基于AI课程群构建的智慧校园环境建设实践探索
曾小敏
人工智能作为信息技术的更高发展阶段，毫无疑问会深层次推动教育教学改革与创新发展，进而给未来教育带来机遇和挑战。卢湾高级中学开展AI课程群探索的过程，不仅仅是对科学教育办学特色深入推进的过程，也不仅仅是以信息技术革新来推动学校教与学革新的过程，更是将人工智能课程作为学校型态演化链式反应的关键点，推动学校持续的、系统变革的过程。保障这系列变革过程顺利推进，离不开全息式智慧型环境的建设。
近年来，基于AI课程群构建开展高中学校的环境建设，学校从空间环境、师资环境、育人环境等方面进行了探索。
一、空间环境：软件与硬件珠联璧合
学校调动一切教育力量，创造一切条件为学生提供资源上的支持，花力气投巨资建一流水平的中心实验室，整合原有的各类实验室，为系列创新课程的有效开展创设条件。学校对准AI课程群的实施，在延续创新课程实验室基础上，进行了空间环境重塑，主要从硬件设施环境的打造和软件运行环境的构建两个层面进行了空间环境建设。
（一）硬件设施环境：为课程实施提供良好的实验条件
1.学校与独角兽公司商汤科技开展校企合作。商汤科技与上海市黄浦区教育局签订《人工智能教育与教学合作框架协议》，以上海市卢湾高级中学为试点合力打造人工智能标杆校，在人工智能实验室建设、《人工智能基础》教材编写等领域开展合作，共同探索以教育信息化建设推动学校育人方式转型发展。为此，学校开辟出综合楼9楼1 000多平米的场地，建设“立芯·展翼”（立科学教育之芯，展科学教育之翼）AI实验区。借助人工智能独角兽的技术，打造人工智能功能实验室和人工智能创新孵化实验室，为学生开展“人工智能+”课程群学习提供支持，使之成为具有全国领先水平的人工智能样板实验场。
2.学校与中国联合网络通信上海市分公司开展校企合作。双方签署首个推进“5G+”智慧高中合作框架协议，以学校为试点合力打造“5G+”智慧高中标杆校。在教学、环境、安防等多领域开展合作，共同探索在5G元年大背景下高中教学场景新的可能性。助力“5G+”创新实验室，推进信息化教学应用；
助力“5G+”教学直播，推进教学资源共享化；
搭建“5G+”全息视频教室，让师生体验前沿技术。学校还利用5G通信技术的低时延、大带宽、高可靠和边缘云计算能力，打造出卢湾学区内各学校间可共享数据及教学资源的深度结合的全新远程教学体系。为此，学校建设了以GPU为标志的超算机群，搭建通信技术5G平台，基于平台探索5G及其群体技术与教育教学融合，打造智慧化的工作、学习和生活环境，构建学校大数据可视平台。
3.学校与其他智能科技公司合作。通过人工智能技术应用于学校图书馆，打造智慧图书馆。学校图书馆的数据种类多数量大，借助公司技术力量，基于原始数据进行采集、计算、存储、加工，同时统一标准和口径，形成图书馆的专有数据中台，为构建人工智能图书馆服务空间提供有效的数据仓库及标准的计算服务接口层。学校专门开辟6楼打造智慧图书馆的空间，开展了人工智能图书馆实验专区建设，为技术开发和应用测试提供支撑。引入“小阅机器人”，实现与阅读者实时互动。“小阅”可以进行馆舍布局自动导览介绍；
馆藏资源、服务内容、流程及制度自动介绍；
与学生进行交互，回答一些基础性的問题。
（二）软件运行环境：为课程实施提供先进的技术支撑
1.软件系统赋能课堂教学。利用人工智能技术改变教与学的方式，优化教与学的策略，提高教师的教育效能、提升学生的学习效能。具体而言即：为教师更好地因材施教提供强有力的数据分析，对学生学习过程进行全方位、全过程、全天候的追踪指导，最终形成人工智能支持下的“人工智能+课堂教学”平台体系（见表1）。
