如何以實驗室建設助推中小學人工智能教學水平提升

當前，人工智能教育的重要性日益彰顯。教育部以及上海市、北京市、青島市教委等先後出臺政策文件，要求加強中小學人工智能教育。從學科屬性上看，中小學人工智能教育是科學教育的一部分，[1] 具有較強的綜合性與實踐性，教學中不僅需要傳授人工智能的基本知識和理念，更需要在科學實踐中幫助學生培養對人工智能的興趣，激發人工智能思維，掌握人工智能技術和應用方法，培育人工智能應用的社會責任。這需要教師在相應的環境、在學生完成任務的過程中，引導學生掌握相應的技術、創新思維方式、明晰倫理責任等。

實踐中，人工智能教學實驗室是集“課程教學、應用實踐、互動體驗”於一體的綜合性教學場地，是學校高水平實施人工智能教學必不可少的教學空間。許多人工智能教育的實驗校、實踐基地正在陸續建設和使用人工智能教學實驗室，以此展開高水平教學。例如，同濟大學第一附屬中學在校內建設了“AI+深度學習館”、大國交通爲主題的智能實驗室，開展人工智能特色課程建設；上海市徐匯中學建設了“智能交通”“智能飛行”等場館，培養智能時代學生的工程素養；吉林省實驗中學建設了人工智能賦能跨學科教學的功能教室；江蘇省靖江高級中學計劃新建大模型與學科融合應用中心、智慧生活館、數學學習室等，爲開展跨學科綜合性學習、體驗前沿技術等人工智能教育營造更好的教學環境。[2] 青島市教育局先後爲全市中小學建設了200餘間人工智能實驗室。

上述人工智能教學實驗室的建設和教學實踐爲提高人工智能教學質量提供了諸多經驗借鑑。然而，實踐中一定程度上存在着實驗室建設定位不明、保障不足和教學中目標不清、支持不到位以及資源浪費等現象。因而，建設和使用人工智能教學實驗室並展開高水平人工智能教學是當前亟須關注的時代教學問題。

一、人工智能教學實驗室的建設思路

1.以學校爲主導定位實驗室功能。學校要結合自身辦學定位、學生髮展目標、教師培訓目標，制定人工智能實驗室建設的功能、思路、目標以及實驗領域。實驗室建設需要聚焦當前社會生產生活的常見現象和場景，以學校現有條件和潛在資源爲基礎，設計學校人工智能教學的場景，如智能交通、智慧農場、智能醫療、智慧工廠、智能家居、智慧旅遊等，並基於具體場景和教學需求爲人工智能教學實驗室進行定位和命名。應當成立學校人工智能教學的領導與管理機構，由專人具體負責和專門團隊支持，在此基礎上尋找相關企業的技術支持和科研機構的研究支持。

2.以學生髮展爲主設計課程教學。爲更好挖掘實驗室建設與應用的育人價值，需要針對學生髮展需求設計與開發相適應的實驗課程內容。實驗課程內容需要符合學生的認知能力，形成螺旋式上升的實驗活動體系。例如，小學階段可採用“機器人探索”提高學生對人工智能的學習興趣；初中階段可以引導學生藉助“智能物聯繫統”體驗人工智能感知、推理、學習、預測、生成的簡單原理；高中階段可以通過“計算機視覺”項目發展學生的“人工智能+”能力。此外，實驗課程內容也要注重綜合性和實踐性，將人工智能與其他學科知識有機融合，在跨學科實驗項目實施過程中引導學生“做中學”“用中學”和“創中學”。因此，要注意實驗室課程教學資源的選用不應是企業產品的直接套用或者是高校產品的簡單下放，而是要充分結合學生學習特點，選擇和開發適合學生需求的課程和產品。

3.不斷完善實驗室建設標準和應用規範。爲確保實驗室教學正常可持續應用，需要不斷建設和完善實驗室的標準和應用規範。一是依據中小學人工智能的教育教學發展需要，從軟硬件環境、課程資源、數據集、實踐工具等方面明確基本的配置要求；二是建立實驗室管理制度，包括設備使用管理制度、學生實驗守則、安全操作規程等，確保實驗室的正常運行和設備的安全使用；三是制定與完善實驗室數據安全管理辦法。人工智能實驗教學過程中會應用到大量的數據收集和處理，要明確數據安全和隱私保護的注意事項等。同時，由於智能技術、課程資源的迭代更新速度較快，學校人工智能實驗室的建設同樣需要在軟件平臺、課程資源以及硬件方面及時迭代，並在教學過程中不斷反思和改進。

二、人工智能教學實驗室的建設路徑

不同學校應當基於自身基礎和潛在優勢，選擇合適的人工智能教學實驗室建設路徑。

1.升級原有的信息技術實驗室。首先是網絡升級，確保有線和無線網絡的暢通。在網絡暢通的基礎上，豐富和優化課程資源，升級軟件工具和平臺；添置硬件設施設備，豐富實驗平臺的資源包、數據庫，配置相關實驗工具、設備，爲師生配置必備的智能終端等。

2.改造相關的學科實驗室或功能室。基於學校原有的物理、化學、生物學、地理等學科的實驗室或功能教室，升級實驗室網絡、改造實驗室平臺、接入學科智能體或AI學伴等，讓學科實驗室和功能教室插上AI的翅膀、享有數據的支持，促進AI與學科教學的有機融合。

3.新建智慧教學場景。基於學校條件和資源，一體化設計和建設智慧交通、智慧農場、智能家居、智能藝術、智慧養老等場景或場館，藉助AR/VR等技術實現虛擬與現實資源的深度融合。

4.共享附近教育資源。有些中小學處於區域科技發展的核心區，周邊有較多的人工智能企業、場館、高校人工智能實驗室等，學校可整合相關資源、建設相關機制，共享周邊人工智能企業和場館資源，服務師生的教學需要。

