“我想在正面添加一個AI攝像頭。建立它的數據庫，這樣它就能自主去識別物體，從而做出相應的動作。”中午，在北京市第八十中學的機器人社團課室，高二的侯瑞豪和馬書涵正在討論改良一款模擬手部精細動作的操作裝置。利用午休時間在學校打造的信息學實驗空間交流自研的AI項目，已成為社團成員們自主學習的常態。
機器人社團學生自研的模擬手部精細動作的操作裝置。 採訪單位供圖
搭載超聲傳感器的編程驅動小車、可糾正姿勢的智能雪橇推進器、人機交互的模擬射箭遊戲……很難想象，這些成果出自十幾歲的中學生之手。
近日，教育部公布184個中小學人工智能教育基地，北京第80中學成為北京市6所入選基地校名單的中小學之一。AI基地校名單的背後，是教育在頂層設計層面的發力，旨在通過基地試點，進一步探索人工智能教育的新理念、新模式和新方案。
什麼是真正的人工智能教育？人工智能在教學中如何運用，又能運用到什麼程度？學校及教師具體應該如何做？如何更好地為中小學開展人工智能注入新動力？帶着這些問題，南都記者走訪調研了部分AI基地校及相關教育學者，尋求答案。
AI融入課堂
歷史課可以“演”出來
人工智能教育進入中小學，可以回溯到2017年阿爾法狗的爆紅。
2017年，人工智能圍棋系統阿爾法狗（Alpha Go）戰勝人類世界實時排名第一的棋手柯潔，這一事件引發了人們對人工智能的高度關注，中小學人工智能教育熱潮也隨之而來。同年，國務院發布的《新一代人工智能發展規劃》提出，應實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程；2022年，教育部更是明確“將人工智能作為課程內容”寫入《義務教育信息科技課程標準》。數年過去，AI塑造中小學教育的進展如何？
對於人工智能教育，目前主流的概念定義範圍頗為寬泛：即在教育領域應用人工智能技術，實現人工智能與教育的深度融合。這其中既包括利用AI賦能的教育，也納入了以AI技術為學習內容的教育。
“2017年，我們就開展了首屆人工智能嘉年華，開始逐步探索將AI技術應用於課堂教學。”北京第八十中學校長任煒東校長介紹，目前80中的學子們在許多常態化學科的課堂上，處處可見人工智能應用的痕迹。
走進北京八十中的智慧課堂，一種有趣的教與學方式迎面而來。
北京八十中的學生在課堂上利用VR設備學習 。採訪單位供圖
戴上VR眼鏡，在VR短片里暢遊歷史，《清明上河圖》在眼前徐徐展開，學生在虛擬場景中體驗宋代的世俗百態…… 這是北京市第八十中學歷史課堂上的場景。
執教這堂《從看宋代社會》課程的石岩老師，向南都記者講敘了智慧課堂是如何打破時空“壁壘”，讓她的歷史課鮮活靈動起來，“VR體驗帶來的時空穿越體驗，讓孩子們身臨其境地體驗着原來只存在於紙面的文化，千年前的歷史文化、地貌人情，馬上觸手可及地生動起來。”
英語課堂的在線答題比賽。
歷史教研出身的石岩，現在還同時擔任北京八十中課程教學中心課程處主任。我們的鏡頭跟隨着她的腳步，在午後又進入了一節普通的英語課堂。兩位學生正站在講台上操作着智慧屏，進行聽說答題在線PK，戰況激烈。任課老師向南都記者展示了日常教學中的人機協作：課前，利用AR推題的導課資源包，幫助學生自主預習；課中，打開一款AI智能聽說軟件，學生就能自主練習英語聽說，而藉助課前的學情分析報告，她則能圍繞錯誤率較高的習題點，針對性地調整教學方向；課後，藉助智慧作業投票及批改應用，她精準定位每一名學生的薄弱知識點，並點對點解答學生的個性化答疑。
