中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式构建与实践

王同聚 胡小勇 丁美荣

摘 要：随着人工智能技术快速发展，人工智能将逐步进入中小学课程。然而，中小学人工智能教育起步较晚，目前多数中小学教师在大学期间没有学过人工智能相关课程，大部分教师的人工智能知识储备不足，中小学人工智能师资较为短缺，阻碍了中小学校开展人工智能教学活动。本研究引入知识建构和智能教育理论，将AI课程教学空间（Space）、AI课程教学形式（Style）、AI课程教学策略（Strategy）三者进行有机融合，构建了中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式，并分别从实体空间与虚拟空间融合、线上教学与线下教学融合、项目式学习与跨学科学习融合阐释了该模式的内涵。以广州市中小学人工智能师资培训为例介绍了该模式的应用实践，以期为解决中小学人工智能师资严重短缺的难题提供参考和借鉴。

关键词：人工智能；师资培训；“AI-3S”教学模式；教学空间；教学形式；教学策略；“三师课堂”

中图分类号：G4 文献标志码：A 文章编号：2096-0069（2023）02-0001-10

一、研究背景

1956年夏，麦卡锡、明斯基等科学家在美国达特茅斯学院首次提出“人工智能”（Artificial Intelligence，简称AI）这一概念[1]。60多年来，人工智能的发展变迁曾经历了多次高峰、低谷更迭，2000年前后正处于第二次寒冬过后的复苏期。2003年，我国开始将人工智能引入中小学课程，教育部颁布《普通高中技术课程标准（实验）》[2]，把“人工智能初步”列入普通高中信息技术选修模块。但是，当时人工智能仍处于复苏期，由于人工智能技术发展缓慢、应用领域较少、缺少师资等，全国各地开设人工智能课程的学校寥寥无几。2016年3月，AlphaGo 4∶1战胜世界围棋冠军李世石，让人工智能进入了第三次发展高潮。2017年3月，我国第一次把“人工智能”写入了政府工作报告。同年国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》中提出，实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程[3]。2018年1月，教育部发布《普通高中信息技术学科课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“普高新课标”）将“人工智能初步”列为选择性必修模块[4]。2022年4月，教育部发布《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“义教新课标”）也设置了模块九“人工智能与智慧社会”，包括“人工智能的基本概念和常见应用”“人工智能的实现方式”“智慧社会下人工智能的伦理、安全与发展”三部分内容[5]。可见，国家高度重视中小学人工智能课程建设，人工智能进学校已上升为国家战略，全国各地中小学校均以“国家课程”形式推进落实人工智能教育。但是，我国中小学人工智能教育起步较晚，各地在推进中小学人工智能教育过程中遇到的最大困境是人工智能师资缺乏。为解决这一难题，本研究以人工智能新课程标准为指导，引入知识建构和智能教育理论，将AI课程教学空间（Space）、AI课程教学形式（Style）、AI课程教学策略（Strategy）三者进行有机融合，构建了中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式，并应用该模式在广州市开展了中小学人工智能师资培训实践。

（一）国内外人工智能师资队伍建设现状

人工智能等新技术蓬勃发展，正在催生新型教育形态。近年来，全世界均高度重视人工智能师资队伍建设，以多种形式开展人工智能师资培训。美国开发了基于人工智能的自适应学习系统[6]，开展教师职后培训，提升教师人工智能教学能力；日本开展基于编程和机器人的教师教学培训[7]，培养教师的人工智能素養和编程能力；比利时由教育网络机构负责人工智能教师的培训；奥地利将人工智能专题和技术教学嵌入高等教育机构的职前教师教育中；塞尔维亚开发了各种支持人工智能课程的视频、演示文稿和交互式任务并开展教师培训等[8]；澳大利亚开展了基于VR/AR的场景式教师培训[9]；新加坡政府发布“AI 新加坡”项目[10]，启动人工智能师资培训计划。由此可见，世界各国均以不同的形式开展人工智能教师的职前教育和职后培训，通过开发基于人工智能的自适应学习系统，设置编程、机器人、VR/AR课程，推出中小学人工智能教师培训方案和师资队伍建设计划，从而提升教师的人工智能教学能力、人工智能编程能力、人工智能应用创新能力和人工智能素养，为教师开展人工智能课程教学奠定基础。因此，人工智能师资队伍建设已成为各国关注的焦点。

