浙江省學(xué)生信息素養(yǎng)提升的AI實(shí)踐

摘"要：在人工智能技術(shù)迅猛發(fā)展的背景下，人工智能在教育領(lǐng)域的融合與應(yīng)用已成為推動(dòng)教育創(chuàng)新的關(guān)鍵力量。以智能博物項(xiàng)目為案例，聚焦培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力，通過項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，深入探討人工智能技術(shù)在教學(xué)中的實(shí)踐路徑，以期為智能博物項(xiàng)目的全面實(shí)施提供參考和借鑒。關(guān)鍵詞：浙江?。恢悄懿┪镯?xiàng)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(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）。新課標(biāo)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(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”的要求一致，“建設(shè)人工智能學(xué)科”可作為高中階段進(jìn)一步實(shí)施深層次教育的基礎(chǔ)，形成我國(guó)人工智能人才培養(yǎng)的高地[1]。2024年，智能博物項(xiàng)目正式成為浙江省學(xué)生信息素養(yǎng)提升實(shí)踐活動(dòng)的亮點(diǎn)賽事。浙江省教育技術(shù)中心按照教育部教育技術(shù)與資源發(fā)展中心（中央電化教育館）智能博物項(xiàng)目的總體要求組織相關(guān)人員開展任務(wù)書的研制工作，研制時(shí)依據(jù)浙江科技創(chuàng)新教育的發(fā)展水平，立足學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展，分學(xué)段擬定任務(wù)要求。筆者作為活動(dòng)組織者和任務(wù)書研制的核心專家參與項(xiàng)目的整體設(shè)計(jì)，從項(xiàng)目的初步設(shè)計(jì)到落地實(shí)施，始終聚焦學(xué)生問題解決能力的培養(yǎng)。本次活動(dòng)以人工智能基礎(chǔ)知識(shí)為載體，結(jié)合信息科技學(xué)科教材，強(qiáng)調(diào)人工智能技術(shù)應(yīng)用的合理性、豐富性和創(chuàng)新性，以真實(shí)問題為驅(qū)動(dòng)開展項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，旨在培養(yǎng)學(xué)生的跨學(xué)科整合能力和創(chuàng)新思維。1"項(xiàng)目設(shè)計(jì)與實(shí)施路徑浙江省智能博物項(xiàng)目以茶文化為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生在主動(dòng)探尋茶文化獨(dú)特魅力并感受浙江深厚底蘊(yùn)的同時(shí)，思考如何將人工智能技術(shù)融入茶文化。項(xiàng)目通過跨學(xué)科、項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)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(jié)合本次活動(dòng)相關(guān)任務(wù)的實(shí)現(xiàn)與創(chuàng)新，對(duì)項(xiàng)目做一個(gè)梳理，以期為智能博物項(xiàng)目的全面實(shí)施提供借鑒。1.1"項(xiàng)目設(shè)計(jì)：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(guó)宣傳思想工作會(huì)議上，習(xí)近平總書記強(qiáng)調(diào)：“中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化是中華民族的文化根脈，其蘊(yùn)含的思想觀念、人文精神、道德規(guī)范，不僅是我們中國(guó)人思想和精神的內(nèi)核，對(duì)解決人類問題也有重要價(jià)值?！比斯ぶ悄軕?yīng)用場(chǎng)景的不斷拓展，促進(jìn)了傳統(tǒng)文化的創(chuàng)造性轉(zhuǎn)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(shù)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)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(yùn)含著悠久的文化。浙江省茶文化底蘊(yùn)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(shù)（如機(jī)器學(xué)習(xí)和大數(shù)據(jù)分析）用于實(shí)現(xiàn)茶文化的智能化采集、精準(zhǔn)分析和個(gè)性化服務(wù)，不僅能提升技術(shù)的實(shí)際價(jià)值，也能有效地促進(jìn)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(xiàng)目以茶文化為切入點(diǎn)，將主題設(shè)置為“茶文化AI之旅”，希望學(xué)生在活動(dòng)準(zhǔn)備階段沿著“踏茶尋香游浙江”的脈絡(luò)，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(dú)特，開啟一場(chǎng)融合文化與藝術(shù)的深度探索之旅。