不止於此，語文課上，老師在講解課文時會提取文本大綱，利用SORA等文生圖、文生視頻類技術鮮活地呈現文章主旨，課後還能運用學校自研的“智腦”大模型個性化批改作文；數學課上，一位學子在面對排列組合問題時，藉助AI平台來輔助優化解題思路；體育課上，人工智能設備會自動記錄學生引體向上的次數、立定跳遠的距離等數據，精準分析學生運動情況，並給出指導建議。
石岩還告訴南都記者，在日常授課中，只需登錄80中的一體化智能教學平台，實時課堂就能與教研組內的優質課程數據庫一鍵同步、共享共建，極大便利老師們的自主評課。“我們現在一個學科組培育一個'數字人’，比如在高三解題上，我們80中會有基於既往優質校本課程的獨特技巧與解題方法，數字人模型吸納這些教研數據，就能助力老師課堂設計與孩子們的自主學習，是非常給力的AI學伴。”對此石岩總結稱“本質上就是一種教研的過程”。
在她看來，未來教育必然將開啟人機協作模式，AI為教師賦能，“一方面讓優秀老師的教學效應最大化，另一方面縮短一般老師到優秀教師之間的路徑。這對於後續教學模式的改革意義重大。”
值得一提的是，八十中每間教室都嵌入了一套直播設備，利用在線教學平台和AI智能聽說系統，實現讓請假在家的同學和在校同學同步上課。“ 智慧課堂的構建，就是要保證即使只有一兩名同學生病請假在家，學校也能為其提供線上課程，實現線上線下無縫轉換的混合式教學。”北京市第八十中學信息技術教研組長、翱翔辦公室主任賈志勇告訴記者。
“一方面，人工智能技術可以彌補傳統課堂的一些短板，輔助教師進行更新穎生動的課程設計。教師可以通過數據挖掘和算法，對海量的教育資源分析整理，抽取出與學生需求相匹配的優質教學內容。另一方面，AI可以自動化、智能化地對教學過程進行管理和評估，大幅提高教師的工作效率。”西南大學副校長趙玉芳在近期談及AI變革教學方式時公開表示，從“教”的角度看，人工智能的發展優化了教育內容和過程，為教學設計和教學實施提供了更多可能；而從“學”的角度看，AI則能促使個體更快、更便捷地獲取海量的知識，大大提高學生的自主學習體驗和學習成效。
“實際上，人工智能可以說是在教學管評研五個方面，都支撐起學校的高質量發展。”任煒東校長總結道。
數學課上，北京八十中學生登錄智慧教學平台自主解題評測。
AI課程補短板
培養孩子在真實世界解決問題的思維力
作業批改效率提高了，學習素材更豐富了，答疑解惑更精準了……許多教師像石岩一樣，在積極擁抱AI賦能教育的實踐中，嘗到了人機協同教學的甜頭。
而除了作為教學中的助手，人工智能也正成為中小學常態化科目課程上的主角。
隨着2022年新課標將信息科技設為義務教育階段的一門獨立科目，並明確將AI納入課程內容，各地方教育部門開始積極吸收社會力量，研發人工智能地方課程和校本課程。去年以來，伴隨ChatGPT、Sora等生成式人工智能的問世和急速迭代升級，教育界對人工智能塑造中小學教育的討論和實踐更為熱烈，甚至大有“一哄而起”之勢。
浙江溫州中學人工智能實驗室主任、特級教師謝作和認為，從大視角看，人工智能教育至少有兩個目標：一是培養適應人工智能時代的人才，二是培養能研發人工智能的人才。只有做到“人機共智”，才能更好地適應未來。“當學生經歷了採集數據、整理數據，然後用訓練模型的方式解決某些真實問題，也就是親歷了智能‘從無到有’的全部流程，才會理解數據、算法和算力對人工智能的重要意義。”
“過去十多年間，中小學科技教育的關注和投入與科技熱點的興起呈現出顯著正相關關係，如機器人、3D打印、VR/AR、人工智能等都曾在科技教育領域掀起不小的波瀾。”中國人工智能學會副理事長、清華大學教授孫富春表示，近幾年在基礎教育領域，北京、浙江、深圳等地區的學校、教師已經在向著學生能夠通過使用人工智能技術解決生活中實際問題的目標努力，欠發達地區也在逐步實現人工智能課程普及，“整體來說，我國中小學人工智能教育在穩步推進中。”