我国也高度重视人工智能师资队伍建设。近年来，国家先后颁布了《关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》《教师教育振兴行动计划（2018—2022年）》《教育部关于实施全国中小学教师信息技术应用能力提升工程2.0的意见》等文件，对师资队伍建设进行了部署，并提出教师需要主动适应人工智能等新技术变革，形成智能化教育意识，掌握智能化教育工具，探索跨学科教学、智能化教育等教育教学新模式 [11]。可见，我国人工智能师资队伍建设已进入了全面提质增效新阶段，并通过国家培训项目和多层次的教师培训计划，开展形式多样的人工智能师资的培训活动。同时多位学者也高度关注人工智能师资队伍建设，顾明远[12]指出，“人工智能+教育”正在引起教育的一场革命，教师要利用人工智能为学生设计科学的学习方案。田慧生[13]认为，人工智能不会淘汰教师，但教师不懂人工智能则可能被淘汰。崔光佐等人[14]提出，明确人工智能课程目标，规划人工智能课程内容，加快人工智能教师培养。陈雷[15]提出，将人工智能融入教师教育的全过程，构建“人工智能+教师教育”生态系统。祝智庭等人[16]认为，智慧教育要本着“个性、协同、共享、思维、创造”的原则，让教师能够施展高效的教学方法。各位学者从不同侧面阐述了人工智能师资队伍建设的重要性和开展人工智能师资培训的必要性。随着人工智能技术的飞速发展，国家急需一批具有创新精神和创新能力的人工智能高端人才。而人工智能人才的培养需要从娃娃抓起，需要从中小学开展普及人工智能教育。但现在中小学人工智能师资较为短缺，必须培训一批合格的人工智能教师队伍，让教师掌握人工智能的基本理论知识和专业技能，具备利用好人工智能进行课堂教学的能力，才能让人工智能进入中小学课堂、进入教师教案、进入学生头脑。教师只有掌握了过硬的人工智能技术应用技能，能熟练地应用人工智能技术授课，将来才不会被时代所淘汰。

综上所述，国内外均高度重视人工智能师资队伍建设，通过多渠道、多策略、多方案实施中小学人工智能师资技能提升工程，通过开展系列培训活动提升教师的人工智能素养。近年来，我国出台了“强师计划”，各级教育行政部门与教研、电教、师训、高校等多部门联合，共同落实国家政策，全面振兴人工智能教师教育，协同推进人工智能师资培训工作。因此，本研究针对国内外人工智能师资现状分析，吸收国内外的成功经验，通过构建恰当的人工智能师资培训模式，培训一批胜任中小学人工智能课程教学的师资队伍，以解决中小学人工智能师资短缺的难题。

（二）人工智能师资培训中存在的问题

人工智能涉及多个学科知识，是跨学科和多领域知识的汇聚和融合。中小学开展人工智能课程教学存在人工智能师资队伍力量较弱、缺少适合的教学模式等难题。

1.中小学人工智能师资缺乏

我国中小学人工智能理论和实践研究尚处于探索阶段，各地在开设中小学人工智能课程中遇到的最大困境是人工智能师资缺乏。为探明中小学人工智能师资的现状，本研究对26所广州市创建全国“智慧教育示范区”支撑校、100所广州市“智慧校园”实验校和147所广州市“人工智能课程改革”实验校的各学科教师开展了问卷调查，共回收有效问卷1074份。调查结果显示，91.62%的教师在大学（含硕士、博士）期间没有学习过人工智能相关的课程，52.14%的教师不能列举出5种以上日常教学中常见的智能技术或智能App应用，72.44%的教师不会在课堂中使用智能教学平台/软件组织学生学习，85.57%的教师没有能力指导学生使用可穿戴设备和虚拟/增强现实技术工具开展学习，67.04%的教师不会使用智能教学平台/软件为学生开展个性化教学辅导，78.96%的教师迫切需要学校给予培训支持和专家指导，61.17%的教师在教学各环节需要人工智能技术提供支持[17]。