在這個(gè)旅程中，學(xué)生將不再是旁觀者，而是參與者，他們將通過跨學(xué)科和項(xiàng)目化的學(xué)習(xí)方式，深入挖掘茶的歷史文化底蘊(yùn)，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(shí)施路徑：強(qiáng)化學(xué)科實(shí)踐，打造多渠道實(shí)施模式智能博物項(xiàng)目旨在通過人工智能課程的學(xué)習(xí)及深入思考，由學(xué)生結(jié)合人工智能技術(shù)的基本原理，通過程序編寫和手工搭建，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)一款能聽會(huì)說、能看會(huì)認(rèn)、能理解會(huì)思考的智能系統(tǒng)。因此，在項(xiàng)目實(shí)施過程中需要以人工智能技術(shù)為工具，強(qiáng)化學(xué)生的學(xué)科實(shí)踐能力，同時(shí)培養(yǎng)對(duì)傳統(tǒng)文化的理解和尊重。通過實(shí)踐研究，就如何開展智能博物項(xiàng)目形成可操作的范例。1.2.1"對(duì)接課程標(biāo)準(zhǔn)，開展基礎(chǔ)教學(xué)新課標(biāo)依據(jù)核心素養(yǎng)和學(xué)段目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，設(shè)置六條邏輯主線、九個(gè)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(huì)”中的關(guān)鍵詞。作為模塊的人工智能主要體現(xiàn)于部分年級(jí)中，而作為邏輯主線的人工智能則貫穿整個(gè)義務(wù)教育階段課程。根據(jù)新課標(biāo)的要求，項(xiàng)目在實(shí)施過程中注重與課程標(biāo)準(zhǔn)的對(duì)接。通過基礎(chǔ)教學(xué)，學(xué)生掌握了人工智能技術(shù)的基本原理和相關(guān)知識(shí)，為后續(xù)的項(xiàng)目實(shí)踐奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本次活動(dòng)設(shè)置基于“茶文化AI之旅”主題情境的三個(gè)基礎(chǔ)任務(wù)，分別是“尋找制茶匠人”“探尋浙江茗茶”“了解制茶技藝”，引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷原理運(yùn)用過程、計(jì)算思維過程和數(shù)字化工具應(yīng)用過程，建構(gòu)知識(shí)，提升問題解決能力，讓學(xué)生在合理選用語音合成、語音識(shí)別、人臉識(shí)別、物體識(shí)別、場(chǎng)景識(shí)別、機(jī)器翻譯、人機(jī)對(duì)話等技能解決實(shí)際問題的過程中，體會(huì)這些應(yīng)用給學(xué)習(xí)和生活帶來的便利，感受人工智能技術(shù)對(duì)人類社會(huì)的深刻影響[2]。學(xué)校在開展活動(dòng)時(shí)可以結(jié)合信息科技教材中“人工智能語音和圖像識(shí)別技術(shù)”“人工智能中的算法”“機(jī)器學(xué)習(xí)”“智能創(chuàng)意”等教學(xué)內(nèi)容開展實(shí)踐。以“尋找制茶匠人”任務(wù)為例，學(xué)生需要根據(jù)公布的制茶匠人人臉卡片和對(duì)應(yīng)的制茶人信息，將多名制茶匠人人臉信息全部注冊(cè)錄入系統(tǒng)，組成人臉信息庫(kù)；通過傳感器檢測(cè)觸發(fā)系統(tǒng)啟動(dòng)人臉檢索，由系統(tǒng)識(shí)別人臉卡片后顯示并播報(bào)指定內(nèi)容。例如，系統(tǒng)在識(shí)別人臉作品后能正確顯示或播報(bào)：“這是陳先生，了解安吉白茶制作技藝?！币浴疤綄ふ憬琛比蝿?wù)為例，學(xué)生需要按照現(xiàn)場(chǎng)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(fēng)景”其中一項(xiàng)內(nèi)容，通過人機(jī)對(duì)話形式讓機(jī)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(dòng)語音轉(zhuǎn)寫并判斷轉(zhuǎn)寫結(jié)果是否包含指定問題的關(guān)鍵詞，然后啟動(dòng)機(jī)器翻譯，完成顯示與播報(bào)。以“了解制茶技藝”任務(wù)為例，學(xué)生需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)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(tuán)法等，判斷播報(bào)的是哪種茶的制作技藝。