国内中小学基于人工智能的创客教育实践及其借鉴

张红英

摘 要：中小学作为基础性教育，除了必要文化知识的传递，还有学生思维、动手等综合能力的培养，才能够为学生今后的成长奠定坚实的基础。当前，人工智能成为世界发展的潮流，已经成为人们生活中不可或缺的一部分，手机支付、智能机器人等智能电子产品，早已将大众的生活和人工智能紧密的绑在一起。创客教育，是当前兴起的一种新的教学理念，侧重于学生的创新能力、思维能力的发展，促进学生的全面发展。利用信息技术课程的优势，将人工智能和创客教育有效结合起来，有效缓解创客教育在中小学实施过程中的各项挑战。真正将创客教育融入到中小学教学中。

关键词：中小学 人工智能 创客教育

创新，是一个国家和民族进步的灵魂，创客教育作为培养创新人才的重要教学方式，将人工智能和创客教育有效结合，是开发中小学创客教育的重要方式。推动创客教育发展，开展一系列关于传统课程的改革，充分利用信息技术的优势，让学生的创新动手能力和跨界创造力得到发挥，这将对学生综合能力的发展具有重要作用。另外，基于人工智能的创客教育，对中小学课程改革也是一种进步，对国家创新型人才储备都将产生重大影响。当前的创客教育主要集中的大学阶段，中小学在开展创客教育存在师资力量、物质储备等方面的挑战，利用中小学课程中的信息技术课程，开展有针对性的创客教育，让创客教育找到落脚点，为提升中小学生的成长助力，充分发挥信息化面向未来培养高素质人才的支撑引领作用。

1 中小学人工智能创客教育的意义与作用

1.1 培养学生的计算思维

人工智能和中小学信息技术课程有着不可分割的联系，很多想法的实现都是建立在计算机科学基础上的。计算思维，是人工智能发展的重要组成部分。学生借助生活场景开展创新活动的过程中，便是在潜移默化中提升自身的计算思维。中小学正是处于计算思维发展的关键时期，充分利用这一关键期，为学生的计算思维的培养创设良好的环境，为学生的成长奠定基础。

1.2 培养学生的创造性思维

基于人工智能的创客教育，不仅有“人工智能”，还有“创客教育”，学生探究人工智能产品工作原理，学习和模仿人工智能产品的功能实现，创意改造或制造，层层递进、层层深入。在实践的过程中无论是现有人工智能产品的改造，还是新产品的研发，让自身的想法得以实现，这是学生创造力的具体体现。因此，在此过程中，能够更好的培养学生的创造性思维。

1.3 有利于完善初中创客教育体系

创客教育，是较为流行的一种教学理念，但随着人工智能时代的到来，必须探索与时代需求相配套的新型教学模式。基于人工智能的创客教育是人工智能与创客教育融合，是对创客教育体系的一种补充和完善。另外，在学生的成长过程中，学生各项能力的提升和培养，学校教育发挥着不可替代的作用，这便要求基础教育应该不断完善教育体系，为培养学生的综合素质奠定基础。总之，基于人工智能的创客教育，能够完善初中的创客教育体系，而最终教学效果如何，便是受到教师专业素养、教学设备等多方面的影响。在创客教育体系不断完善的情况下，创客教育将在学生成长过程中发挥重要作用。

1.4 有利于推动教学体制的改革

在素质教育的推动下，我们将教育的重点从提升学生分数转向学生的综合能力的提升，倡导学生的德智体美劳的全面发展，这是社会发展对学校教育提出的需求。随着社会的发展，我们对人才需求不再局限于综合能力，而是在其基础上的创造力的培养。基于人工智能的创客教育，让中小学的教学内容和当前时代发展需求紧密结合起来，让学生主动参与到世界变化之中，而不是被动接受世界的变化。主动适应社会的变化，让教学体制的改革和发展将更加适合社会发展的需求，真正为培养所需要的人才。教学体制的改革和发展，是不断适应现实的过程，是顺应时代发展变化的。