上述结果反映出以下几个方面的问题：（1）现在大部分中小学教师在读大学时没有接触过人工智能，多数教师不具备讲授人工智能课程的能力，既掌握人工智能知识又具备跨学科融合能力的教师较少。（2）大部分教师因自身不具备利用人工智能、VR/AR/MR等新技术开展教学的能力，人工智能等新技术在课堂教学中应用率较低，缺乏应用人工智能技术赋能教学创新的意识。（3）大部分教师迫切需要参加人工智能师资培训，提升自身人工智能支持教学技能的愿望强烈。（4）大部分教师在教学中各个环节需要人工智能等新技术提供支持，对人工智能技术在教学中的应用具有强烈需求。

由此可见，为了提升中小学教师的人工智能素养和人工智能技术应用能力，高校、各级教育主管部门和中小学师资培训部门应多方协同联动。目前众多高校已创办人工智能学院，通过开设面向本科生和研究生的人工智能课程，为未来走上中小学教师岗位的大学生开展职前教育培训，提升未来新入职中小学教师的人工智能素养。各级教育主管部门和中小学师资培训部门应重点关注在职教师的培训，拓展人工智能空间，开发人工智能课程资源，构建可行的中小学人工智能师资培训教学模式，开展针对在职中小学人工智能教师的职后培训，培养一支理念新、能力强、素养高、专业化、创新型、技能型的人工智能师资队伍。发挥人工智能支持教学应用成效，对于深化教师教育改革、创新中小学人工智能师资培训模式具有重要意义。

2.缺少成熟的人工智能师资培训模式

師资培训是教师的职后教育和教师专业成长的重要途径，各国在开展师资培训的过程中形成了多种师资培训模式。英国、法国、德国、美国、日本等国家开展中小学教师职后培训，归纳起来有：“课程本位”模式、“教师本位”模式及“学校本位”模式等[18]。我国教育工作者在师资培训中也总结出一些师资培训模式，如胡宝来等人[19]构建了“线上线下融合卷入式”培训模式，在乡村教师培训中取得了一定成效。李金梅[20]构建了“PBL导向的乡村教师”培训模式。潘超等人[21]构建了“三线四段”骨干教师培训模式。而本研究中的培训对象是中小学人工智能教师，人工智能课程具有跨学科交叉融合、难度较高、综合性强、技术性强、实操性强等特点。但是，将以上所列举的各种师资培训模式运用于人工智能师资培训时都有一定的局限性。笔者以“人工智能师资培训教学模式”“AI师资培训教学模式”为关键词在知网查询只查到2条相关结果，分别是针对安全生产、军队临床药师的师资培训教学模式，关于中小学人工智能师资培训教学模式的文献很少。为提升中小学人工智能师资培训的质量和绩效，构建恰当的中小学人工智能师资培训教学模式、提升教师的智能素养就显得尤为必要。

本研究主要针对在职教师开展职后培训，前期已创建了适用于中小学师资培训的人工智能空间，包括“智创空间”、人工智能体验中心和元宇宙实验室；开发并出版了系列中小学人工智能师资培训课程教材，如粤教版《信息技术选择性必修4 人工智能初步》、“人工智能和STEM教育丛书”《人工智能（高中版）》《人工智能（中级版）》《人工智能（初级版）》等均由广东教育出版社出版。为满足中小学人工智能师资培训的需要，本研究结合广州市三类“人工智能”实验校调研的实际情况，在梳理国内外人工智能师资培训教学模式的基础上，根据人工智能课程的特点，构建了中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式，以期利用该模式为中小学校培训一批胜任人工智能教学的骨干教师。

二、中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式的构建

（一）人工智能师资培训需要以新课程标准为指导

课程标准是国家教育质量在特定阶段应达到的具体指标，是课程教学和评价的重要依据，人工智能课程教学必须以新课程标准为指导，注重发展学生核心素养[22]。因此，中小学人工智能师资培训必须按照“义教新课标”和“普高新课标”要求设计培训课程内容，落实学科核心素养，提升参训教师的智能素养、智能意识和智能技术应用能力。

（二）人工智能师资培训引入知识建构和智能教育理论

赵建华[23]认为知识建构是个体在某特定社区中互相协作、共同参与某种有目的的活动（如学习任务、问题解决等），最终形成某种观念、理论或假设等智慧产品。张进宝等人[24]认为，智能教育是指培养学习者系统掌握和运用各种思维与技术工具，实现智能信息处理、构造智能解决方案和开发系统，并整合个体智能与智能技术实践而跨学科开展的创新教育过程。因此，本研究在开展人工智能师资培训时，引入了知识建构和智能教育理论，应用智慧产品和智能解决方案，来提升参训教师的智能技术应用能力、智能思维能力、跨学科融合能力、实践创新能力。

