基于人工智能的科技社团校本课程开发研究

查德清

【摘 要】人工智能教育作为教育发展的新形态，为学校科技社团的发展注入了新的活力，为培育学生科学核心素养提供了新的手段。作为新生事物，基于人工智能的科技社团活动在实践层面出现了一些亟待解决的问题，如活动内容呈现碎片化、松散化、阶段化，不利于系统性地培养学生的科学素养。基于此，本文对人工智能背景下的科技社团校本课程开发进行了探究。

【关键词】人工智能 核心素养 科技社团 校本课程

人工智能的快速发展为深化教育改革带来了无限可能，同时伴随着大数据、深度学习的跨越式发展，更促使了人工智能应用的无所不及。把新技术、新科技引入学校课程教育成为适应时代发展的重要举措。在科技社团中引入适合学生心智发展的人工智能技术，将为学校科技教育增添新的色彩，为提升学生科学核心素养插上腾飞的翅膀。

一、科学学科核心素养内容概述

课程实施是培养学生学科核心素养的重要途径，学校要通过实施国家规定的课程，落实立德树人的根本任务。科学课程是发展学生智力、培育学生能力、形成实践创新力的重要途径之一，我们要通过科学课程的实施，培育学生的科学核心素养。其中科学观念是基础，这是对自然现象的一种基本认识;科学思维是形成科学观念的重要途径;科学探究是通过一定的科学方法获取和处理信息，并对结果进行交流和评价的实践过程;科学态度是本着实事求是的精神，对科学技术持正确立场，具有严谨、执着的探索精神和应有的社会责任感。以上四个维度的内容既相对独立、各有侧重，又紧密联系、相互补充。

科技社团作为科学课程的重要补充和延伸，有助于培养学生善于探究、勇于实践的科学精神，帮助学生形成良好的科学素养。

二、科技社团活动开展现状和构建科技社团校本课程的必要性

随着人工智能的不断普及，《新一代人工智能发展规划》通知的出台，把人工智能教育引入课程教学已然成为不可逆轉的趋势。目前，已有越来越多的学校建起了创客教室、机器人教室等适应时代发展、适合学生实践创新的智慧教室，同时，还组建了活动内容丰富多彩的科技社团，以期育人才、打品牌、创特色。把当前热门的人工智能技术引入科技社团，契合上级教育主管部门通知要求，顺应时代发展潮流，符合学生发展需要。

在实践中，科技社团活动中的传统科技活动项目正逐步被以机器人、物联网等为代表的人工智能项目所取代。特别是近几年，随着各级“科协”对学校科技教育的关注及助推，更加快了人工智能项目进校园的普及程度。在学校的大力支持下，教师参与积极性高，一个又一个科技社团如雨后春笋般涌现出来，成为科技创新人才的重要孵化阵地。同时，在各级各类人工智能项目竞赛的引领下，越来越多的学校开始投入不菲的资金，依托科技社团，轰轰烈烈、如火如荼地参加各类竞赛活动，并且规模不断发展壮大。

随着基于人工智能项目的科技社团活动持续性深入开展，各类问题也开始显现。作为新生事物，人工智能项目科技含量高，挑战性强，教师自身基础薄弱，又没有现成的经验可循，社团活动不可避免地呈现碎片化、松散化、阶段化的状况。很多学校在开展科技社团活动时没有适用的校本课程，社团活动随意性大，缺乏系统性，基本处于摸着石头过河的状态。因此，开发适合科技社团活动的校本课程成为当前急切需要解决的问题。

三、人工智能背景下科技社团校本课程开发策略

作为科学课程的延伸和补充，基于人工智能的科技社团校本课程设计首先要因地制宜，结合学校的实际情况，充分考虑学生的认知规律和年龄特征，要具有可实施性、可操作性。课程安排不能过于“功利性”，仅为竞赛而准备。同时，课程要充分考虑是否有利于学生科学核心素养的养成，要让学生通过实践活动，能认识到技术的学习是为了解决现实问题，并在实践中帮助学生逐步形成科学思维，树立正确的科学观。

1.建立合作机制，实现优势互补

校本课程的开发是一项复杂的系统性工程，涉及课程内容的选取、编排、审定、出版等众多流程，牵涉到人、事、物方方面面的问题。因此，校本课程的开发需要建立一定的合作机制，集思广益，发挥团队的作用。人工智能是一项快速发展的新技术，融合了科学、信息、劳技等众多学科知识。因此，科技社团校本课程的开发具有一定的专业性和学科融合性，学校在组织教师参与开发时，要实现多学科联动，并且做到分工明确，既要发挥个人专长，又要实现融合创新。

在开发过程中，可以科学、信息、劳技等学科任课教师为主体，学校领导和校外专家为指导，实现多层次、全方位的协作。团队先进行科学评估，确定课程开发方向和课程开发目标后，再分工实施。同时，在课程开发过程中，需要充分发挥核心成员在课程开发中的主导作用，在学校管理层面的全局推动下，引导教师团队积极参与。