2 国内中小学人工智能创客教育实践

经济发达的温州、广州等地积极地开展了中小学人工智能创客教育活动，也总结了经验。对全国各地推广人工智能创客教育具有一定的借鉴价值。

（1）温州是我国中小学创客教育的发源地之一，其中小学创客教育起步于2008年，发展迅速，成就丰硕。目前，已共有300多所学校开展了创客教育，建立了61个创客教育基地校，创客教育开展学校已覆盖全市所有縣（市、区），进入了创客教育的普及化发展新阶段。温州中小学创客教育发展的经验在于将创客教育纳入温州城市改革创新发展的整体规划;为温州创客教育的发展提供政策支持;将创客精神纳入校园文化建设;积极开展多种形式的创客教师教育;创建各具特色的创客教育模式;积极开展学校与社会、学校与学校间的多种合作。

（2）江苏省南京市于2015年启动创客教育后实施了让每一间教室成为创客空间，校园里的每一个学习场所都是创客空间的创客空间建设方案。以人人皆创客的理念作支撑，创客大赛的形式打造教师创客和学生创客。

（3）在人工智能的时代浪潮下，佛山市禅城区组织学校进行协同创新，率先设计与开发了区域创客课程，建设了各类具有特色的创客空间，大力开展创客普及教育，搭建交流展示平台，营造了浓厚的创客及机器人教育氛围，从政策支撑、环境建设、活动展示、课程普及、成效体现等方面形成了具有完整生态体系的“禅城模式”，对全国各地推广创客教育具有一定的借鉴价值。

3 中小学人工智能创客教育存在的问题

3.1 忽视学生的主体地位

在中小学开展人工智能教学，归根结底是利用学生的想象力和创造力去开发一些具有价值的物体。这一份价值并不是体现在创造的经济价值，而是在推动学生的创造能力发展、提升学生综合能力等方面的作用。因此，人工智能课程的开展也应该是从学生的视角去切入，充分调动他们的主动性和积极性，否则便失去了原本的价值。当前，中小学人工智能教学中，忽视学生的主体地位，所开展的人工智能课程仅仅停留在表面，未能引导学生真正开展人工智能课程，而提升学生的高阶认知能力、创新能力、联结能力、意义建构能力和元认知能力，也便成了空谈。任何课程的开展，都应该是建立在学生需求基础上的，才能为学生的成长服务。

3.2 实践应用能力弱

人工智能，是提升生活质量的有效方式，在人工智能的帮助下，我们的生活更加便捷和高效。在中小学开展人工智能的创客教育，也应该利用相关设备，将学生的各种想法实现，让学生在实践的过程中探索人工智能的相关理念和技术，真正了解人工智能对我们生活的意义。但是，在当前中小学开展人工智能教育中，学生实践应用能力比较弱，没办法将理论和实践有效的连接起来，这反映出教学方式以及教学设备方面的方面的问题。实践应用能力，是学生将自身想法通过相关技术设备实现的基础所在，也是创客教育中的核心能力之一。

3.3 缺乏实践平台

人工智能最终是运用到生活中，为生活带来不小改变的。在当前人工智能创客教育中，受到教学资源等方面的制约，学生缺乏相应的实践平台，这便造成学生的各项想法仅仅停留在表面，未能通过相关渠道得以实现。其实，实践平台的创设，是学生开展学习交流的平台，也是学生完善自我想法的过程，是学生想法过渡到现实的重要步骤。但是，实践平台的缺失，很多时候，学生没有办法验证自己想法的错误，也无法找到相应的解决方法，让人工智能创新设备就此止步。

