浙江省學生信息素養(yǎng)提升的AI實踐

摘"要：在人工智能技術迅猛發(fā)展的背景下，人工智能在教育領域的融合與應用已成為推動教育創(chuàng)新的關鍵力量。以智能博物項目為案例，聚焦培養(yǎng)學生的問題解決能力，通過項目化學習，深入探討人工智能技術在教學中的實踐路徑，以期為智能博物項目的全面實施提供參考和借鑒。關鍵詞：浙江??；智能博物項目；人工智能；信息素養(yǎng)；數(shù)字素養(yǎng)0"引言2022年4月，教育部發(fā)布《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）。新課標突出人工智能（AI）作為邏輯主線的地位，這與《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出的“在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育”的要求一致，“建設人工智能學科”可作為高中階段進一步實施深層次教育的基礎，形成我國人工智能人才培養(yǎng)的高地[1]。2024年，智能博物項目正式成為浙江省學生信息素養(yǎng)提升實踐活動的亮點賽事。浙江省教育技術中心按照教育部教育技術與資源發(fā)展中心（中央電化教育館）智能博物項目的總體要求組織相關人員開展任務書的研制工作，研制時依據(jù)浙江科技創(chuàng)新教育的發(fā)展水平，立足學生核心素養(yǎng)發(fā)展，分學段擬定任務要求。筆者作為活動組織者和任務書研制的核心專家參與項目的整體設計，從項目的初步設計到落地實施，始終聚焦學生問題解決能力的培養(yǎng)。本次活動以人工智能基礎知識為載體，結合信息科技學科教材，強調(diào)人工智能技術應用的合理性、豐富性和創(chuàng)新性，以真實問題為驅動開展項目化學習，旨在培養(yǎng)學生的跨學科整合能力和創(chuàng)新思維。1"項目設計與實施路徑浙江省智能博物項目以茶文化為切入點，引導學生在主動探尋茶文化獨特魅力并感受浙江深厚底蘊的同時，思考如何將人工智能技術融入茶文化。項目通過跨學科、項目化的學習方式，讓學生在解決問題的過程中提升信息素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。下面結合本次活動相關任務的實現(xiàn)與創(chuàng)新，對項目做一個梳理，以期為智能博物項目的全面實施提供借鑒。1.1"項目設計：傳承傳統(tǒng)文化，融合人工智能教育在2018年8月召開的全國宣傳思想工作會議上，習近平總書記強調(diào)：“中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化是中華民族的文化根脈，其蘊含的思想觀念、人文精神、道德規(guī)范，不僅是我們中國人思想和精神的內(nèi)核，對解決人類問題也有重要價值。”人工智能應用場景的不斷拓展，促進了傳統(tǒng)文化的創(chuàng)造性轉化、創(chuàng)新性發(fā)展。近年來，隨著科技的發(fā)展，人工智能技術在農(nóng)業(yè)領域尤其是茶葉種植、加工和品鑒方面展現(xiàn)出巨大潛力。一片小小的茶葉，蘊含著悠久的文化。浙江省茶文化底蘊深厚，擁有眾多非遺技藝傳承，西湖龍井、安吉白茶等的制作技藝都凝聚著世代匠人的智慧與匠心。嘗試將人工智能技術（如機器學習和大數(shù)據(jù)分析）用于實現(xiàn)茶文化的智能化采集、精準分析和個性化服務，不僅能提升技術的實際價值，也能有效地促進這一傳統(tǒng)文化的傳承與發(fā)展。2024年度浙江省智能博物項目以茶文化為切入點，將主題設置為“茶文化AI之旅”，希望學生在活動準備階段沿著“踏茶尋香游浙江”的脈絡，感受茶農(nóng)的辛勤勞作與豐收的喜悅，見證制茶工藝的精湛與獨特，開啟一場融合文化與藝術的深度探索之旅。在這個旅程中，學生將不再是旁觀者，而是參與者，他們將通過跨學科和項目化的學習方式，深入挖掘茶的歷史文化底蘊，探尋茶與傳統(tǒng)文化之間的深厚聯(lián)系，感受茶文化的博大精深。1.2"實施路徑：強化學科實踐，打造多渠道實施模式智能博物項目旨在通過人工智能課程的學習及深入思考，由學生結合人工智能技術的基本原理，通過程序編寫和手工搭建，設計并實現(xiàn)一款能聽會說、能看會認、能理解會思考的智能系統(tǒng)。因此，在項目實施過程中需要以人工智能技術為工具，強化學生的學科實踐能力，同時培養(yǎng)對傳統(tǒng)文化的理解和尊重。通過實踐研究，就如何開展智能博物項目形成可操作的范例。