在走訪中，南都記者發現，值得注意的是，迄今為止不少中小學的人工智能教育實踐仍然面臨重點模糊、效果欠佳等問題，以“AI”為關鍵詞的各類學生活動及校外培訓課程內容，大多僅局限於STEAM編程或創客領域，與常態化學科課程的教學融合匱乏且生硬；部分中小學人工智能實驗室購置的器材大多為簡易編程平板、智能家居等，很少有圖形處理器（GPU）等支持學生進行人工智能訓練的專業設備；有些號稱剖析中小學人工智能教育的論文，甚至全文未曾關注過“機器學習”“深度學習”“數據集”“算力”等關鍵點……
“剛開始時大家都是懵的，開的課毫無章法。”來自遼寧省瀋陽市的科技教師尹老師坦言，2019年他們學校的科技教師剛接觸人工智能相關內容，開課時無從下手，就把編程、機器人、開源硬件等內容打包到了人工智能課程中，“是能吸引些孩子對人工智能的興趣，但課程內容也變得無序。”
而在對陝西省人工智能基地校——西安交通大學附屬小學的調研中，一整套前沿科學的人工智能校本課程體系和教育生態，着實令記者耳目一新。
“當前在中小學人工智能教育的研究中，往往忽視理論研究的價值和作用，在課程開發時不重視從基礎科研概念和理論的視角編排內容，多以人工智能技術的應用驅動來構建課程內容。”交大附小渭南校區趙文安校長在採訪中坦言，正是有鑒於此，由他主導打造的交大附小人工智能校本課程體系，重點在凸顯數學、信息技術、科學這 3 門學科在AI教育的基礎地位，以培養學生的計算思維、數學建模以及深度學習的能力為核心目標。
交大附小目前所踐行的人工智能課程體系。受訪單位供圖
智能元素貫穿每一個課堂。數學課上，通過“求最大公約數”的知識點，引導學生理解計算思維的核心要素，繼而啟發孩子對開源算法和深度學習的興趣；信息技術課上，學生研究了解編程的基礎概念，利用Python軟件編寫簡易程序，模擬日常應用系統解決真實問題；科學課上，高年級的孩子還能通過體驗AI模擬實驗和數據分析，親身體驗科學研究的過程。
AI校本課程教案《用圖形化編程工具實現餘弦定理進行新聞分類》截圖。
“我們的AI基礎課程在設計上，儘可能將知識點無縫融入數理化等常態化學科教學，這主要是為AI基礎理論概念打基礎。”趙文安同時介紹，AI實踐課程的核心立足編程、智能硬件搭建、3D 模型設計等，以校本課程的方式在各個學段開設。在他看來，當今的教育體系正由傳統的學校、社會、家庭三位一體發展到學校、社會、家庭、智能工具、人機混合(虛擬世界、數字社會)五位一體的教育體系。
“在中小學開展人工智能教育不能只圍繞着人工智能的三大支柱：大數據、算法、算力展開，更要深刻把握住人工智能教育的本質，就是要利用機器智能助推人類智能的發展，培養孩子的‘元智能’，尤其是在真實世界解決問題的高階思維能力！”長期深耕信息技術科研教學一線，擔任了多年總校科研室主任的趙文安，在AI課程構建上感慨良多。
交大附小信息技術課程上調用的一款開源算法引擎。
沒有專門課本，人工智能這門課怎麼教？
“國家課程如果要將人工智能作為一門學科開設課程，課時也存在不足。目前很多中小學的做法還是以三點半後的社團活動課為主要載體，每周壓縮出一兩節課時，通過STEAM課程、創客編程實踐活動等形式來嫁接植入。“對於課時，趙文安介紹了交大附小目前的兩種解決方式：一是人工智能教材的內容和現有信息技術課的內容融合；二是成立人工智能社團，先從社團活動開始講授人工智能課程，每周可以安排兩三個學時。
據華東師範大學和中國教育科學研究院聯合發布的《2022人工智能教育藍皮書》顯示，目前中小學校人工智能課程的課時主要集中在1周1課時。