3.4 师资力量缺乏

人工智能，是一项专业性很强的学科，所体现的专业性和综合性，是很多教师专业素质储备所缺失的。中小学的创客教育本身就是整个教育体系中的薄弱环节，能够开展的人工智能的信息技术教师本身就不多。师资力量的缺失，一方面影响了课程开展的质量，甚至会影响到课程的启动;另一方面，教师也会影响学生计算思维的提升。师资力量的缺失，会对中小学创客教育的开展产生一定的影响。因此，在中小学开展创客教育过程中，应该培养专业教师，为课程的开展奠定人才基础。另外，人工智能教学和传统学科是不一样的，更加关注学生创新能力的培养，缺乏专业性的教师便会影响到课程的开展方式，最终影响到学生相关能力的提升。

4 人工智能创客教育在中小学教育中的应用策略

4.1 利用信息技术，培养学生的计算思维

中小学基于人工智能开展的创客教育，不是单纯意义上的创客教育和人工智能，而是建立在此基础上的计算思维的培养，用创新型思维去探索未来世界，开展美好生活的人才培养。因此，利用人工智能开展创客教育中，应该充分利用信息技术，培养学生的计算思维。首先，搭建信息技术和人工智能之间的关系，让学生了解当前互联网时代的特征，让他们创物、控物、以物役物，为未来美好生活创设新的可能。在此过程中，也是自我和社会统一的过程，是实现人与自然和谐共存的过程。其次，便是利用信息技术课程中的编程、人工智能产品的设计和研发。通过信息技术课程的孵化，让学生在探究、实验过程中培养计算思维、设计思维、交互思维、创造思维。计算思维的培养，是贯穿于每一堂课程研究中，让学生真正利用创造力去创造属于自己的人工智能产品。

4.2 创设人工智能场景平台，提升学生学习积极性

中小学生生活环境比较单一，他们对人工智能的了解比较单一，更多倾向于高科技，而忽视了生活场景中的人工智能。因此，基于人工智能开展的创客教育，应该创设人工智能场景平台，提升学生学习积极性，让学生真正融入其中。首先，创设人工智能场景平台，为学生各种想法提供平台，也是搭建创客教育和现实之间的联系，让创客教育真正落地执行。比方说，通过比赛、信息技术课程等等平台，让学生能够系统学习人工智能的相关理论，并在专业教师的指引下，开展人工智能产品的研究和开发。其次，人工智能的学习，是将学生的思维能力培养落实到课程中，提升学生积极性的。在学习过程中，让学生的各种创新性的想法在自己的努力下得以实现。

4.3 从生活出发，创设应用智能教育的实践平台

其实，生活中的人工智能应用场景是相当多的，而在课程中的人工智能是开发学生思维、提升学生的兴趣，应该选择和学生生活场景息息相关的内容，例如人脸识别、垃圾分类、智能家居等等，通过生活中的场景，创设应用智能教育的实践平台。首先，选择合适的场景切入，让学生能够在此基础上发挥想象力和创造力。一方面要尊重学生的兴趣，另一方面也要关注学生的知识储备，是中小学阶段的学生能够达到的。其次，教师要发挥自身的引导作用，合理利用相关课程资源平台，帮助学生搭建人工智能场景，让学生在此基础上开展探究。其实，创设应用智能教育的实践平台，是帮助学生将理论和想法付诸实践的过程中，是从抽象到具体的过程。我们应该密切关注学生的想法和需求，创设符合学生实际需求的实践平台。

4.4 构建专业化的师资队伍，打造基于人工智能创客导师云

团队

在利用人工智能在中小学开展创客教育，其中极为重要的一个环节，便是专业化的教师队伍，打造基于人工智能创客导师云团队，才能为开展高质量的人工智能课程奠定坚实的基础。首先，充分利用政府和企业力量，为在校教师提供专业指导和技术培训，让教师能够了解人工智能的相关知识，为创设适合中小学生身心特点的课程奠定理论基础。另外，引导一些高新技术企业融入到中小学的人工智能教学中，利用自身的专业知识，为广大师生讲解人工智能，为教师和学生叩开科技之门。其次，学校自身应该加大对教师的培训，鼓励出信息技术教师外的其他教师参与其中，形成多层次、多角度的创客教育团队。通过经费投入、物质储备等方面，为学校的师资队伍提供支撑。搭建专业化师资队伍，这是一个长期的过程，在起步阶段要充分利用云教育，打造云教育的师资团队，让有限的创客教育的星火燎遍中小学校园。