學(xué)生需要?jiǎng)?chuàng)建并訓(xùn)練一個(gè)文本分類模型，系統(tǒng)智能識(shí)別語音命令詞完成文字識(shí)別，并根據(jù)模型的分類結(jié)果判斷分類，自動(dòng)完成顯示與播報(bào)任務(wù)。學(xué)生在參與以上三個(gè)基礎(chǔ)任務(wù)的過程中，利用了語音合成、人臉注冊(cè)、人臉檢索、語音識(shí)別、機(jī)器翻譯、文字識(shí)別、文本訓(xùn)練模型等基本的AI技能，而教學(xué)活動(dòng)則圍繞相關(guān)任務(wù)主題開展實(shí)踐探究，并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)比不同的人工智能應(yīng)用場(chǎng)景，理解語音識(shí)別、語音合成和圖像識(shí)別的基本過程與原理。1.2.2"跨學(xué)科整合，強(qiáng)化實(shí)踐能力在人工智能教育的實(shí)施過程中，要不斷喚醒、培養(yǎng)和提高學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，在跨學(xué)科、綜合性的人工智能范疇內(nèi)，在人的智能范圍內(nèi)進(jìn)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(zhì)量[3]?？鐚W(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)多學(xué)科的交叉融合，智能博物項(xiàng)目鼓勵(lì)學(xué)生將人工智能技術(shù)與其他學(xué)科相結(jié)合，讓學(xué)生在真實(shí)場(chǎng)景中運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)解決問題，培養(yǎng)設(shè)計(jì)思維、計(jì)算思維和迭代思維。1）探究真實(shí)性問題。本次活動(dòng)的創(chuàng)意任務(wù)以真實(shí)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(xué)科知識(shí)?；顒?dòng)要求學(xué)生使用智能語音、計(jì)算機(jī)視覺、自然語言處理等人工智能技術(shù)，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(wù)中發(fā)揮技術(shù)價(jià)值。在項(xiàng)目的實(shí)施過程中需要綜合運(yùn)用語文、數(shù)學(xué)、科學(xué)、藝術(shù)等相關(guān)學(xué)科知識(shí)。3）提升思維能力?；顒?dòng)能有效地將設(shè)計(jì)思維、計(jì)算思維與迭代思維等有機(jī)融合，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)作意識(shí)和創(chuàng)新思維，提升學(xué)生解決問題的能力。在“茶醫(yī)慧心”這個(gè)作品的設(shè)計(jì)中，作者將自動(dòng)泡茶與中醫(yī)問診有機(jī)結(jié)合，通過飲茶實(shí)現(xiàn)心靈上的滋養(yǎng)。作品主要具備“望聞問切推薦茶”“自動(dòng)沖泡提供茶”“人工智能答茶疑”三大功能模塊。1）結(jié)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(jìn)行面相識(shí)別，通過聲音傳感器開展近況詢問，通過心率傳感器監(jiān)測(cè)心率實(shí)現(xiàn)把脈，通過氣體傳感器探測(cè)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(duì)癥狀進(jìn)行分類，推薦一款量身定制的養(yǎng)生茶。2）啟動(dòng)自動(dòng)沖泡養(yǎng)生茶的進(jìn)程。通過利用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂抓取準(zhǔn)備好的特定茶料包，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)沖泡茶水。3）啟動(dòng)人工智能茶藝創(chuàng)作進(jìn)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(zhuǎn)寫、文字轉(zhuǎn)語音等服務(wù)來聽取、答復(fù)問題，接著啟用大語言模型來思考、回答問題，廣泛學(xué)習(xí)有關(guān)茶葉、茶文化的知識(shí)，做到“有問必答”。學(xué)生在運(yùn)用人工智能的相關(guān)知識(shí)與技能解決現(xiàn)實(shí)生活中問題的過程中經(jīng)歷了項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的過程，在資料搜集、程序設(shè)計(jì)、開源硬件、結(jié)構(gòu)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(shí)施，豐富學(xué)習(xí)體驗(yàn)在項(xiàng)目實(shí)施過程中可以采用多渠道實(shí)施模式，讓學(xué)生在實(shí)踐中學(xué)習(xí)、在學(xué)習(xí)中實(shí)踐，不斷加深對(duì)人工智能技術(shù)的理解。1）以課后服務(wù)為載體，試點(diǎn)整體構(gòu)建課后服務(wù)體系。