課時不足之外，系統性教材的缺失，也影響了中小學人工智能教育的開展。
“對學校來講，人工智能教育基地並非一評了之，還要具備科學的課程體系及教學評價體系，切實提升學生科學素養。現在市面上與中小學人工智能教育相關的教材很多，如何選擇合適的教材也是一個難題。”在趙文安看來，新出版的一批人工智能教材，數量是不少，但很多是偏向編程工具使用的圖書，或者是將大學人工智能教材簡單刪減移植到中小學使用的圖書。
在交大附小，趙文安和他的同事們一直在摸索中自主設計校本人工智能課程，並長期堅持與西安教科院等機構展開AI課程共建，"我們新建了3-8年級的AI課程體系，這樣AI教育實施思路就更加明晰了。”據他介紹，交大附小與教育部裝備中心合作編寫了《中小學人工智能學生用書》（3-8年級）教材，該套用書已在校內3-6年的人工智能課程中使用，並被廣東省選作地方教材。
“中小學人工智能教材的開發、課程內容的制定等，就應該與人工智能行業、學校、科研院校及機構進行緊密合作，加強產學研一體化結合，同時在教學場景設計上要盡量緊貼生活實際。“承擔人教版高中信息技術教材《人工智能初步》分冊撰寫工作的首都師範大學教授方海光表示，好的人工智能教育核心在於讓學生通過實踐和探究來學習人工智能的原理和應用，增強他們的實際操作和解決問題的能力。唯有產學研一體、小中高學段貫通，才能及時反饋實際應用需求和最新科研成果，確保教材內容的準確性和前沿性。
在趙文安看來，目前人工智能教育發展最大的課題，是如何將AI技術與常態化學科教學深度融合，而不是僅限於零星的社團活動課程或者少數的信息競賽學子。“要惠及儘可能多的學生，使每一個孩子都能夠有機會在真實情境中接觸科學，體驗AI智能在日常學習生活中的應用，以此來潛移默化地潤養他們的數字化意識和創新意識，這才是人工智能教育基地校的使命和真諦。”
“隨着技術進步產業變革，很多職業可能現在還沒有，未來有很多不確定性，如何讓孩子在基礎教育階段獲得這種應對不確定性的能力？實際上我們這些基地校的人工智能課程，還有其他各種綜合實踐課程，歸根結底就是為了提升孩子未來在真實世界應對不確定性的能力。”任煒東亦有同感。
保障人工智能深度融入常態化學科教學和課程活動體系，也日漸呈現為首批AI基地校“全國一盤棋”的教育共識。
走訪中，記者同樣觀察到，北京八十中學不僅組建有專門的信息素養社團，也開設了信息科技類的AI通識興趣課程，同時着力打造人工智能學習空間，助力對該領域有興趣的學生成長提高。
“2003年學校就已經成立了信息學社，在學習空間的打造上也非常重視。像我們的E時空實驗室、人工智能開放實驗室等設備每年都迭代更新，不少儀器都是AI教學中最前沿的。“在人工智能交互體驗室，賈志勇告訴南都記者，朝陽區教委對該校AI基地的建立支持力度非常大，2014年北京市建立了59所開放實驗室，一間實驗室投入200多萬元，其中就包括80中的重點實驗室。“我們學校的每一間開放實驗室，它並不僅僅用於信息技術課。 ”石岩告訴記者，正如自己的VR歷史專題課一樣，學校的AI智慧學習空間對所有常態化科目教學都是開放的。
“我們地處西部，但也很重視包括人工智能在內的科技教育，在西安教科院的積極牽頭下，包括高校、科技館、科技企業等社會力量都大力支持我們在區域內中小學人工智能教育基地的建設。”趙文安介紹，交大附小依託西安交通大學集團校的信息技術輻射效應和資源優勢，經常組織參觀大學的人工智能學院、快速製造國家工程中心等智能實驗室、以及西安青少年人工智能科創教育基地等，而目前西安以交大附中為代表的知名中學的理化生等各類實驗室，也都在向智能化探究數字實驗室升級更新。“依託集團校優勢資源，我們也很重視AI學習空間的打造，為了更好的開展常態化AI通識課程，渭南校區甚至還建了一座人工智能博物館。”趙文安說。