4.5 与信息技术课程融合，打造生态教育链

中小学生具有强烈的好奇心和求知欲，充分利用这一特点，让他们将自己的想象力通过相应的设备、平台实现。人工智能和信息技术课程具有相通性，也是实现人工智能教育的重要平台。首先，在信息技术课程，将生活场景中的人脸识别、智能支付等等引入课程中，通过学生体验、探究，了解人工智能在生活各种场景中的使用，为学生的“做中学、 玩中学、 学中思”奠定基础。其次，充分利用学校资源，开展校本课程研究，指导学生完成各种计算机编程、人工智能创新，在实践中不断提升。在项目学习中，引导学生对事物的深层次思维，探究事物发展的内在规律，让学生的创造力和生活实际真正联系起来。最后，便是课外活动的延伸。打造生态教育链，不应该将眼光局限于信息技术课堂，而应该转向學生生活的方方面面，通过活动社团、游戏、比赛等形式，让学生想工程师一样去探究、发现。

4.6 充分利用社会资源，选择合适的创客教育设备

中小学应该充分利用社会资源，选择合适的创客教育设备。首先，是教材的编写。教材，是教育中的重要组成部分，是指导教师教学的重要内容。在教材编订过程中，一方面要尊重中小学身心发展特点，选择和学生生活息息相关的场景，最大程度激发学生的学习兴趣;一方面，也要充分体现人工智能的特点，让学生在嘗试、体验、模仿、改造等过程中体会创客教育的核心内容。整个教材的编订，要兼具专业性和趣味性的特点，在揭秘技术原理的同时，注重知识的循序渐进和实践创新。其次，是教学设备的准备。当前人工智能已经成为当前时代的潮流，所涉及到的设备也是多种多样的。在有效的教育经费投入的情况下，教师应该选择合适的教育设备，选择和人工智能技术紧密结合的设备、平台、硬件等等，为学生动手搭建、编程等提供平台，实现学生个性化的自主创新。创客教育设备，本身就是为开展创客教育的平台，是为学生的创新能力所服务的。因此，采购的设备需要具备人工智能、多样性等特点。

5 结语

时代在发展，对教育的需求也是呈现出多样化、个性化的特点。人工智能是当前社会发展、进步的潮流，将人工智能有效融合到当前的教学内容中，是教学改革的必然要求，也是教育事业未来发展的方向。创客教育，是当前比较流行的一种教学方式，但是针对中小学开展的创客教育内容、形式比较少。基于人工智能开展的创客教育，能够有效满足中小学生的身心发展需求，有效解决中小学针对学生创新能力培养不足的问题。总之，国内中小学基于人工智能的创客教育实践，是时代发展的潮流，也是教学改革的方向。当然了，在充分利用创客教育在推动学生发展方面的作用，仍旧是需要相关人员不断探索，解决当前发展中的资源、环境、形式等方面的问题，不断优化发展策略，从而推动教育事业的快速发展，为我国社会主义现代化建设提供大批优质人才。

参考文献：

[1] 周茂华，王培鹏，吴俊杰.创客空间2.0：开源机器人主题的创客空间建设[J].中国信息技术教育，2020（12）：4-9.

[2] 颜鼎.人工智能课程在中小学开展的区域探索[J].中国信息技术教育，2020（11）：8-9.

[3] 胡倞茜.对国内中小学学校教育的思考——基于美国创客教育的视角[J].中小学电教，2020（05）：77-80.

[4] 江铁炜.基于创客理念的青少年机器人教育模式[J].课程教育研究，2020（10）：245.

[5] 王振强.中小学人工智能教育现状问题与思考[J].中国现代教育装备，2019（22）：1-5.

[6] 张珊.基于创客教育理念的小学机器人教育课程设计开发与实践[D].重庆师范大学，2019.