陽穀縣李臺鎮明德小學位於縣城西南方向，地處偏僻，是一所農村鄉鎮中心小學。學校現有29個教學班，1297名學生；教職員工83人，其中省優質課、公開課4人，市縣級教學能手和優質課23人；35歲以下青年教師45人，教師結構合理，是一支富有創新精神、朝氣蓬勃、幹勁十足的年輕隊伍。
近年來，學校一直遵循「規範+堅持」「習慣+養成」「特色+創新」的辦學思路，打造「教育信息化與學科教學深度融合的創新教育」特色，全面實施素質教育，堅持立德樹人，創新學校發展。
自2017年全國義務教育均衡縣創建以來，在陽穀縣縣教體局的大力支持下，我校在原有科學實驗室的基礎上新建了兩間創新實驗室，增添了一批創新教育裝備，有3D印表機、雷射雕刻機、機械臂、機器人搭建裝備、實物編程套裝、開源硬體等。為促進學生個性化發展，培養學生特長，提高學生的科學素養、創新思維和動手實踐能力，開設了一系列創新教育課程。通過兩年多的摸索嘗試，不斷總結，逐步形成了具有農村特色的常態化人工智慧普及課程體系。課程體系建設也是本次案例展示的創新點。
一、創新教育課程開設的依據：
《山東省普通中小學校辦學條件標準》魯教基（2017）1號文件中要求：「24個班以上的完全小學需配備2間創新實驗室」。「創新實驗室用於學校開展創客教育，培養學生的創新思維和能力、動手能力。可根據學校開設的校本課程開設創客空間、3D創意、網際網路智能控制、機器人或無人機的組裝、編程和操作等培養學生創新思維及能力項目。」
《教育部關於加強和改進中小學實驗教學的意見》教基【2019】16號文中提到：「注重加強實驗教學與多學科融合教育、編程教育、創客教育、人工智慧教育、社會實踐等有機融合，有條件的地區可以開發地方課程和校本課程。」
二、創新教育課程開設的原則：
學校開展創新教育能夠激發學生「愛科學、學科學、用科學」的學習興趣，可以培養學生的創新能力和動手能力。尤其是在農村小學，學校開設這些課程讓農村的孩子從小就接觸到機器人搭建、3D建模、編程教育、人工智慧等前沿的科學基礎知識，有利於縮小城鄉之間的差距，不讓農村的孩子輸在起跑線上。因此，我們課程開設的原則是「基礎普及、社團提高、精英參賽」。
基礎普及：就是讓全體學生學習基礎的人工智慧創新課程。
社團提高：是通過社團活動讓部分學生提高。
精英參賽：是通過各級大賽讓優秀的學生脫穎而出。
在這個原則中，「基礎普及」是最重要的，能夠保證讓每個學生都接觸到學校開設的基礎課程，掌握基礎的機器人搭建、3D建模、編程、人工智慧等知識，是社團開展的基礎。
三、常態化人工智慧創新普及課程體系
圖3 常態化人工智慧課程體系
根據學生的年齡特點和知識的認知規律，普及課程成體系、分層次、有梯度，螺旋上升，由易到難，利於學生理解和掌握。課程分為基礎搭建類、編程教育類、建模設計類、學科融合創新實驗四大類課程。
1.基礎搭建
就是指機器人的組裝，通過搭建的練習讓學生動手去操作，在操作中領會一些科學機械原理：如慣性、槓桿原理，齒輪傳動、彈力等。同時在操作中鍛鍊學生的動手能力，培養學生的創新思維能力。這門課程開設的年級有：一年級是簡單積木式基礎搭建，主要讓學生搭建一些簡易機械；三年級是金屬組裝式搭建，在課堂中學生使用螺絲、螺母連接長條、軸等零件，搭建蹺蹺板、投石器、槓桿等作品，同時掌握慣性、槓桿、齒輪傳動等科學原理。五年級是搭建與編程等結合的綜合應用課程。
圖4 一年級基礎搭建
2.編程教育
編程的本質是鍛鍊邏輯思維能力，是一個發現問題、運用代碼、不斷調試、不斷試錯找到優解的過程。因此在小學階段開設普及性的編程教育課程就顯得非常重要。現在，已有多個省市把編程教育納入到了學校課程體系。我校是這樣開設的：二年級無電腦編程（把指令模塊在編程板上通過直觀拼圖的方式完成程序的組織和編排，讓低年級學生直觀了解程序運行過程和原理，為下一步的編程學習打下基礎）；三年級開設圖形化編程，採用拖拽積木的方式製作出與學科融合的動畫、遊戲、生活小創意等作品，學生在「玩」的過程中就體會到了編程的思想，培養了計算思維；五年級開設結合硬體的開源編程，通過這個課程的學習學生不僅可以提高編程能力，也可以了解晶片、各種傳感器的使用方法，為學科融合，創新實驗課程奠定基礎。隨著年級的升高，編程教育由易到難，逐步提高。
