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智能制造公选课论文 地方和学校的经验与做法④丨温州八高:以“人工智能课程”激发高中科学教育新动能

小编 2024-11-24 工业互联网 23 0

地方和学校的经验与做法④丨温州八高:以“人工智能课程”激发高中科学教育新动能

编者按: 为贯彻党的二十大精神,落实立德树人根本任务,办好人民满意的教育,2023年5月,教育部印发《基础教育课程教学改革深化行动方案》,要求各地各校明确责任分工,建立健全推进机制,不断将基础教育课程教学改革引向深入。我们一起来看地方和学校的阶段性经验与做法——

▲温州市第八高级中学

《基础教育课程教学改革深化行动方案》提出:“深化中小学科学教育改革,强化做中学、用中学、创中学,激发青少年好奇心、想象力、探求欲,提升学生解决实际问题的能力,发展学生科学素养。”在中小学阶段着力加强科学教育,是一体化推进教育、科技、人才高质量发展的必然要求。如何准确把握科学教育内涵,提高青少年科学素养,是一项事关全局、关乎未来的时代课题。

温州市第八高级中学洞察新课标背景下普通高中课程建设的“常量”与“变量”,以《普通高中学校办学质量评价指南》为导向,深入研究科学课程建设的逻辑源点、育人根本和创新路径,结合学校“生命教育”育人理念,以“人工智能”课程为切入点,加强顶层设计、优化资源重构、深化课程实施,以项目式学习、社团活动、学科融合等路径激发高中科学教育新动能,引领学校教育高品质、特色化与内涵化发展。

一、顶层设计:发挥科学课程结构化育人功能

学校顺应新时代科学教育内涵的转变,以兼顾全体学生、重视兴趣驱动、强调探究实践、推动数字赋能等作为着力点,从特色校本化、视野前瞻性等维度设计校本课程,尝试构建高中科学教育的新格局。

(一)校本化:开发科教校本课程

学校围绕“敬畏生命”“呵护生命”“发展生命”“享受生命”育人目标,把必修、选择性必修、选修学科学习和生命教育的基本内容相整合,构建由“生命之根”“生命之干”“生命之枝”“生命之果”构成的“生命之树”课程体系,开发了一系列校本化生命教育特色课程群。“科学精神”是“发展生命”的重要支撑,学校依据学情推进基于探究实践的科学教育,在学科竞赛、社团建设、课程开发等方面开展了一系列科学教育实践探索,并围绕学科核心知识、跨学科概念与科学工程实践等,构建整体性、多样性、选择性的校本科学课程,培育和弘扬科学精神。

▲学校生命教育课程理念图

(二)前瞻性:着眼学生未来发展

“科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力”,科技竞争力是未来社会最重要的竞争力之一。聚焦学生未来发展,学校将科学教育纳入课程体系、课堂教学和课外活动等,着力于学生在学习、理解、运用科学知识和技能等方面所形成的价值标准、思维方式和行为表现,既夯实物理、化学、生物、地理、信息科技等科学知识基础,又以“人工智能”课程为新的切入点,项目化推进相关课程,融合STEM(科学、技术、工程、数学)、MINT(数学、信息科学、自然科学与技术)等核心理念,激发学生崇尚科学、探索未知的兴趣,培养其探索性、创新性思维品质,提高学生的全球视野和未来竞争力,为学生的未来发展打下基础。

二、资源重构:打造科学课程多元学习场域

当下高中科学教育的“瓶颈”在于从知识获取到思维训练的转变。学校尝试通过资源重构、以及当下信息科技情境所承载的学习项目,完成在“问题解决”中建构模型、提升思维、丰富体验、形成认同的学习模式,以撬动科学课程思维方式的变革。

(一)“人工智能”课程教学团队搭建

专业教师是学校实施“人工智能”课程的“关键少数”因素。学校将“人工智能”课程教学写入“十四五”发展规划,从重新定位教师角色、优化整合教师培养方案、更新迭代教师培养方式、贯通学科交叉知识等方面加强科学教师培养。学校以技术组教师为主干,物理、数学等学科教师积极加入,补充对“人工智能”课程有兴趣的其他学科教师,形成一支跨学科“人工智能”课程教学团队。为保障“人工智能”课程教学的正常开展,学校组建智慧教育“创研共同体”,并以此为载体,开展研修、实践活动,在过程中制定相关机制,建设集“智慧安防”“智慧教学”“智慧德育”“智慧后勤”于一体的“智融生命成长中枢”。