2.软件系统赋能课程设计。基于学校科学教育的办学特色与优势，利用人工智能技术全面优化学校课程体系，具体而言即：对原有的基础型课程、拓展型课程、研究型课程进行全面渗透、应用，为培养有人工智能素养和创新实践能力的新一代高中学生进行实践探索，最终形成人工智能支持下的“人工智能+课程设计”平台体系。学校充分利用好商汤科技提供的“SenseStudy教学实验平台”开展课程设计与实施。以平台为依托，学生进行Python语言学习，掌握基本编程逻辑；
训练相关机器人模型，加载到机器人，观察其行动反应，进而优化模型，体会完整的机器人智能化的过程；
开展人工智能与学科和行业应用相结合的实验，包括：AI+生物、AI+化学、AI+物理、AI+历史、AI+政治、AI+汽车、AI+手机、AI+物联。SenseStudy平台通过实际案例介绍、项目制设计，引导学生拓展思维，发现问题，在模仿中习得，在创造中推新，为学生建立系统的AI认知、体会AI在生活中的应用提供实践契机。
二、师资环境：团队与平台相得益彰
构建一个能够实施AI课程的师资环境，唤醒全体教师的AI意识，培养教师成为学生认识人工智能的领路人和AI教学专家，是课程实施的重中之重。学校以团队为抓手，以平台为依托，以制度为准绳，促使教师积极地掌握和应用“AI+5G”技术，全面提升教师的AI素养，尤其是引导教师如何将AI技术通过设备工具媒介运用到学科教学、项目化教学中，最终培养学生的创新精神和实践能力。
（一）打造课程建设攻坚团队，提升教师课程实施能力
1.成立人工智能核心团队，在学习中提升教师课程执行力。为更好地开展课程实施，学校成立了以信息学科为主，兼顾物理、化学、数学等学科的人工智能核心团队，开展有关人工智能技术的考察学习交流，并强调教师在AI课程实践中边学习边提升。一是开展专题研修活动。学校依托商汤科技公司的技术力量，先后在商汤科技开展了暑期研修班一期、研修班二期的AI课程培训，围绕AI教材的解读、AI课程的实施、评价等开展培训。二是开展考察观摩活动。团队教师先后考察了市西高中、科大讯飞、商汤科技公司、复旦大学信息科学与工程学院，先后观摩2018年、2019年人工智能大会，感受人工智能赋能教育及城市生活的全息图景，为学校如何打造智能未来学校获取知识、寻找灵感。通过观摩，大家对人工智能赋能各个领域的最新科技成果有了全息体验，更深刻地感受到如何运用最新的人工智能成果服务学校教育，从而提高学生人工智能素养，培养适应未来人工智能时代的人才。三是开展专题研讨活动。团队每两周开展一次“头脑风暴”，及时沟通课程实施过程中的新发现、新问题、新困惑，通过与科技公司、科研院所、不同学科教师的专业对话，碰撞智慧火花，提升课程执行力。通过组织师生积极参与微论坛、研讨会、讲座、人工智能大会等国际国内大型展会，传承“勇于质疑，敢于探究”的办学精神，并在拥抱新的技术变革、推进课程教学革新的实践探索中，继续丰富学校“科学树人，人文立魂”的办学内涵，赋予学校科学教育的新生长点，为人工智能时代的到来，做好观念上、文化上的准备。
2.成立特约科研员研究团队，在研究中提升教师教育智慧。为全面提升全体教师应对未来人工智能时代教育改革的课程实施能力与信息素养，教科研部成立“特约科研员研究团队”。以35岁以下中青年教师为重点培养对象，将他们自身学科专业素养与学校的AI课程实施需要的必备能力紧密结合，通过“人工智能在中学教育教学中的应用现状”“AI+学科课程域的探索与思考”“AI时代背景下的人才培养”等研修主题，引导中青年教师关注最新科技成果，理解并认识人工智能时代对教育教学革新的重要影响，推动教师在学科教学实践中运用最新科技成果，加强项目化学习、基于真实情景的学科教学实践探索，发挥科研员的引领、辐射作用。研究团队不定期举行“科研沙龙”，形式内容可根据教师的需求进行取舍，让科研能紧贴教师的教育实践，让科研能够激活教师的教育智慧，让科研能够提升教师职业满足感、幸福感。
