基于OBE-CDIO理念的初中人工智能課程體系建設(shè)路向

【摘要】基于OBE-CDIO理念的初中人工智能課程體系建設(shè)路向，符合教育部辦公廳提出在2030年前在中小學(xué)基本普及人工智能教育的精神。本文以培養(yǎng)“通識、通智、通用”的創(chuàng)新人才為導(dǎo)向，從關(guān)鍵概念、課程設(shè)計(jì)模型、課程建設(shè)框架、資源開發(fā)路徑、研究技術(shù)路線等方面，詳細(xì)闡述了基于OBE-CDIO理念的初中人工智能課程體系建設(shè)邏輯，以期為同行開展人工智能普及教育提供實(shí)踐參考?！娟P(guān)鍵詞】OBE-CDIO理念；課程體系；路向建設(shè)背景1.順應(yīng)智能時(shí)代的學(xué)科教學(xué)要求2023年5月，為貫徹黨的二十大精神，落實(shí)立德樹人根本任務(wù)，辦好人民滿意的教育，教育部決定推進(jìn)實(shí)施“基礎(chǔ)教育課程教學(xué)改革深化行動”，其中提到深化核心素養(yǎng)導(dǎo)向開展人工智能科普教育。深圳市龍華區(qū)教育局立足“數(shù)字龍華”發(fā)展戰(zhàn)略，印發(fā)了《龍華區(qū)推進(jìn)中小學(xué)人工智能教育實(shí)施方案》的通知，整區(qū)推進(jìn)義教階段的中小學(xué)人工智能普及教育。2024年11月，教育部辦公廳發(fā)布了《關(guān)于加強(qiáng)中小學(xué)人工智能教育的通知》，龍華區(qū)積極推動人工智能與教育的深度融合，以培養(yǎng)“通識、通智、通用”的創(chuàng)新人才為導(dǎo)向，進(jìn)一步探索高質(zhì)量、有溫度的人工智能普及教育生態(tài)。2.擬解決的問題由于龍華區(qū)初中人工智能教學(xué)尚處于起步階段，教師在人工智能科普教學(xué)過程中往往面臨多個(gè)人工智能教學(xué)平臺、多種教學(xué)資源的選擇難題。基于不同資源的人工智能科普教育，難以利用統(tǒng)一、明確的評價(jià)體系來衡量學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。因此，龍華區(qū)要突破的重點(diǎn)就是在區(qū)域內(nèi)構(gòu)建一套特色鮮明的優(yōu)質(zhì)人工智能課程體系，為區(qū)域內(nèi)教師開展初中人工智能科普教育提供教學(xué)資源、學(xué)習(xí)資源、評價(jià)指標(biāo)等“教-學(xué)-評”全過程支撐。建設(shè)邏輯1.厘清課程關(guān)鍵概念成果導(dǎo)向教育（Outcomes-BasedEducation，OBE）是一種聚焦學(xué)習(xí)成果的課程設(shè)計(jì)和教學(xué)的方法，CDIO（Conceive構(gòu)思、Design設(shè)計(jì)、Implement實(shí)施、Operate運(yùn)作）是工程教育理念，倡導(dǎo)“做中學(xué)”和“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”。龍華團(tuán)隊(duì)以“做中學(xué)、用中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)”為指導(dǎo)思想，構(gòu)建OBE-CDIO模式[1]，一方面學(xué)生需要在“構(gòu)思”和“設(shè)計(jì)”階段對人工智能知識進(jìn)行學(xué)習(xí)和關(guān)聯(lián)，另一方面“實(shí)現(xiàn)”和“運(yùn)行”階段又是學(xué)生工程素養(yǎng)的集中體現(xiàn)。也就是說，CDIO教育模式將“做中學(xué)”理念分散于各個(gè)階段中?；贠BE-CDIO理念構(gòu)建龍華區(qū)初中人工智能課程體系，有助于實(shí)現(xiàn)從“以教為中心”到“以學(xué)為中心”、從“知識體系為中心”到“能力達(dá)成為目標(biāo)”的轉(zhuǎn)變，為構(gòu)建規(guī)?；⒊B(tài)化、高質(zhì)量、可復(fù)制的初中人工智能普及教育提供實(shí)踐樣本。2.確定課程設(shè)計(jì)模型為了防止人工智能學(xué)習(xí)活動過程“淺層化”、流于形式，需要對教學(xué)過程進(jìn)行深度設(shè)計(jì)。龍華的項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)對人工智能普及教育課程體系進(jìn)行了項(xiàng)目化、案例式、任務(wù)鏈設(shè)計(jì)，立足成果導(dǎo)向，以學(xué)習(xí)項(xiàng)目為載體，聚焦問題解決，選擇合適的學(xué)習(xí)內(nèi)容、設(shè)計(jì)合適的CDIO教與學(xué)模型，形成能強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)認(rèn)知、意志和行為等綜合素質(zhì)的教與學(xué)模型，促進(jìn)人工智能學(xué)習(xí)、應(yīng)用效果最優(yōu)化。