(二)校内外资源的深度整合

为推动校内外资源有效整合,学校将“请进来”与“走出去”相结合,一方面邀请北京大学等高校专家学者走进校园,另一方面引领学生走进高校、走进研究院、走进高端实验室,开展科学游学实践活动,亲历科学探究实践过程,从而培养学生的好奇心、想象力和探求欲,做深做实科学教育。2023年,学校引进芯片教育实验室,开设了“半导体芯片设计与制作”选修课程,让学生从芯片的制造原理、制造技术、应用等全流程真实体验,接触了解包括光刻机在内的全套芯片工艺的高精尖设备,并与国科大温州研究院、温州科协等联动,融入科学家精神教育、基础知识教学和实验创新教育。

(三)科学实践空间的拓展再造

科学实践空间是高质量实施科学教育的重要支撑。学校打造了面积达200平米的人工智能实验空间,集移动学习、泛在学习、深度学习、项目学习、智慧学习于一体。人工智能实验空间分为“芯片”“全国中小学信息技术创新与实践大赛(NOC)”“编程机器人VEX”三大实验室,分别配置了国内目前较为先进的民用教学芯片制作操作仓、国际NOC比赛标准场地等。未来,依托温州市“品质校园”创建项目,学校还将稳步深入推进融创文化中心的建设,打造以科学实践为核心,融职业规划与探索、跨学科学习与交流等功能于一体的科学实践空间。

三、课程实施:多路径提升科学核心素养

学校在课程实施过程中,以项目化方式推进,拓展学生物理学、数据科学、信息学等综合学科思维,实现从工具操练到思维重构的进阶。

(一)VEX工程挑战赛课程

学校以人工智能实验室为核心单位,根据学生兴趣、特长,以选修课方式开设VEX工程挑战赛课程,并在教学实践中形成以赛促教、以赛代练的教学模式。在实践过程中逐步形成《VEX VRC课程设计方案》,包括机器人结构件与电子件认识、程序编写、机器人组装与操控等内容,及时融入行业前沿知识并更新课程内容及教师知识储备,形成动态更新的课程知识体系。

(二)NOC比赛课程

学校以学生智能创造社为载体,开发NOC校本课程,运用信息技术,基于AI基础设施,依托教育机器人硬件等教学要素,集课程教学、项目科创、内容创作于一体,打造人工智能教育的“基础底座”。该课程通过打造沉浸式教学环境,以体验、互动的形式,让学生体验和感受AI赋能千行百业的技术场景。

▲学生在NOC比赛标准场地练习

(三)芯片教学课程

学校整体构建人工智能课程体系,打造“芯片实验室”,以“半导体芯片设计与制作”选修课为基础,编制课程纲要。由市教研员牵头,协同技术组教师共同研发,初步形成了芯片教学课程。课程内容包括方案原理教学、芯片制作实验和拓展应用演示,同时涵盖制造过程中涉及的基础学科知识,旨在展示和探索芯片制造全过程,面向学生科普先进制造知识、拓宽眼界。

▲学校芯片实验室里专业老师指导学生制作芯片。刘吉利摄/光明图片

(四)科技文化节

学校进行科创教育、STEM教育、创客教育等创新探索,将科学教育与当代科技进步相结合,不断更新教育理念,改进育人方式。自2018年起,学校持续开展学科素养周,2023年学校将学科素养周整合提升为“科技文化节”,开展如“你好,AI”科学主题演讲、技术综合素养挑战赛、科学达人秀比赛等系列活动,鼓励学生参加各类人工智能类比赛,营造浓郁的校园科技氛围,达到以赛培师、以赛促学的目标。

四、课程效果:搭建“结构化探究实践环”

“人工智能”课程的建设,是学校基于生命未来发展、打造未来学校最具时代感的探索实践。

一是学生人工智能竞赛成绩稳步提升。 VEX机器人工程挑战赛从2019年华东区二、三等奖到2024年全国一等奖(亚军),比赛成绩稳步提升,这不仅是科学兴趣社团的进步,也带动了全校学生对人工智能的研究兴趣,从而促进全校学生理论知识、技术思维、科学精神的全面提升。

二是教师团队科学教育研究热情高涨。 学校教师多次参与各级各类平台的科学实践空间的打造、中小学芯片开发与制作项目化学习等经验交流活动,教师成长迅速,并辐射周边,推动温州地区人工智能项目化学习进展。

三是学校经验做法取得初步成效。 学校“智融”生命成长中枢建设案例被浙江省委改革办(浙江省数改办)作为示范案例在全省数字化改革成果展展示,并向全省推广。

当前,学校人工智能课程建设虽然取得了初步成效,但整体上还处在起步阶段。学校将继续通过课程搭建“结构化探究实践环”,以点带面,以社团带全体,发展学生技术思维、引发深度学习、培育科学精神,最终将科学教育做得更深更实。目前,学生参与科学文化节与科学日常学习实践兴趣浓厚、热情高涨,2023学年有百余人次在市级以上科学类竞赛、论文评比、小制作小发明比赛中获奖。