三、人工智能教學實驗室的建設難點

1.持續優化課程教學資源。當前已經實施人工智能教學的學校通常將課程分爲三層：一是面向全體學生的基礎性課程，以信息科技或信息技術課程爲依託，強化全體學生的人工智能基礎素養；二是面向部分有興趣學生的擴展性課程，即各類人工智能校本選修課程，滿足學生的多樣化發展需求，如無人機與人工智能、智能機器開發、AI大模型等；三是面向少數學生的特長性課程，滿足在人工智能領域有天賦、肯鑽研學生的特殊學習需求，着力培養人工智能領域的創新人才。[3] 比較而言，人工智能教學實驗室的課程更多是第二層和第三層的類型，需要較爲豐富的課程資源包、工具集、模型庫。因而，實驗室內的課程資源建設需要不斷優化、及時迭代，並非一次性投入和建設。尤其是面向人工智能領域的創新人才培養，學校實驗室有時需要與校外高端實驗室開展適切合作。

2.不斷提升教師智能素養。人工智能教學實驗室內有特定的場景或需要解決的任務。在解決問題或者完成任務的過程中，學生需要動腦與動手相結合，需要融合運用人工智能技術與生物學、物理等學科知識，這不僅對學生提出了更高要求，也對教師提出了具備人工智能素養和其他學科基礎的要求。因此，培養具有人工智能素養和跨學科知識背景且能夠勝任人工智能教學實驗室教學的教師隊伍是當務之急。一方面，學校要以信息技術、數學、物理等學科教師爲基礎進行人工智能素養的培訓與提升；另一方面，高等師範院校有必要進行及時的課程改革，爲各學科師範生開設人工智能素養的相關課程，培養師範生具有基礎的人工智能素養。

3.加強人工智能實驗均衡性教育。中小學人工智能教育既要鼓勵“試點學校”先行探索先進實驗室的建設與應用經驗，也要避免出現區域性和學校間的人工智能教育“鴻溝”。因此，在推進人工智能實驗室建設與應用過程中，一方面需要建立“先行試點—逐步推廣—共同發展”的推進機制，通過研製和實施中小學人工智能實驗標準確保每個學生人工智能素養都能得到提升；另一方面要加強真實實驗室與虛擬實驗室的結合應用，拓展學生開展人工智能實驗活動的空間，創新實驗室教學方式，提高實驗室應用效果。

四、人工智能實驗室教學的基本遵循

1.制定具體可達的教學目標。在人工智能教學中，不同學段應當有不同的任務分工。小學階段重在感知和體驗，初中階段側重理解與應用，高中階段重在項目創作和前沿應用。各學校應根據學校實際情況，明確本校人工智能教學在人工智能意識與思維、基礎與技術、應用與創新、安全與責任等方面的具體教學目標。教學目標的確定與敘寫要以學生爲主體，兼顧具體目標如“做出、說出”與抽象目標如“感知、體會、領悟”，以及當前目標與長遠目標。

2.實施多樣的評價方式。人工智能教育重在引導學生掌握人工智能技術和工具，激發學生的好奇心、想象力與創造力。要達成這一目標，學校需要設計適合的評價方式與方法。一是人工評價與智能評價相結合。標準化答案以及模型建構等可由平臺智能評價，但在教學過程中，教師要尤爲重視學生的個性化表現，尤其是學生的創造性思維、設計與想法。二是過程評價與結果評價相結合。教師應當明確，學生在學習和作品設計與創造過程中表現出的學習品質如對人工智能的熱情、好奇、韌性，要比掌握的知識量和完成的具體成果更加重要。三是問答測試與作品呈現相結合。評價中要更加重視學生基於智能技術搭建的作品和完成的項目。四是線上與線下相結合。要充分利用線上的學習數據、展示的作品等綜合評價學生的人工智能素養。

3.設計靈活的教學方式。人工智能教學的實施既需要講授式的知識傳遞，更需要項目化、任務式等的情境教學和研究型教學。在運用人工智能思維和理念、技術解決具體問題時，師生需要一同進行實踐和實驗，使用人工智能模型並不斷調整與優化技術參數，完成用傳統工具和技術所不能完成的任務。同時，教師需要注重設計線上與線下結合、實體與虛擬融合、動腦與動手並重以及課內與課外實踐互通、教學與參賽結合等多種多樣的教學方式。

4.保障課時安排與使用。基於人工智能教學任務以及所需的教學形式，學校要打破固定的40分鐘授課時長，根據教學需要設置長短課。學校可以通過整合課後服務、社團活動的時間，統籌安排校內課時與課外時間、線下課時與線上學時，平衡好人工智能教學與其他課程教學的時間，處理好全體學生人工智能教學基礎學時、提高型教學時間安排以及專業型人工智能人才培養的時間安排。

（作者田愛麗系華東師範大學教育學部教授、教育部中學校長培訓中心副主任；李鋒系華東師範大學教育學部教授、國家高中信息技術課程標準修訂組成員）

《人民教育》2025年第8期

參考文獻：

[1] 熊璋，張潔. 瞄準教育強國戰略目標加強中小學人工智能教育[J]. 人民教育，2024（24）：7-11.

[2] 江蘇省靖江高級中學：AI賦能，智慧成長，探索“人工智能+課程”的特色實踐[EB/OL].（2024-12-13）[2025-03-01]. https://mp.weixin.qq.com/s/kvlYuORhoj8UHy2NXov04A.

[3] 胡正勇，李元博. 打造人工智能課程體系 培育適應智能社會發展的時代新人[J]. 人民教育，2024（24）：21-22.

作者：田愛麗 李鋒