CDIO工程教育理念注重“學(xué)中做”和“做中學(xué)”，以產(chǎn)品研發(fā)到產(chǎn)品運(yùn)行的全生命周期為載體，培養(yǎng)學(xué)生在真實(shí)環(huán)境下對產(chǎn)品進(jìn)行系統(tǒng)構(gòu)思、設(shè)計(jì)、實(shí)施、運(yùn)行的綜合能力，更好地解決人工智能教育中理論與實(shí)踐脫節(jié)的問題。3.明確課程建設(shè)框架根據(jù)人工智能的多學(xué)科融合性特點(diǎn)，龍華區(qū)為了實(shí)現(xiàn)“AI普及→AI提升→AI應(yīng)用”的區(qū)域人工智能普及教育階梯式發(fā)展，以通識教育為主，構(gòu)建“1+N”初中人工智能課程體系。課程總體建設(shè)框架如圖1所示?！?”是區(qū)域提供人工智能托底課程，注重學(xué)科融合教學(xué)，一體化開發(fā)七至八年級的托底課程讀本與配套教學(xué)資源，通過多形式的學(xué)習(xí)活動和多元化的學(xué)習(xí)評價(jià)，推進(jìn)人工智能普及教育?！癗”是學(xué)校開發(fā)多領(lǐng)域多形態(tài)的特色課程，重視分層分類培養(yǎng)，逐步形成“一校一AI團(tuán)隊(duì)、一校一創(chuàng)新項(xiàng)目、一校一品牌活動”的人工智能教育生態(tài)，通過高標(biāo)準(zhǔn)項(xiàng)目資源準(zhǔn)入和現(xiàn)有資源升級迭代，孵化人工智能產(chǎn)教學(xué)研一體化人工智能科技成果。主要舉措根據(jù)前期的文獻(xiàn)調(diào)研，OBE-CDIO教學(xué)模型相比于傳統(tǒng)教學(xué)模式，在提升學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)動力、調(diào)動其高級思維能力、提高其工程素養(yǎng)等方面具有較為明顯的優(yōu)勢。龍華區(qū)初中人工智能核心建設(shè)團(tuán)隊(duì)主要基于準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)研究法，分析OBE-CDIO教學(xué)模型的優(yōu)勢；同時(shí)，基于實(shí)證分析結(jié)果，開展“基于OBE-CDIO教學(xué)模型的初中人工智能課程體系”成果應(yīng)用和推廣。主要舉措包含了以下幾個(gè)方面。1.結(jié)合學(xué)情，形成課程知識框架設(shè)計(jì)邏輯本課程形成了“二階三重”課程知識框架設(shè)計(jì)邏輯。“二階”是指根據(jù)《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的指導(dǎo)思想以及市、區(qū)兩級人工智能教育課程綱要，明確課程定位，以計(jì)算思維培養(yǎng)為核心，根據(jù)學(xué)段特征，確定不同層次課程目標(biāo)，建立科學(xué)的初中人工智能普及教育知識框架，構(gòu)建區(qū)域“基礎(chǔ)普及類+學(xué)校特色類”人工智能教育二階課程?！叭亍笔侵赋踔腥斯ぶ悄苷n程知識框架的頂層設(shè)計(jì)，將為學(xué)生在初中階段了解、學(xué)習(xí)人工智能知識，規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑、搭建好學(xué)習(xí)支架。通過結(jié)合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律，我們提出“知識能力”和“工程能力”相對平衡的三重邏輯：一是學(xué)科邏輯，以項(xiàng)目為統(tǒng)領(lǐng)；二是生活邏輯，以解決真實(shí)生活問題為線索；三是學(xué)習(xí)邏輯，以建構(gòu)知識體系、發(fā)展思維為特征。2.對標(biāo)課程標(biāo)準(zhǔn)，明確課程項(xiàng)目主題本課程一方面結(jié)合區(qū)域的地方文化、教育特色開發(fā)人工智能課程資源在全區(qū)普及應(yīng)用。另一方面，結(jié)合學(xué)校文化、特色培育與多樣發(fā)展，依托學(xué)校特色類課程，整合、優(yōu)化教學(xué)資源，開發(fā)基于校本的人工智能項(xiàng)目化學(xué)習(xí)資源，堅(jiān)持推進(jìn)多樣化、有特色的人工智能項(xiàng)目模型資源建設(shè)?；谡鎸?shí)問題情境，本課程立足龍華區(qū)位特色開發(fā)人工智能課程資源，重點(diǎn)突出“現(xiàn)代數(shù)字龍華”的產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，以龍華區(qū)數(shù)字產(chǎn)業(yè)板塊中的“芯片”（圖2）“智能音箱”“無人機(jī)”及“大浪時(shí)尚小鎮(zhèn)”為四大主情境，將人工智能與社會發(fā)展有機(jī)銜接，引導(dǎo)學(xué)生感悟人工智能、學(xué)習(xí)人工智能、應(yīng)用人工智能、創(chuàng)造人工智能，培育具備科學(xué)家精神的青少年。圖2"“芯片引腳我檢測”課程單元CDIO教學(xué)設(shè)計(jì)思路3.根據(jù)教學(xué)需要，開發(fā)課程資源（1）建立課程資源的內(nèi)容編碼。在明確各年級學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)基礎(chǔ)的情況下，緊扣深圳市人工智能綱要，結(jié)合龍華課程知識框架，梳理深圳市龍華區(qū)對標(biāo)市人工智能課程綱要的內(nèi)容編碼（7～8年級）。