人探究学习学会理事长李玉顺教授从国家教育数字化建设的角度阐述了人工智能赋能教育改革的时代价值，他认为以云计算、大数据、人工智能为代表的新技术赋能教育高质量创新发展，有效推动了教育活动空间的升级转型 [2]。清华大学社会科学学院龚超教授指出“人工智能+教育”是国家发展新质生产力的主要阵地，并针对当前生成式人工智能技术的发展动向和变革性影响，探讨了如何更好地构建人机协同的教学新模式。中国人民大学高瓴人工智能学院宋睿华教授从理解、生成与交互3个维度，介绍了“文澜”多模态大模型的研发进展及其在教育领域的新应用场景，这些新工具与新方法不仅有助于提高学习者的参与度和学习动力，而且能够有效提升学生对知识的理解和问题解决的能力。
综上，人工智能技术、教育大数据挖掘、多模态学习分析等关键技术的深度运用，有利于为师生提供更高效且个性化的学情分析与规划指导。创设更开放且多模态的对话环境与交互空间，为培养学生的核心素养和高阶思维能力提供了重要支撑。与此同时，专家学者普遍意识到，人工智能教育应用是把双刃剑，运用技术解决教育问题时，需要回归到特定的产品和应用场景，明晰技术功能的实现边界，以及这些技术如何具体地服务于教育目标和带来教学实践的积极变化，这是人机智能协同有效赋能教育的关键，也是人工智能教育应用领域未来研究的重要方向。
人工智能教育实践与人才培养
人工智能技术的快速发展不仅推动了科技革新的浪潮，同时也激发了我们对拔尖创新人才的迫切需求。人工智能素养是应人工智能技术发展而产生的一种新的素养类型，也是科技创新人才培养的关键组成部分，它为学生提供了适应未来科技创新所需的技术知识、思维模式和情感态度 [3]。尽管当前不少学校已经进行了人工智能教育活动的实践探索，但从实践情况看，依然面临课程定位模糊、内容设计割裂、实施策略单一、课程评价薄弱等挑战。在此背景下，龚超指出，应结合相关顶层设计标准，构建主线引领、逐步进阶、原理与实践并举的中小学人工智能课程体系，课程内容既要顺应学生的认知发展规律，又要体现做中学、用中学和创中学的具身学习特点，以促进学生的全面发展。北京市东城区教育科学研究院郭艳玫认为，在教学实践和资源建设方面，应加强与各级教研专家、高校教师和技术公司的多维联动，充分发挥人工智能教育实验学校的示范作用，以点带面，形成合力，协同推进区域内人工智能教育的深入发展。
在具体实施层面，中国人民大学附属中学围绕素养基础、专业拓展和先修提升3个方面，结合人工智能教学和虚拟仿真平台，打造了“人工智能+X”跨学科课程群，将人工智能教育有效融入学科教学、社团活动与科技竞赛之中。北京第一师范学校附属小学校长狄永杰分享了学校在育人环境建设、教师信息素养提升及人工智能课程实施方面的宝贵实践经验。由此可见，人工智能学习资源及空间建设是保障人工智能课程逐步落实与普及的重要抓手，而师资力量则是保障人工智能教育持续发展与优化的关键因素。当前，信息科技教师是开展人工智能课程的骨干力量，在具体实践过程中仍面临专职教师短缺、专业素养不足等问题。对此，专家鼓励信息科技教师积极与数学、物理、科学、通用技术等学科教师共同建设人工智能课程，并呼吁各地加强中小学人工智能课程师资与跨学科教研培训，以期为我国人工智能教育的持续发展注入强劲动能。
基本功展示
突显人工智能教师的专业素养
面对新一代人工智能教育发展的新趋势，教师需要具备更高的人工智能素养和教学设计能力 [4]。本届活动共遴选出96名中小学人工智能课程教师入围现场基本功展示活动，内容包括“人工智能技术测试”和“说课展示”2个环节。
人工智能技术测试反映教师专业本色