專職教師培養成AI教育變革的關鍵
人工智能能否引發教育變革，關鍵在教師。
如今，越來越多的教師像石岩一樣擁抱智能教育。《2022人工智能教育藍皮書》顯示，目前大部分教師已將人工智能技術融入教育教學，具體的應用主要在備課和管理階段。
但調查同時也發現，受阻於相關產品的不成熟和系統培訓的缺乏,受訪的28782名教師中，仍有少部分教師從未聽說過人工智能，大多數受訪教師認為自己對於AI專業知識和相關工具的掌握程度一般。從使用情況看，在聽說過AI的受訪教師群體中，近半數在授課中只是偶爾使用，經常使用的人數只佔比11%。同時，受訪的中小學校中專門教授人工智能課程的教師數量較少，大多數受訪教師認為開設的人工智能課程處於了解與體驗階段。
在中國礦業大學（北京）智能控制與機器人系副主任、北京上地實驗小學科學副校長趙建偉看來，我國中小學人工智能教師總量不足、專業化程度不高，是當前非常顯著的問題。趙建偉曾坦言：“目前，我國AI專業方向的畢業生還不多，能進入到中小學從事AI教育的教師數量就更少了。而對於人工智能教育，需要5—10年的深度研究才能有所體會，才會對學生學習起到真正效果。”
與數量缺口相比，更深層次的問題在於教師素質和教學能力的不足。
“最大的挑戰與危機源於理念。現在有相當一部分的專家、教師對AI存在認知偏差！他們要麼認為AI太難學生學不了，要麼認為學習AI不如直接教數學，或者認為AI就是編程，只是換個名詞而已。”趙文安談及當前中小學AI教育的痛點，直言AI“常識”才是當下學習和教育的最大障礙。
“目前在中小學從事人工智能教育工作的老師大部分都是從信息技術學科轉崗，能熟練運用人工智能的教師總體較少，AI技術尚未成為一種普遍的、常態化的教育要素。”趙文安分析稱，一方面，雖然我國中小學教育環境已基本實現數字化，但只是具備了基本的數字化教學條件，智能化程度還不高；另一方面，無論職前培養還是職後培訓，教師隊伍的智能教育素養都還需進一步加強。
如何抓住教師培養這個“牛鼻子”？
北京師範大學教授黃榮懷認為，在這種情形下，教師需要具備與生成式人工智能協作的能力。“一要知曉原理，了解人工智能的基本功能、實現機制；二是賦能學習，可以用人工智能進行知識搜索、生成教學內容、開展課堂模擬等；三是優化教學，如英語課中ChatGPT可以作為寫作提示生成器、班級討論問題生成者等；四是交流分享，能將人工智能用於學習和教學的經驗傳遞給其他教師。”黃榮懷錶示，教師要學會與智能技術形成互補、協同、創新的關係。
“多年科學教育的實踐，讓我越來越深刻的認識到，只有構建一支能夠運用前沿理論、使用先進技術、引導學生聚焦真實世界解決問題、具有強烈的創新意識的教師隊伍，才能把人工智能教育真正落地。”強烈的教育使命感，令執教30多年的趙文安在執掌交大附小渭南校區後，火速開展了一系列AI師資隊伍培訓，“要讓計算思維為智能時代的教育賦能！”
在趙建偉看來，破局階段，首要提倡培養專兼結合的人工智能教育教師隊伍。“學校可以用增設社會工作崗位的機會引入社會師資，還可以合理充分利用校外素養培訓機構，輔助學校社團建設、社會實踐等，豐富學生人工智能體驗與深度參與。“
孫富春同時建議，還應該科學系統地構建信息科技教師專業成長體系：“研製信息科技教師專業標準和課堂教學評價標準，並針對不同地區、學校以及不同學段的AI課程同步構建評價體系，助力教研部門和學校對人工智能教學質量進行科學評價，突出教師實踐成果，力爭使每一位中小學人工智能教師的數字素養和教學素養都有顯著提升。”
采寫：南都記者呂虹 發自北京