（2）形成課程資源的開發(fā)路徑。課程實(shí)施以來，龍華區(qū)開發(fā)了“AI看世界”“AI讀名著”等若干跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動，并根據(jù)活動開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，梳理出了如下“E-I-T-A-E”五個(gè)環(huán)節(jié)的活動開發(fā)路徑，如表1所示，用以指導(dǎo)人工智能跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動的開發(fā)。（3）形成課程資源的行動研究技術(shù)路線圖。“E-I-T-A-E”五個(gè)環(huán)節(jié)的活動開發(fā)路徑，需經(jīng)過三輪行動研究進(jìn)行設(shè)計(jì)策略、實(shí)施途徑的反復(fù)修改、完善，最終達(dá)成“提煉精品，形成系列”的目標(biāo)。課程資源建設(shè)體現(xiàn)以下幾個(gè)方面的價(jià)值取向。一是以主題為導(dǎo)向。在教學(xué)中，教師在各學(xué)科中尋找契合跨學(xué)科學(xué)習(xí)的主題，從教學(xué)用書中挖掘可供實(shí)踐的內(nèi)容，提煉出具有共性的教學(xué)問題，開發(fā)具有過程性、綜合性的跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)案例[2]，組織學(xué)生開展實(shí)踐活動。二是以聯(lián)動整合為原則。本項(xiàng)目以學(xué)科知識的學(xué)習(xí)為基礎(chǔ)，同時(shí)又是對學(xué)科知識的深化理解、綜合運(yùn)用和擴(kuò)展延伸。在實(shí)踐過程中，既要重視在教學(xué)中為學(xué)生打好相關(guān)學(xué)科的知識基礎(chǔ)，又要注重跨學(xué)科學(xué)習(xí)活動案例的開發(fā)與實(shí)施。主題活動設(shè)計(jì)以聯(lián)動整合為原則，使學(xué)生在某一學(xué)科中所學(xué)的知識，在其他學(xué)科的學(xué)習(xí)過程中能夠得以補(bǔ)充和延伸，通過不同學(xué)科中教學(xué)內(nèi)容或?qū)W習(xí)方式的交叉與滲透[3]，幾個(gè)學(xué)科同時(shí)開展教學(xué)活動，拓展學(xué)生學(xué)習(xí)視野，提高學(xué)習(xí)效率。三是以活動為載體?；顒邮情_展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)的重要載體。在實(shí)施過程中，把實(shí)踐活動與“教材內(nèi)容、現(xiàn)實(shí)生活、自主創(chuàng)造”等結(jié)合起來，認(rèn)真落實(shí)活動計(jì)劃，周密策劃活動環(huán)節(jié)，精心設(shè)計(jì)活動形式，重點(diǎn)關(guān)注活動過程。四是以評價(jià)為標(biāo)尺。開展跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動，讓學(xué)生在生活中、實(shí)踐中綜合地運(yùn)用跨學(xué)科知識和經(jīng)驗(yàn)來發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神及與他人合作、為他人服務(wù)的意識，提高實(shí)踐能力。評價(jià)應(yīng)重參與、重過程，強(qiáng)調(diào)評價(jià)主體的多元化，評價(jià)內(nèi)容的綜合性和全面性，評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的合理性，以及評價(jià)方法、手段的多樣性。合理設(shè)計(jì)、運(yùn)用量表對學(xué)生的創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力等指標(biāo)進(jìn)行前測、后測，通過數(shù)據(jù)驗(yàn)證本課題對學(xué)生的影響。4.成果導(dǎo)向，“三位一體”推動課程立體化實(shí)施課程實(shí)施架構(gòu)方面，為高效推進(jìn)人工智能普及教育，龍華AI教育課程采用“學(xué)校+支持團(tuán)隊(duì)+數(shù)字平臺”三位一體的教學(xué)架構(gòu)，如圖3所示。將線上教學(xué)資源與線下教學(xué)活動有機(jī)融合，形成“虛實(shí)混合、軟硬結(jié)合、學(xué)創(chuàng)融合”的立體化課程實(shí)施架構(gòu)。在該架構(gòu)中，由龍華區(qū)教師授課的實(shí)體課堂與智能化平臺支持下的虛擬課堂相混合，形成OMO（OnlineMergeOffline）混合式AI課堂；圖形化編程、3D仿真編程、代碼編程等多種形式的軟件編程與擴(kuò)展硬件編程相結(jié)合，打造貼近真實(shí)體驗(yàn)的人工智能項(xiàng)目；AI知識學(xué)習(xí)和創(chuàng)新創(chuàng)造