（三）构建中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式

本研究以中小学人工智能课程标准为指导，在开展AI课程师资培训时引入知识建构和智能教育理论，将AI课程教学空间（Space，实体空间与虚拟空间融合）、AI课程教学形式（Style，线上教学与线下教学融合）、AI课程教学策略（Strategy，项目式学习与跨学科学习融合）进行有机融合，构建了中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式（如图1所示），以期通过该模式开展人工智能师资培训，打造智能型教师队伍，推动师资培训模式的创新和教学形式的变革。

三、中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式的设计思路

（一）AI课程教学空间：实体空间与虚拟空间融合

AI课程教学空间是由实体空间与虚拟空间相互融合而成，实体空间是由5G网络、物联网、智能录播、智能机器人、无人机（空中机器人）、3D建模平台、脑机控制、计算机等设备所构成的一个“人工智能实验中心”，能够为参训教师在真实场景中提供智能识别、智能交互、智能感知的人工智能应用场景体验，如脑机控制计算机操作、脑机控制智能家居等应用；虚拟空间是由XR（VR/AR/MR）、3D全息机器人、3D全息投影、虚拟交互体感、虚拟数字人、动作捕捉、平板电脑等设备组成的一个“元宇宙实验中心”[25]，能够为参训教师在虚拟场景中提供交互式、沉浸式、多元式的元宇宙应用场景体验，如XR、3D全息、虚拟数字人在教学中的应用等。因此，本研究将AI课程教学空间设计成实体空间和虚拟空间两个部分，根据硬件设备的不同分别配备了各种相配套的软件平台，各种智能设备在模式识别、机器学习、知识图谱、数据挖掘、自然语言处理、数字孪生、人机协作等关键技术的支持下，为参训教师提供代表人工智能技术发展前沿的智能学习空间。

人工智能课程的教学采用“三师课堂”教学模型，即由虚拟数字人教师、智能机器人教师、人类教师三体合一而组成的“三师协同”教学团队共同完成授课任务。虚拟数字人教师负责线上课程教学内容讲解；智能机器人教师负责线下理论性、知识性问题解答，人类教师负责线下重点解决学生人文、心理、实操和创新性等方面疑难问题。虚拟数字人教师和智能机器人教师的应用可以让人类教师从重复性、机械性、理论性和知识性的劳动中解脱出来。教师的角色是支持者、引导者、组织者；而学生（参训教师）是探究者、发现者、合作者。开展人工智能师资培训时，“三师课堂”中的三类教师利用在实体空间和虚拟空间相互融合所构建的人工智能教学应用场景，为参训教师提供学习交流、动手实践、活动体验和协作分享的展示交流平台，在学习过程中获得动感心理沉浸、穿越时空界限、虚实情境交互和学科跨界融合等多方面的真实体验，让参训教师直观地感受人工智能应用场景在日常教学中的具体呈现方式、应用形式和教学方式，提升参训教师的人工智能素养，拓宽参训教师的视野，提高参训教师对人工智能编程的兴趣和应用人工智能技术组织教学的能力，增强参训教师的人工智能知识储备，使他们及时把所学知识迁移到自己教学实践中。虚拟空间与实体空间融合的AI课程教学空间（如图2所示）。

（二）AI课程教学形式：线上教学与线下教学融合

开展人工智能课程师资培训，需要依据“普高新课标”和“义教新课标”，围绕学科核心素养培养教师的智能技术融合意识、智能思维能力、智能学习与创新能力、智能社会责任。

在2019年至2022年间，全世界第一次超大规模的线上教学实践更新了人们的教育理念，“停课不停学”空中课堂为教师开展线上教学积累了宝贵经验。在开展人工智能师资培训时，通过信息发布平台、网络研修平台和网络教学平台开展线上教学活动。利用门户网站、微信群、微信公众号等信息平台发布培训活动信息；利用网络研修平台设置师资培训专栏，上传培训PPT课件和虚拟数字人教师授课微视频等教学资源，供参训教师进行线上研修学习、线上互动问答、线上提交作业和线上交流评价；利用网络教学平台让虚拟数字人教师进行网络授课，如腾讯会议、Zoom、CCtalk、钉钉等平台。通过线上培训让参训教师主要学习人工智能的基础理论知识。