科技社团辅导教师通常由信息技术、科学和劳技学科的教师组成。这几个学科的教师在参与课程开发的过程中，更要突出其学科优势，把人工智能技术与信息技术、科学及劳技知识进行深度整合，进而实现课程的创新融合，达成人工智能科技社团校本课程的开发目标。

2.基于核心素养优选校本课程的学习内容

科技社团活动的开展，为学生提供了内容丰富多彩的学习平台，同时，提升了学校的办学层次。学校开设科技社团活动的目的是为了丰富学生的业余生活，培养学生适应未来社会的能力，提升学生的科学素养。因此，在开发科技社团校本课程过程中，课程内容的编排始终要围绕核心素养，课程内容要体现科学素养。

引入最前沿的人工智能技术应用于科技社团活动中，符合现代学生的需求，也有助于培养学生的科学探究力和科学创造力，进而为发展学生的科学素养注入动力。人工智能的涉及面广，所涵盖的领域非常宽泛，同时，人工智能技术专业性很强，如何在浩瀚的人工智能海洋中，汲取适合学生发展需要的内容，需要进行大量的学习和筛选。课程开发教师要了解人工智能目前的主要应用情况，熟悉哪些人工智能内容适合引进社团，以此筛选出合适的人工智能项目作为课程学习内容。

人工智能技术有趣而深奥，在设计课程内容时，选择相对浅显但有趣的内容，可以很好地激发学生的学习欲望和探究兴趣，如结合信息技术，设计基于Scratch或Python编程语言的机器人、物联网实验项目。人工智能技术应用开发编程，有一定的挑战性，也比较容易让学生拥有获得感。对这一内容进行设计时，由于学生已有一定的Scratch或Python编程基础，再结合硬件，通过创意编程和硬件设置使想法成为现实，学生会获得极大的成就感，科学思维也可以得到有效提升。另外，通过编程设计，还可以培养学生严谨的科学态度和不懈的科学精神，非常有助于学生科学素养的形成。除了开发机器人、物联网等与信息技术紧密关联的课程内容外，还可以结合劳技学科，设计基于学生动手实践的电子百拼、各类建模实验项目等内容，以丰富科技社团活动内容，从不同层面促进学生科学素养的形成。

3.基于核心素养优化课程的编排和流程

课程内容要体现理论性、可操作性及创新性。人工智能涉及的内容要符合学生的认知规律和年龄特征，有序推进，以模块化、主题化为导向，并与各章节内容相匹配。例如，课程可以先带领学生认识人工智能，并讓学生感知人工智能的强大应用，从而激发探究人工智能的兴趣，再通过大量的应用实例，让学生对人工智能建立初步的认识，形成一定的概念。另外，可以通过体验性学习课程来帮助学生感知人工智能在教育领域的应用，以及熟悉社团人工智能环境，为接下来学生的探究实践打好基础。课程中还可以安排一定数量的影音、图像等内容，进一步激发学生进行科学探究的动力，帮助学生树立科学观念。

在学生学完人工智能强大应用章节后，可通过文字识别、图片识别、语音识别等应用内容的设置，结合各类传感器，借助奇思妙想的编程，来提升学生的实践能力。

总之，要通过“体验—实践—感悟—创新”这样的课程编排体系来组织课程内容，最终在一系列的实践活动中激发学生的科学思维能力。

4.发挥技术优势，实现课程资源多媒体化

人工智能背景下的科技社团校本课程，凸显着时代性、技术性和前沿性。人工智能技术中大量的课程内容需要借助视频、图像、设备实物来呈现，传统的纸质文稿无法满足人工智能课程信息的表达需求。另外，对于多媒体化的内容呈现形式，不仅学生容易学习与交流，而且教师也便于分享与讨论。因此，在开发科技社团校本课程时，除了纸质文稿外，还要注重数字资源的开发。

在运用现代教育技术开发多媒体化校本课程学习资源时，可以专题网站、短视频、公众号等形式呈现，制作出以图文版课程为主，以视频、微课、动画等不同形式学习资源为辅的多媒体化校本课程，以满足社团活动开展及培育学生学科核心素养的需要。

众所周知，校本课程的开发是“讨论—编写—实践—修改”循环往复的过程，不可能一劳永逸。基于人工智能的科技社团校本课程更是如此，课程内容既要符合校情、师情和学情，更要跟上人工智能技术快速迭代的发展脚步。这就要求教育工作者既要脚踏实地，更要与时俱进、积极探索。

实践证明，开展基于人工智能的科技社团活动，符合时代发展的潮流，是提升学生科学素养的有效途径。基于学科核心素养，开发以人工智能技术为内容的校本课程，有助于科技社团活动更好地开展。相信在上级教育主管部门的积极引导下，在各校的大力支持下，在教师们的积极参与下，以及在科技社团课程开发的不断推进下，学生科学核心素养势必落地生根。

注：本文系江苏省教育科学“十三五”规划重点资助课题“基于科学素养养成的K12一贯制科学课程一体化实践研究”研究成果（课题编号：B-a/2016/02/03）。