1.2.1"對接課程標準，開展基礎教學新課標依據(jù)核心素養(yǎng)和學段目標，根據(jù)學生的認知特點，設置六條邏輯主線、九個內(nèi)容模塊，形成立體、豐富的課程內(nèi)容體系。人工智能既是六條邏輯主線之一，也是內(nèi)容模塊之一“人工智能與智慧社會”中的關鍵詞。作為模塊的人工智能主要體現(xiàn)于部分年級中，而作為邏輯主線的人工智能則貫穿整個義務教育階段課程。根據(jù)新課標的要求，項目在實施過程中注重與課程標準的對接。通過基礎教學，學生掌握了人工智能技術的基本原理和相關知識，為后續(xù)的項目實踐奠定堅實的基礎。本次活動設置基于“茶文化AI之旅”主題情境的三個基礎任務，分別是“尋找制茶匠人”“探尋浙江茗茶”“了解制茶技藝”，引導學生經(jīng)歷原理運用過程、計算思維過程和數(shù)字化工具應用過程，建構知識，提升問題解決能力，讓學生在合理選用語音合成、語音識別、人臉識別、物體識別、場景識別、機器翻譯、人機對話等技能解決實際問題的過程中，體會這些應用給學習和生活帶來的便利，感受人工智能技術對人類社會的深刻影響[2]。學校在開展活動時可以結合信息科技教材中“人工智能語音和圖像識別技術”“人工智能中的算法”“機器學習”“智能創(chuàng)意”等教學內(nèi)容開展實踐。以“尋找制茶匠人”任務為例，學生需要根據(jù)公布的制茶匠人人臉卡片和對應的制茶人信息，將多名制茶匠人人臉信息全部注冊錄入系統(tǒng)，組成人臉信息庫；通過傳感器檢測觸發(fā)系統(tǒng)啟動人臉檢索，由系統(tǒng)識別人臉卡片后顯示并播報指定內(nèi)容。例如，系統(tǒng)在識別人臉作品后能正確顯示或播報：“這是陳先生，了解安吉白茶制作技藝?！币浴疤綄ふ憬琛比蝿諡槔?，學生需要按照現(xiàn)場公布的浙江茗茶表中某種茗茶“茶葉特征”“茶葉產(chǎn)地”“茶鄉(xiāng)風景”其中一項內(nèi)容，通過人機對話形式讓機器用不同語言回答指定問題并顯示在屏幕上。這就需要啟動語音轉寫并判斷轉寫結果是否包含指定問題的關鍵詞，然后啟動機器翻譯，完成顯示與播報。以“了解制茶技藝”任務為例，學生需要根據(jù)現(xiàn)場公布的某幾種茗茶以及寫有制茶技藝的詞語卡片，如攤放、殺青、團法等，判斷播報的是哪種茶的制作技藝。學生需要創(chuàng)建并訓練一個文本分類模型，系統(tǒng)智能識別語音命令詞完成文字識別，并根據(jù)模型的分類結果判斷分類，自動完成顯示與播報任務。學生在參與以上三個基礎任務的過程中，利用了語音合成、人臉注冊、人臉檢索、語音識別、機器翻譯、文字識別、文本訓練模型等基本的AI技能，而教學活動則圍繞相關任務主題開展實踐探究，并引導學生對比不同的人工智能應用場景，理解語音識別、語音合成和圖像識別的基本過程與原理。1.2.2"跨學科整合，強化實踐能力在人工智能教育的實施過程中，要不斷喚醒、培養(yǎng)和提高學生的創(chuàng)新意識，在跨學科、綜合性的人工智能范疇內(nèi)，在人的智能范圍內(nèi)進行開發(fā)、創(chuàng)造，改善和優(yōu)化人類生存環(huán)境，提高生活效率和質量[3]?？鐚W科項目化學習強調(diào)多學科的交叉融合，智能博物項目鼓勵學生將人工智能技術與其他學科相結合，讓學生在真實場景中運用多學科知識解決問題，培養(yǎng)設計思維、計算思維和迭代思維。1）探究真實性問題。本次活動的創(chuàng)意任務以真實有效的問題情境為背景，涉及人工智能支持下的茶園管理、制茶產(chǎn)業(yè)、茶文化傳承、茶葉品鑒等方面。2）融合多學科知識?；顒右髮W生使用智能語音、計算機視覺、自然語言處理等人工智能技術，創(chuàng)新茶文化傳承新思路，在茶文化傳承的智能采集、智能分析和智能服務中發(fā)揮技術價值。在項目的實施過程中需要綜合運用語文、數(shù)學、科學、藝術等相關學科知識。3）提升思維能力?；顒幽苡行У貙⒃O計思維、計算思維與迭代思維等有機融合，培養(yǎng)學生的創(chuàng)作意識和創(chuàng)新思維，提升學生解決問題的能力。在“茶醫(yī)慧心”這個作品的設計中，作者將自動泡茶與中醫(yī)問診有機結合，通過飲茶實現(xiàn)心靈上的滋養(yǎng)。作品主要具備“望聞問切推薦茶”“自動沖泡提供茶”“人工智能答茶疑”三大功能模塊。1）結合中醫(yī)問診的“望聞問切”，推薦一款定制養(yǎng)生茶。作品通過啟用攝像頭進行面相識別，通過聲音傳感器開展近況詢問，通過心率傳感器監(jiān)測心率實現(xiàn)把脈，通過氣體傳感器探測人體狀態(tài)，模擬“望聞問切”中醫(yī)診斷疾病的四種基本方法；接著通過人工智能分析對癥狀進行分類，推薦一款量身定制的養(yǎng)生茶。