线下培训是通过AI教学空间（实体空间和虚拟空间）提供的多种智能设备开展线下面授培训，通过线下培训让中小学教师掌握人工智能设备操作和智能作品制作。开展人工智能师资培训时，在实体空间应用基于智能机器人和人工智能教学构建的“微课导学”教学模式、“学做创”教学模式、“知识建构、STEM、创客”三位一体教学模型组织教学[26-28]。根据不同的教学内容分别选用各种智能软硬件开展设计、搭建、编程、调试、展示、交流、评价等制作活动。人类教师和智能机器人教师通过线下教学为参训教师提供学习交流、动手实践、活动体验和协作分享的展示交流平台，让参训教师在真实情境中进行智能感知、智能交互和智能体验。

当前，中小学各学科教师运用线上教学与线下教学相融合的教学方式已成为新常态。根据人工智能课程的特点，本研究将人类教师和智能机器人教师在实体空间开展线下面授培训与虚拟数字人教师在虚拟空间通过线上网络课程授课进行有机融合，充分发挥“三师课堂”优势，跨越时空界限，实现虚实结合，把线上教學与线下教学融合教学形式作为中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式的主要教学手段。通过AI教学空间（实体空间和虚拟空间）进行线下与线上融合组织教学，让参训教师既能掌握人工智能的基础理论知识、灵活应用人工智能技术支持学科教学，又能提升教师的创意编程能力、项目规划能力、工程设计能力、动手实操能力和团队协作能力。线上教学与线下教学融合的AI课程教学形式如图3所示。

（三）AI课程教学策略：项目式学习与跨学科学习融合

项目式学习与跨学科学习融合是中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式的重要组成部分。无论是“普高新课标”还是“义教新课标”，均强调项目学习和跨学科学习的重要性。要求以项目学习为主线，跨学科实践活动不少于本学科总课时的10%。项目学习注重做中学、学中做和做中创，让学习者开展项目主题探究活动，经过知识建构、知识迁移、问题解决和创造价值的过程，体会探究新知的乐趣。

项目学习的教学设计流程分为选定项目、制订计划、活动探究、作品制作、成果交流和活动评价六个步骤[29]。依据“普高新课标”编写出版的5本《人工智能初步》教材的体例均是以项目学习为主线。以粤教版“人工智能初步”为例 [30]，该教材的体例是围绕项目学习主线开展学习活动，将知识建构、技能培养与思维发展融入运用数字化工具解决问题和完成任务的过程中，从而促进信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任的信息技术学科核心素养达成[31]。因此，在开展人工智能师资培训时，也需要依据新课标将项目学习作为一种主要教学策略，选择恰当的“范例”，让参训教师通过“情境→主题→规划→探究→实施→成果→评价”等环节开展项目学习活动。

跨学科学习是基于跨学科意识，运用两种或两种以上的学科观念及跨学科观念，解决真实问题的学习[32]。跨学科是将不同的学科知识进行联系，以实际问题为媒介，以探究项目为组织形式，注重解决实际问题[33]。通过跨学科整合、跨学科思考、跨学科实践、跨学科评价，提升学习者跨学科学习的意识、思维和能力。因此，本研究以项目学习为主线，引入知识建构理论，开展“共享—论证—协商—创作—反思”协作学习 [34]，将项目学习与跨学科学习进行有机融合，让参训教师利用人工智能技术开展实践体验活动，在探索中进行创新，将跨学科知识进行融合、内化和吸收，以提升参训教师的核心素养和教育理念，从而培养参训教师的教学设计能力、跨学科融合能力、项目规划能力、教学评价能力和创新思维能力。项目学习与跨学科学习融合的AI课程教学策略如图4所示。

四、“AI-3S”师资培训模式应用实践

开展人工智能师资培训时，需要应用多种教学场景，需要多种人工智能硬件和软件平台的支持，同时需要采用适当的教学形式和教学策略组织教学。本研究结合广州市的具体情况，应用中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式，开展了系列中小学人工智能教育师资培训活动，这里以“智能交互悬空感应爵士鼓的设计”项目为例[35]，介绍该模式的具体应用情况。