为充分考查教师的人工智能素养与技术应用能力，技术测试环节要求参赛教师在180分钟内完成人工智能基础知识测试，测试内容包括8道客观题和2道综合题。客观题侧重于考查教师对人工智能基础理论和前沿知识的掌握情况。综合题则重在考查教师的编程基础，以及对人工智能原理的理解与技术路线分析能力，题目分别是基于传统机器学习算法的“汽车燃油效率和回归预测”和基于深度学习开发框架应用的“五禽戏图像分类”。测试结果显示，在大语言模型辅助下，客观题得分较高，小学、初中、高中学段教师的平均分分别为21.7分、22.2分和24.8分（满分30分）；综合题得分普遍较低，2道编程题的平均分分别为15.6分（满分30分）和13.5分（满分40分），小学教师得分相对较低，而高中教师整体表现更佳。
虽然此次测试在断网条件下进行，但现场提供的无代码模型训练工具（EasyTrain）、本地搭建环境（XEdu）和大语言模型辅助工具，降低了模型训练和编程的难度。遗憾的是，从技术测试结果看，大部分教师的人工智能素养仍有待提升，尤其体现在对人工智能的理解和系统设计方面。从问题解决的角度而言，面对一个复杂问题时，首先需要分析其技术实现路线，即将大问题分解为若干个子问题，形成问题链，并通过类比、归纳、想象等方法为每个子问题找到合适的解决方案，最终形成新的解题思路。此外，在使用大语言模型工具时，应基于问题的分析与拆解，在提示词中明确具体需求并提供充分的问题描述。例如，在查询“汽车燃油效率和回归预测”的编程代码时，应尽可能说明所需算法和数据集特征，包括哪些数据作为特征值或标签值等，以提高回复的可靠性和有效性。
说课展示体现教师教学特色
教师说课是教学实践的关键环节，它不仅有助于教师系统地构思与规划教学，也是教师展示教学技能和综合素质的机会。
首先，在内容选择方面，教师需基于相关课程标准，充分挖掘人工智能的跨学科性、实践性和发展性，合理选择和组织知识内容。本届参赛教师的说课主题多样，涉及智能小车、智能家居、智能农业、智慧校园等领域，覆盖了人工智能应用、人工智能算法和智能作品开发等内容。相较于传统的人工智能课程主题，个别选题如利用生成式人工智能体验与探索未来职业、基于Chatbot对话程序开发校园人工智能心理安抚助手等，既贴近学生生活又体现了新技术与新方法，更有利于激起学生的探究欲望。此外，智能桥涵积水预警系统、井下生命营救系统、裂缝检测系统等选题，以社会热点问题为切入点，注重引导学生从人工智能角度探索问题解决的思路及方法，更能体现人工智能技术应用的情境性与价值性。
其次，在教法设计方面，以学生为中心是课堂教学方法选用的核心原则。不少参赛教师在“项目化+任务式”的教学模式基础上，灵活运用多种教学方法，形成了个性化的教学策略。例如，在“我的数字设备监督员”项目中，教师结合逆向工程教学法 [5]，设计了“逆向分解—纠错复原—原理探究—迭代升级”的任务主线，以引导学生将复杂系统自顶向下划分成若干子模块，逐步实现对原型作品的复原与优化。再如，在“从数据预测到智慧决策——线性回归探秘”案例中，教师将核心问题“预测网店销售额”分解为4个层层递进的子问题，并围绕问题链设置了对应的教学活动，以帮助学生逐步掌握线性回归算法的原理及应用。
最后，教师的语态和教态是知识、技能、素养传递的重要载体，也是教师最基本的能力。此次活动中，大部分参赛教师在讲台上自信满满、教态大方，无论是课件制作还是教学示范，都展现出了扎实的专业技能与综合素质。
教研论文展示
探索人工智能教育的实施路径
从区域推进方案到校本建设方案，再到课程教学案例，本届展示活动共征集到中小学人工智能教研论文400余篇，内容涵盖人工智能教学案例、经验、方法、模式等方面的探索与实践，主要分为推进方案、教研论文和教学案例3类。
推进方案
为贯彻落实国家人工智能战略规划和创新型人才培养目标，全国各地正积极推进人工智能教育的普及与发展。本届活动共遴选出20余篇区域（校本）推进方案入围现场展示，覆盖广东、浙江、重庆等13个省市，以促进区域间的经验交流与分享。