（二）搭建教师专业发展平台，提升教师AI素养能力
1.以教研组长“半月谈”为路径，落实和完善校本研修。每两周以教研组长会议为抓手，开展“教研半月谈”系列活动。每次教研组长会议上，由一位教研组长总结梳理本学科近年来的校本研修成果，介绍本学科的特色亮点以及工作中遇到的困难和问题，展望本学期打造“智慧课堂”的探究主题和具体方略，以此作为本学科校本研修的主题，与会老师建言献策，进行“头脑风暴”。教科研部给予相关信息咨询、资料支撑，配合教研组长“半月谈”主题内容和学校办学实验项目，做好教师专业发展资料汇编。比如：《和谐班级你我他》《如何选题——中学科研课题选题的策略与实践智慧》《优化作业设计提升教育实效》《未来已来——人工智能赋能教育的探索与思考》《如何应对教育信息化2.0》《人工智能与教育变革》等，并通过教研组、备课组，及时反馈给教师，真正做到校本研修有抓手、有内容、出效益。
2.以课题论文申报评比为契机，提升教师专业素养。为教师各级各类论文比赛的课题申报、立项、中期研究、结题等做好组织、指导和服务工作。组织教师参与申报“第三届创造教育”科研成果奖、黄浦区“基于学情调研的行动改进”案例征文等各级各类比赛。以主课题为指引，通过各级各类课题申报，形成了围绕学校龙头实验课题的市级、区级、校级课题网络。通过课题推进，促进教师反思课堂教学，科研进入良性循环状态，一线老师广泛参与教科研，直接参加教科研的教师超过 70%，市、区级以上科研成果评比中获奖24项；
在国家省、市、区级以上专业刊物上公开发表文章70余篇。学校被评为第二届“长三角地区”教科研优秀团队，连续三届评为黄浦区优秀科研集体。
三、育人环境：制度与实践交相辉映
利用社会资源建立各种各样的教育活动基地，作为我校开展AI课程实施的重要阵地。通过这些基地活动的开展，可以帮助学生以有趣的方式、由浅入深地了解深奥的人工智能相关知识，满足学生走近科学、了解前沿科技的需求，提升学生对人工智能的认识，培养学生编程思维和初步的编程能力。同时，学生能在任务挑战和项目式学习的过程中，充分锻炼自己的沟通能力、协作能力、创新能力、实践能力等核心素养，助力学生未来发展。
努力与高等教育接轨，整合社会资源、推进家校社联动，开发社企教育资源、科研院所、高校教育资源，合作共建创新教育课程。充分利用高校科研院所的优质资源，保障主题活动设计的时效性、时代感；
提升学校研究型课程的研究水准，在推进问题研究和项目设计研究过程中，培养学生的创新意识和科学探究能力；
提供学生实践体验的平台和场所，拓展学生学习视野和空间。激活家庭资源、对接高校科研院所资源、关注投入社会生活，AI课程实施不是一个“孤岛”，通过教学生态系统的打造，为学生AI素养提升提供更广阔的平台和成长路径。
四、结语
隨着教育部《教育信息化2.0行动计划》“智慧教育创新发展行动”的推进，立足自身办学传统与优势，迎接人工智能信息化浪潮对教育的新要求、新期待，学校以AI课程群构建为切入口，开展了空间环境、师资环境、育人环境的智慧校园环境建设系统实践，从中有以下启示：一是智慧校园环境建设需要依托课程建设提升内涵品质；
二是智慧校园环境建设的关键在于培养高素质人工智能教育人才队伍；
三是利用区域优势打造人工智课程教育链，有利于促进环境建设资源配置的最优化。
智慧校园环境建设的最终指向是促进学生的健康和谐发展。学生个性化发展和创新创造能力的培养是校园环境建设的最终目标。我们在迎接智慧教育时代到来的同时，要清晰地把握智慧教育发展脉络，厘清发展的软硬件条件和实施思路，不断反思改进方能顺利前行。
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