（一）“选定项目、制订计划”阶段

在“选定项目、制订计划”阶段，采用的教学形式为线上培训与线下培训相结合，培训时间为3学时。授课采用“三师课堂”教学模型组织教学，“三师课堂”是由人类教师、智能机器人教师和虚拟数字人教师三类教师协同组成的授课团队，虚拟数字人教师负责线上授课内容讲解，智能机器人教师负责知识性问题的答疑，人类教师负责线下现场教学活动的指导。线上培训由虚拟数字人教师通过腾讯会议等视频直播平台进行在线授课，让参训教师学习人工智能基础理论知识。线下培训依次在两个空间中进行，在虚拟空间，参训教师观看3D全息数字虚拟人和3D全息投影真人的爵士鼓演奏，感知、体验和认识爵士鼓的结构组成；在实体空间，根据虚拟数字人教师的讲授内容，在空间体验学习新知识，遇到知识性问题向智能机器人教师求助解答。通过“共享—论证”，开展跨学科整合和跨学科思考，实现知识建构与能力提升，通过研究传统“五鼓四镲”爵士鼓的结构组成，制订“智能交互悬空感应爵士鼓”项目计划。根据传统爵士鼓的结构，准备制作“智能交互悬空感应爵士鼓的设计”所需要的硬件：1个机器人主控器、 9个超声波传感器、1个红外传感器、1个蓝牙模块、1批物联网传感器及配件、1个智能音箱、1批结构件。参训教师2人一组完成硬件和软件的准备工作。

（二）“活动探究、作品制作”阶段

在“活动探究、作品制作”阶段，采用的教学形式是线下面授培训，培训时间为6学时。参训教师2人一组首先在虚拟空间分别用平板电脑和带操控手柄的VR眼镜在相应的App中组装虚拟爵士鼓，熟悉和感知虚拟爵士鼓每个“鼓”和“镲”的排放顺序、音色差异和演奏效果；然后在实体空间动手组装一台“智能交互悬空感应爵士鼓”；其功能要求用语音控制播放曲目的选择、音量大小的调整，操作方式为用悬空感应的方式演奏，按功能需求选用适合自己学段的编程软件完成“智能交互悬空感应爵士鼓”程序编写，其中根据参训教师所教学段（小学、初中、高中），编程软件分别采用积木式图形化软件、App Inventor、Python等；在5G环境下配置物联网传感器，通过编程和App设置实现智能音箱与爵士鼓的连接。这个阶段主要是以“三师课堂”授课为主导、以参训教师为主体、以项目学习为主线、以疑难问题为主轴的线下教学形式，参训教师在制作的过程中通过“小组协商、共同创作”“学中做、做中创”，开展项目活动探究和智能作品创作，遇到知识性的疑难问题时可以向智能机器人教师求助，遇到技能性、创新性的问题可以向人类教师求助，遇到虚拟数字人教师讲解的内容没有记住时可以通过反复观看微课视频进行“微课研习”。“三师课堂”中的人类教师、智能机器人教师和虚拟数字人教师分别担任不同角色，共同完成线上课堂授课、线下问题答疑和线下动手实操指导，让参训教师通过跨学科实践和拓展创新设计，最终完成“智能交互悬空感应爵士鼓的设计”项目作品的设计和制作，从而实现项目式学习和跨学科学习的有机融合。

（三）“成果交流、活动评价”阶段

在“成果交流、活动评价”阶段，采用的教学形式为线上培训与线下培训相结合，培训时间为3学时。参训教师用元宇宙体感爵士鼓、VR眼镜+操控手柄和平板电脑进行爵士鼓演奏，展示“智能交互悬空感应爵士鼓”的功能，把在虚拟空间和实体空间搭建和制作的虚、实爵士鼓进行线下展示路演、分享学习心得，再分别进行组内和组间交流评价，根据评价反馈信息继续完善作品制作；培训结束后每个参训教师将自己的制作过程照片、作品演示视频、作品设计方案、项目研究报告、项目研究论文、发明专利申请书等多种物化成果上傳到UMU平台，最后人类教师根据参训教师在线下和线上多个场景的学习情况，从资料搜集能力、交流沟通能力、项目规划能力、实践操作能力、小组协作能力、创新思维能力、物化成果能力等几个纬度进行评价，采用多元评价方案对参训教师的学习效果进行综合评价，保证评价数据的真实性、可靠性、完整性、公平性和精准性，为参训教师登记继续教育学时和颁发考核合格证书，记入教师专业发展档案，提高参训教师的学习积极性。