从区域层面看，构建具有地方特色的人工智能课程体系，整合地方资源以创建虚实结合的教学资源与学习环境，对提升学生科技素养和创新能力、推动教育均衡与创新发展具有重要意义，这也反映了我国在人工智能赋能教育行动中取得的显著进步。例如，深圳市宝安区结合地方特色，建立了分阶段、分层次的人工智能课程体系，并通过规范教材使用、建设教育平台和实验室、提升师资水平等举措，全面推进人工智能课程的实施；温州市围绕育人目标定位、课程内容梳理、创新能力培养和区域均衡发展等关键问题，提出“重构学科教材、细化评价指标、强化学科实践、录制数字课程”等实施策略，构建了素养导向下的“数字+”课程体系和框架。同时，针对农村地区在人工智能普及教育中遇到的问题，有学者提出“设备普及+特色、师资队伍日常化+差异化、区域发展可持续+闭环发展”等改进措施，以促进教育公平和质量提升。
在国家与地区政策的有力推动下，各学校也在积极开发符合本校特色与学生发展目标的人工智能校本课程。例如，杭州市某小学结合当地古镇特色，打造出“AI上智慧古镇”校本课程，通过项目活动引导学生运用人脸识别、智能语音、机器学习等技术，对古镇的郭璞井、乾隆碑和糕点铺进行智能化改造，实现了人工智能教育与地方文化的有机融合。这些举措不仅丰富了学生的学习体验，也为区域人工智能教育的深入实施提供了行之有效的经验。
教研论文
教研论文作为学术性文献，侧重于展示教育研究的理论和实证成果。本届展示活动共遴选出80余篇中小学人工智能教育领域的优秀论文入围现场展示，论文选题从人工智能技术在学科教学中的应用研究，到中小学人工智能课程的教学模式与策略研究，再到“人工智能+X”的跨学科课程与教学研究，反映了人工智能技术在教育中的多元应用，以及教师在整合新技术、推动教育创新中的关键作用。
在人工智能赋能学科教学方面，以生成式人工智能为代表的人工智能工具正在被广泛探索应用于因材施教与个性化学习。例如，“生成式人工智能支持个性化学习的研究与应用”构建了生成式人工智能在高中信息技术编程教学中的应用策略，并通过实证研究发现，经教师二次开发的人工智能助手能够针对程序中的错误为学生提供个性化指导，“问题滤网”的设置有助于提高教学效率和避免技术滥用。
在人工智能课程教学策略方面，不少论文针对实际人工智能课堂教学中存在的学生体验单一、学习层次浅显、技术实践薄弱等问题，从理论与实证两方面予以了积极回应。例如，“大概念视角下的初中人工智能单元教学探索”围绕“感知、表示与推理、机器学习、人机交互、社会影响”五大概念，重组课程内容体系，重构教学模式，并开展相关实证研究，以期为促进人工智能教育的有效实施提供参考。又如，“基于深度学习的小学人工智能教学策略研究”结合教学实践，提出具身体验多元化、分析提炼深度化、程序设计个性化等教学策略，以丰富学生的交互感知，促进其人工智能素养和计算思维的提升。
在跨学科课程设计与实施方面，研究问题主要聚焦于如何通过跨学科学习活动，深化学生对基础知识的理解，同时培养其跨学科创新能力 [6]，从而促进学生核心素养的发展。例如，“基于CDIO模式的小学人工智能跨学科课程构建”以“构思—设计—实现—运作”为实践逻辑，从跨学科概念“系统与模型”出发，设计了涵盖机器学习、智能语音、生物多样性等多学科知识的“别具慧眼AI出行”单元课程。又如，“小学古诗与人工智能深度融合的教学策略研究”将语音识别、人工智能生成创作、智能导航等人工智能知识有效融入小学古诗词教学中的“读、解、绘、寻（写）”4个环节，充分展示了“人工智能+X”跨学科学习对提升学生学科素养和创新能力的重要意义。
教学案例
教学案例是实际教学策略与经验的具体描述。本届展示活动共遴选出50余篇中小学人工智能教育优秀教学案例入围现场展示，从方案设计、教学实施和评价反思等方面为教师提供了实践指导和启示。
首先，在目标与内容方面，人工智能课程强调技术原理与实践应用相结合，凸显人工智能技术应用的必要性，避免知识与实践分裂、学习与应用分离。例如，“人工智能+物理的跨学科课程设计与实施”案例针对物理实验“重力加速度的测量”中的计算成像知识，引导学生比较传统方法和智能方法在解决“看不见”“看不清”问题上的差异，有利于学生理解机器学习原理及其在跨学科研究中的重要性。