圖5 二年級實物編程
3.建模設計課程在四五年級開設，讓學生學會運用程序設計物品，增強學生的空間想像能力，培養學生的創新思維。
圖6 四年級建模設計
4.學科融合，創新實驗
學生在傳統實驗裝置的基礎上，結合3D列印技術、雷射雕刻設計等改變實驗裝置結構，利用編程控制開源硬體、傳感器進行實驗效果的創新。比如一位同學作品《槓桿的實驗》，這原本是五年級的科學實驗，在新型裝置中他使用了力傳感器和數碼管代替傳統裝置中的鉤碼、測力計。這樣讓實驗過程和實驗結論變得更加直觀、明了。同時我校還開展項目式研究學習，項目的選擇可以使我們的學生更早和更深入地面對和解決現實存在的問題，解決問題的過程既培養了學生的團隊合作精神，又鍛鍊了學生的創造力、動手操作能力、計劃以及項目執行力。
圖7 創新實驗製作
這些普及課程全年級開設，每周一節。課程有教學計劃，有課時安排，有教案，有教學活動，有等級測評。部分課程做成了碼課碼書，學生在校利用一體機觀看。同時發送給家長，加強家校互動，學生在家和家長一起觀看學習。
四、課程開設的效果
圖8 受益、獲獎人數統計
隨著人工智慧創新教育課程的不斷開設，全校一千多名學生，每個學生都接受了人工智慧創新教育，受益率達100%。學生的創新能力、邏輯思維能力、動手操作能力等有了極大的提高，綜合素養也在不斷提升，湧現出了一大批創新小能手，對學生的影響也是越來越大。比如：史之睿同學思維活躍，動手能力強，但是表達能力較差。他從三年級開始學習機器人搭建課程和編程，對編程課程很感興趣，編寫程序能力超強。2018年讓他參加了NOC創客大賽，一路過關斬將，獲得了國家級三等獎的好成績，最重要的是他在比賽的過程中，能夠清晰的表達出自己的想法，說出自己的創意。本來一個小小的「技術小組長」開始在班裡擔任體育委員、班長等職務，其它學科學習成績一直名列前茅。家長為了支持他學習編程，還專門買了一個筆記本電腦，現在已經是六年級一位品學兼優的優秀學生代表。甄洪福，原來性格孤僻，不願與人交流，學習興趣不高，成績較差，但是他非常願意上人工智慧課，對機器人的操作專注力和領悟力超過一般學生。輔導老師讓他參加了機器人大賽，在於同學的合作中找到了自我，在賽場上鎮定自若，沉穩淡定，非常自信。在學校的科技節上，為我們農村的家長耐心的解釋機器人是什麼，如何使用的，已經完全改變了原來那種孤僻的性格。
近年來，學校多次出徵各級各類人工智慧比賽，學生獲獎人數及層次屢創新高！獲國家獎項28人次，獲省級獎項48人次，獲市縣級獎項 86人次。通過大賽鍛鍊了學生的能力，開闊了學生的視野，提升了學生的自信，從小培養了學生的創新精神，把創客教育的種子埋在了學生的心中。讓農村的孩子變得更加陽光，更加自信！
五、學校發展
學校於2017年7月被定為山東省教育信息化試點學校；2018年加入聊城市創新實驗聯盟學校；2019年2月被定為山東省人工智慧試點學校；2019年12月山東省教育裝備引領實驗創新經驗交流現場會，與會人員對我校的創新課程體系給予高度評價。2020年9月李臺鎮明德小學參加山東省教育裝備應用創新案例展示，在參加該項目的48所學校中，榮獲一等獎。
「裝備推動創新，科技引領未來」創新教育已在我校蓬勃開展，人工智慧創新教育已初具規模。今後，我校還將繼續改進創新課程體系，加大教育裝備的更新與建設，創新實驗教學方式，藉助新裝備，利用新技術，促進傳統教學與現代新興科技的有機融合。讓其更加符合農村學校的特點，更好地促進學生成長，學校發展。
案例作者：張令華 楊繼勇 劉曉英