2）啟動自動沖泡養(yǎng)生茶的進程。通過利用舵機驅動機械臂抓取準備好的特定茶料包，實現(xiàn)全自動沖泡茶水。3）啟動人工智能茶藝創(chuàng)作進程。通過人工智能大語言模型，回答用戶茶方面的問題。首先是使用語音轉寫、文字轉語音等服務來聽取、答復問題，接著啟用大語言模型來思考、回答問題，廣泛學習有關茶葉、茶文化的知識，做到“有問必答”。學生在運用人工智能的相關知識與技能解決現(xiàn)實生活中問題的過程中經(jīng)歷了項目化學習的過程，在資料搜集、程序設計、開源硬件、結構搭建、成果展示與交流的過程中，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能。1.2.3"多渠道實施，豐富學習體驗在項目實施過程中可以采用多渠道實施模式，讓學生在實踐中學習、在學習中實踐，不斷加深對人工智能技術的理解。1）以課后服務為載體，試點整體構建課后服務體系。通過合作開發(fā)、利用課后服務科學課程、實踐活動等資源是當前教育改革的迫切需求，這些資源不僅能豐富學生的課余生活，還可以提高學生的科學素養(yǎng)和實踐能力。以杭州市蕭山區(qū)為例，在“雙減”政策出臺后，充分利用自身優(yōu)勢和區(qū)域內(nèi)外可利用資源，積極將人工智能與學校特色相結合，在全區(qū)開展人工智能普及教育，開設豐富多彩的“X”課程，并開發(fā)區(qū)本人工智能教材《人工智能融合活動手冊》，構建獨具特色的人工智能課程生態(tài)體系。2）以數(shù)字平臺為載體，開設拓展課程供自主選學。以紹興市為例，制定紹興市人工智能創(chuàng)新教育建設規(guī)范方案，確定“1+N+X”建設架構，即建立1個市級人工智能教育云平臺、N所人工智能教育示范校、X所人工智能教育普及校。目前，紹興市iTech人工智能互聯(lián)網(wǎng)學校已經(jīng)投入使用，樂高SPIKE輕松入門等22門課程上線供學生自主選學。3）以開放平臺為載體，開展人工智能學習在線體驗。在教學中依托教育部教育技術與資源發(fā)展中心（中央電化教育館）的中小學人工智能教育服務平臺開展人工智能學習在線體驗，實現(xiàn)教學評一體化教學。以人臉識別為例，借助平臺圍繞人臉識別的基本原理，引導學生思考“計算機是利用什么來進行人臉檢測的”“人臉識別根據(jù)哪些關鍵點的數(shù)據(jù)進行”等問題，并通過平臺演示理解人臉識別關鍵特征。在學習過程中還可融入實驗驗證，如通過道具遮蓋面部特征，最終讓學生理解人臉識別是將提取出的人臉特征與已知的人臉特征進行比對，根據(jù)匹配的結果和設定的閾值進行決策，判斷人臉是否匹配。此外，國內(nèi)多家企業(yè)面向公眾開放了多種接口，包括語音技術、圖像技術、文字識別、人臉識別、OCR識別、自然語言處理等，完全可以滿足人工智能教學中的功能體驗。2"實踐成效與思考通過智能博物項目的實施，學生的跨學科整合能力和創(chuàng)新思維得到顯著提升。同時，項目也為學生提供了深入了解傳統(tǒng)文化的機會，增強了文化自信。2.1"健全培育體系，提升數(shù)字素養(yǎng)人工智能教育的跨學科、綜合性，使其成為學生綜合能力的培養(yǎng)工具[4]。中央網(wǎng)信辦、教育部、工信部、人社部聯(lián)合印發(fā)的《2024年提升全民數(shù)字素養(yǎng)與技能工作要點》明確要求：要建立更加健全的數(shù)字素養(yǎng)與技能培育體系。學校是青少年數(shù)字素養(yǎng)和技能提升的主陣地，而教師則是帶領學生提升數(shù)字素養(yǎng)與技能的主要責任人。面對數(shù)字時代社會轉型的發(fā)展需要，提升學生的數(shù)字素養(yǎng)與技能已經(jīng)成為廣大教育工作者必須承擔的責任。2.2"推進課程實施，構建課程體系就課程目標層面而言，人工智能在中小學普及是國家戰(zhàn)略。在“雙減”背景下培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)，推動課程實施，學校需要開展人工智能教育實踐；就課程定位層面而言，中小學人工智能課程應定位于培養(yǎng)學生對人工智能的正確認知，幫助學生了解人工智能技術的應用場景，體驗人工智能技術帶給人們的獲得感，激發(fā)學生參與人工智能領域學習、研究的積極性，全面培養(yǎng)學生探究、溝通、創(chuàng)新和協(xié)作的能力；就課程普及實施層面而言，人工智能課程在中小學開展，需要整體建構課程體系，并建立一支能靈活運用各學科相關知識、