其次，在过程与方法方面，人工智能课程倡导以真实问题为情境，以主题任务为载体，以实践探索为主线，灵活运用项目式、情境化和游戏化等多种教学模式。例如，“ChatGPT校园心理医生”主题学习项目基于EDIPT模型，设置了“困秘—解密—探秘—用秘—展秘”5个实践环节，引导学生分析校园心理问题疏导的需求，并结合相关软硬件开发工具设计和开发出作品原型，体会人工智能的应用价值。
最后，在评价与反思方面，大多数案例都设置了相应的学习评价任务，能够从自评、互评、教师评价等多元评价角度，实施作品评价、过程性评价、素养评价等多维度的评价。但也应看到，部分案例仍存在评价依据不充分、评价量表设计主观化、缺乏评价结果分析等问题，需要教师在实践中进一步明确和优化，并将评价结果有效应用于教学过程的持续改进。
研究课展示
打造人工智能课堂的特色生态
在人工智能教育实践中，人工智能技术既作为课堂教学的新内容，又作为赋能教学的新工具，贯穿于课堂的各个环节与场景，形成了新一代人工智能课堂的特色生态。在中小学人工智能研究课展示环节，北京市和平街第一中学的刘志华老师利用腾讯“创想AI”平台和自主开发的特征识别统计工具，引导学生对狼和兔的3种特征进行分析，并通过闯关游戏进行探索与规律验证，进而归纳出决策树的思想与划分标准；北京市第一师范附属小学的李婷老师则以水果分类问题作为切入点，带领学生利用万物识别软件和“畅言智AI”平台开展系列分组实验，探究图像识别的实现原理与应用方法。
从教学视角而言，2位教师围绕“狼兔分类”和“水果分类”的核心问题，设计了相互联系、层次鲜明的问题链，并基于问题创建了一系列探究活动和拓展应用活动，逐步引导学生在实践任务中解决问题，从而获得知识与技能，促进了学生人工智能素养的发展。从技术视角而言，人工智能平台和数字化工具的合理运用，为教师开展以学生为中心的互动探究式教学提供了即时、多维度的技术支持，有助于实现学生思维过程的可视化。从生态视角而言，技术与教学的深度融合增进了学生、教师、技术、环境等要素之间的有机联系，构建了一个灵活开放、智能高效的人工智能课堂生态，这不仅有助于提升生成性学习的效果，促进学生核心素养的发展，而且实现了教育目的与手段的内在统一。由此，2节公开课的顺利开展不仅提供了教学示范，也为教师数字化教学能力的提升和未来人工智能课堂的实施提供了宝贵的思路和方法。
本届展示活动的成功举办，不仅为中小学人工智能教育领域注入了新的活力和动力，而且促进了各地教师之间的经验交流，激发了学生对人工智能的学习兴趣与热情，对我国中小学人工智能教育的发展起到了积极的推动作用。
参考文献
[1] 卢宇，汤筱玙，宋佳宸，等．智能时代的中小学人工智能教育：总体定位与核心内容领域[J]．中国远程教育，2021（5）：22-31+77．
[2] 李玉顺，付苏豪，安欣．数字经济时代学生数字素养的培育——时代价值、理论建构与实践进路[J]．中国电化教育，2023（09）：27-33．
[3] 钟柏昌，刘晓凡，杨明欢．何谓人工智能素养：本质、构成与评价体系[J]．华东师范大学学报（教育科学版），2024，42（1）：71-84．
[4] 钟柏昌，顾荣桢．中小学人工智能教育的五级框架——以“停车场自动抬杆系统的优化”案例为例[J]．中国科技教育，2024（4）：14-20．
[5] 钟柏昌．中小学机器人教育：模式与创新[M]．北京：人民教育出版社，2023：39-42．
[6] 钟柏昌．刘晓凡，陈岚鑫．“新师范”背景下师范生跨学科创新能力培养的基本框架与实践案例[J]．电化教育研究，2023，44（7）：114-120+128．■
来源 | 《中国科技教育》2024-08专题，文章编辑：毕晨辉
编辑、排版 | 孟想