（四）“AI-3S”师资培训模式应用效果分析与展望

应用中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式分别对香港、澳门、广州、佛山、惠州、肇庆等地700多位教师进行了培训实验，并将该模式的应用效果面向参训教师进行了问卷调查，共回收有效问卷683份。调查结果显示：96.22%的教师认为应用该模式开展人工智能培训效果较好，98.38%的教师认为对人工智能师资培训有针对性，95.68%的教师认为能够提升参训教师的人工智能素养，94.59%的教师认为有助于解决人工智能师资短缺问题。可见，94%以上的参训教师对应用该模式开展人工智能教育师资培训的满意度较高，说明该模式具有一定的有效性、针对性、实用性和创新性。

通过构建“AI-3S”教学模式和其应用实践，对中小学人工智能师资培训提出以下建议。

1.政、校、企多方联动，协同推进人工智能师资培训工作

各级教育行政部门、教研机构、电教馆、学校、少年宫、校外培训机构和企业多方联动，通力协作，通过产学合作和产教融合，共同探讨中小学人工智能师资培训的新模式和新途径，开展形式多样的师资培训活动，提升中小学教师的人工智能素养，为中小学校解决缺少人工智能师资的难题共同出谋划策，协同推进，创新发展，对成功模式进行推广普及。

2.中小学教师主动作为，提升自身人工智能技术应用能力

随着5G、物联网、人工智能、区块链、数字孪生、边缘计算、脑科学、元宇宙等新技术快速更新，中小学教师必须紧跟教育部启动的“教育数字化战略行动”计划，树立终身学习的教育理念，积极参加各类人工智能师资培训活动，运用微信视频号、抖音等视频平台提供的实时在线视频课程进行自學，快速提升自身人工智能技术应用能力和教学水平，以适应教育数字化时代对中小学人工智能师资的需求，以便为国家培养一批创新型、实用型人工智能高端人才。

3.注重人工智能伦理规范，提高参训教师人工智能伦理意识

2021年9月，国家新一代人工智能治理专业委员会发布了《新一代人工智能伦理规范》[36]，将伦理道德融入人工智能全生命周期，促进公平、公正、和谐、安全，避免偏见、歧视、隐私和信息泄露等问题，增强全社会的人工智能伦理意识与行为自觉，负责任地研发与应用人工智能。因此，在开展中小学人工智能师资培训时要注重人工智能伦理规范的培养，积极学习和普及人工智能伦理知识，客观认识伦理问题，主动开展或参与人工智能伦理问题讨论，深入推动人工智能伦理治理实践，提升师生的人工智能伦理素养和伦理风险应对能力。

五、结语

本研究构建了中小学人工智能师资培训“AI-3S”教学模式。通过开展实体空间与虚拟空间融合、线上教学与线下教学融合、项目学习与跨学科学习融合的人工智能师资培训活动，能够让参训教师掌握人工智能的基本原理和实操技能，有助于提升参训教师的跨学科融合能力、项目规划能力、教学评价能力和创新思维能力。笔者团队应用该模式在广州市中小学人工智能师资培训中进行了三年实验，培养了一批人工智能师资队伍，为部分学校解决了人工智能师资短缺的难题。希望在今后的教学实践中，继续对该模式进行优化和完善，推动师资培养模式的创新和教学方法的变革，打造智能型教师队伍，提升教师应用人工智能技术开展教学的实践应用能力，助推人工智能进学校、进课堂的进程，为解决中小学人工智能师资严重短缺的难题提供参考和借鉴。

基金项目：全国教育科学“十三五”规划2020年度教育部重点课题“面向中小学人工智能教育的教师培养与教学策略研究”（DHA200334）

作者简介：王同聚（1968 — ），男，河南泌阳人，正高级教师、硕士生导师，研究方向为智能机器人教育、创客教育、STEM教育、人工智能教育和物联网技术应用；胡小勇（1978 — ），男，江西奉新人，教授、博士生导师，教育人工智能研究院常务副院长，研究方向为信息化教学创新、智能教育理论与应用；丁美荣（1972 — ），女，内蒙古杭锦后旗人，副教授、硕士生导师，研究方向为自然语言处理和智能计算、人工智能教育、创客教育和STEM教育，系本文通信作者。

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