“人工智能”课程建设,可成为激发普通高中科学教育新动能、建设“未来学校”的重要路径。为加强高中科学教育,培育面向未来的科学技术人才,学校将进一步推动课程体系多元化、教师技能专业化、学生成长个性化,提升学生未来必备的人工智能素养。

2020年专业大揭秘 走进「智能制造工程」专业

智能制造工程

学制: 四年 授予学位: 工学 学士

智能制造工程专业,是机电工程、工业工程、计算机工程、管理科学与人工智能相结合的新工科专业,以培养制造等领域从事智能系统的规划集成、设计制造、运行管理等、应用研究等方面工作的复合型应用专业人才为目标。主要解决制造系统的智能协同及高效运行问题。

我校本专业侧重于制造系统的智能生产线或产业链系统的规划集成、开发设计、运行管理及应用研究,包括制造模式、制造流程、制造手段和制造生态系统的智能化、数字化、网络化及高效协同。

本专业培养具备智能制造系统分析、规划、集成、设计、实施、调试及维护能力,能在智能制造领域从事设计制造、运行管理、应用研究等方面工作,有较强实践能力和一定创新思维,具有忠诚、奉献、进取、合作特质的的高素质复合型、应用型人才。

专业核心课程

工程制图与计算机绘图、运筹学与系统工程、工程力学、控制工程基础、机械原理与设计、人工智能理论及应用、电气控制与PLC应用、智能控制技术及应用、智能制造信息系统开发、工业机器人技术、智能装备与制造系统、传感与检测技术、物联网技术、智能工厂规划设计、智能生产线仿真技术。

主要集中实验环节

基础制造实训、数控加工实训、工业机器人应用实训、智能工厂规划课程设计、一线操作岗位实习、技术岗位实习、综合岗位毕业实习、毕业设计。

培养要求

※能力要求

1.知识应用能力:具备能够将数学、自然科学、机电工程基础和人工智能专业知识用于解决复杂工程问题的能力。

2.设计开发能力:能够设计针对智能制造系统工程问题的解决方案,设计满足特定需求的系统、部件或工艺流程,并能够在设计环节中体现创新意识。

3.工程研究能力:能够基于科学原理并采用科学方法对智能制造系统工程问题进行研究,包括设计实验、分析与解释数据、并通过信息综合得到合理有效的结论。

4.现代工具使用能力:能够针对智能制造系统工程问题,开发、选择与使用恰当的技术、资源、现代工程工具和信息技术工具,包括对智能制造系统工程问题的预测与模拟,并能够理解其局限性。

5.工程伦理判别能力:能够基于智能制造系统工程相关背景知识进行合理分析,评价智能制造系统工程实践和智能制造系统工程问题解决方案对社会、健康、安全、法律以及文化的影响,并理解应承担的责任。

※ 其他要求

1. 工程与社会能力:具有人文社会科学素养、社会责任感,能够在工程实践中理解并遵守工程职业道德和规范,履行责任。

2.团队合作能力:能够在多学科背景下的团队中承担个体、团队成员以及负责人的角色。

3.沟通表达能力:能够就智能制造系统工程问题与业界同行及社会公众进行有效沟通和交流,包括撰写报告和设计文稿、陈述发言、清晰表达或回应指令;具备一定的国际视野,能够在跨文化背景下进行沟通和交流。

4.项目管理能力:理解并掌握工程管理原理与经济决策方法,并能在多学科环境中应用。

5.终身学习能力:具有自主学习和终身学习的意识,有不断学习和适应发展的能力。

▲师生代表喜获第六届全国大学生工程训练综合能力竞赛一等奖

学生继续深造方向

可攻读机械电子、控制工程、管理学科等方向的硕士、博士学位。

就业方向与前景

毕业生能够进入制造业,也进行物流等服务业,可在科研院所、设计院、高等院校和及行业企业从事智能制造系统的集成与开发、规划与设计、运行与维护,以及教学研究、科学管理及技术服务等工作,具有跨学科工作能力和较强的工作适应性。

课程介绍

智能制造专业是多学科交叉融合的专业,因此课程相对较多,主要包括数字化制造、信息系统集成与智能控制、工业工程与管理科学三大模块。各模块构成既自成体系,又相互协同的课程群。课程会根据科技的发展及社会需求的变化,适时调整。

※必修课程

大学英语、高等数学、大学物理、工程制图、计算机三维技术基础、运筹学与系统工程、C语言程序设计、工程力学、控制工程基础、机械原理与设计、电气控制与PLC应用、人工智能理论及应用、生产计划与控制、智能装备与制造系统、传感与检测技术、智能工厂规划设计。

※ 专业选修课

智能制造信息系统开发、大数据与云计算技术、工业机器人技术、智能生产线仿真技术、python语言、智能控制技术及应用、计算机控制技术、物联网技术、项目管理、财务管理。

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