通過合作開發(fā)、利用課后服務(wù)科學(xué)課程、實(shí)踐活動(dòng)等資源是當(dāng)前教育改革的迫切需求，這些資源不僅能豐富學(xué)生的課余生活，還可以提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)和實(shí)踐能力。以杭州市蕭山區(qū)為例，在“雙減”政策出臺(tái)后，充分利用自身優(yōu)勢(shì)和區(qū)域內(nèi)外可利用資源，積極將人工智能與學(xué)校特色相結(jié)合，在全區(qū)開展人工智能普及教育，開設(shè)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(dòng)手冊(cè)》，構(gòu)建獨(dú)具特色的人工智能課程生態(tài)體系。2）以數(shù)字平臺(tái)為載體，開設(shè)拓展課程供自主選學(xué)。以紹興市為例，制定紹興市人工智能創(chuàng)新教育建設(shè)規(guī)范方案，確定“1+N+X”建設(shè)架構(gòu)，即建立1個(gè)市級(jí)人工智能教育云平臺(tái)、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(xué)校已經(jīng)投入使用，樂高SPIKE輕松入門等22門課程上線供學(xué)生自主選學(xué)。3）以開放平臺(tái)為載體，開展人工智能學(xué)習(xí)在線體驗(yàn)。在教學(xué)中依托教育部教育技術(shù)與資源發(fā)展中心（中央電化教育館）的中小學(xué)人工智能教育服務(wù)平臺(tái)開展人工智能學(xué)習(xí)在線體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)教學(xué)評(píng)一體化教學(xué)。以人臉識(shí)別為例，借助平臺(tái)圍繞人臉識(shí)別的基本原理，引導(dǎo)學(xué)生思考“計(jì)算機(jī)是利用什么來進(jìn)行人臉檢測(cè)的”“人臉識(shí)別根據(jù)哪些關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行”等問題，并通過平臺(tái)演示理解人臉識(shí)別關(guān)鍵特征。在學(xué)習(xí)過程中還可融入實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，如通過道具遮蓋面部特征，最終讓學(xué)生理解人臉識(shí)別是將提取出的人臉特征與已知的人臉特征進(jìn)行比對(duì)，根據(jù)匹配的結(jié)果和設(shè)定的閾值進(jìn)行決策，判斷人臉是否匹配。此外，國(guó)內(nèi)多家企業(yè)面向公眾開放了多種接口，包括語音技術(shù)、圖像技術(shù)、文字識(shí)別、人臉識(shí)別、OCR識(shí)別、自然語言處理等，完全可以滿足人工智能教學(xué)中的功能體驗(yàn)。2"實(shí)踐成效與思考通過智能博物項(xiàng)目的實(shí)施，學(xué)生的跨學(xué)科整合能力和創(chuàng)新思維得到顯著提升。同時(shí)，項(xiàng)目也為學(xué)生提供了深入了解傳統(tǒng)文化的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)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(xué)科、綜合性，使其成為學(xué)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(diǎn)》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(xué)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(lǐng)學(xué)生提升數(shù)字素養(yǎng)與技能的主要責(zé)任人。面對(duì)數(shù)字時(shí)代社會(huì)轉(zhuǎn)型的發(fā)展需要，提升學(xué)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(dān)的責(zé)任。2.2"推進(jìn)課程實(shí)施，構(gòu)建課程體系就課程目標(biāo)層面而言，人工智能在中小學(xué)普及是國(guó)家戰(zhàn)略。在“雙減”背景下培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，推動(dòng)課程實(shí)施，學(xué)校需要開展人工智能教育實(shí)踐；就課程定位層面而言，中小學(xué)人工智能課程應(yīng)定位于培養(yǎng)學(xué)生對(duì)人工智能的正確認(rèn)知，幫助學(xué)生了解人工智能技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景，體驗(yàn)人工智能技術(shù)帶給人們的獲得感，激發(fā)學(xué)生參與人工智能領(lǐng)域?qū)W習(xí)、研究的積極性，全面培養(yǎng)學(xué)生探究、溝通、創(chuàng)新和協(xié)作的能力；就課程普及實(shí)施層面而言，人工智能課程在中小學(xué)開展，需要整體建構(gòu)課程體系，并建立一支能靈活運(yùn)用各學(xué)科相關(guān)知識(shí)、