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聚焦创造力设计人工智能课程培养拔尖创新人才

摘要：科技拔尖创新人才培养是目前基础教育中亟待解决的重要问题。人工智能是当前乃至未来科技的前沿与制高点，以及人类“认识自己”的学问，通过人工智能课程培养科技拔尖创新人才的创造力恰逢其时。人工智能课程在培养创造力要素上所能发挥的积极作用包括：启发创新意识与思维、促进跨学科知识整合、提升实践创新能力、形成自主学习和终身学习能力。在此基础上设计的人工智能课程体系，在以培养科技拔尖创新人才为目标的北京市翱翔计划项目中成效明显，对借助人工智能课程培养科技拔尖创新人才有一定的启发意义。

关键词：拔尖创新人才；创造力；人工智能课程；翱翔计划；基础教育

科技拔尖创新人才，是指能够在科技领域表现出巨大的创新潜力、超强的创新能力、顽强的创新精神，并创造出卓越的成果，为社会进步做出重大贡献的人才[1]。当前，我国正从过去的科技追赶者转变为科技引领者，在此背景下，培养科技拔尖创新人才显得尤为迫切。这不仅有助于推动传统产业向高端化、智能化方向发展，还有助于我国自主掌握核心技术，减少对外部技术的依赖，确保国家科技安全。培养科技拔尖创新人才，最重要的是培养其创造力。当前，科技创新面临的问题日益复杂，只有具备了创造力，学生在处理复杂问题时才能具备独到见解和创新思维，从而勇于面对未知和不确定性，主动应对挑战；才能深入理解实际问题的本质，提供具有实践意义的创新性解决方案。人工智能作为一门研究模拟、延伸和扩展人类智能的新兴科学，现已形成了机器学习、神经网络、符号智能、行为智能、进化计算和群智能六大知识体系[2]。人工智能与教育在本质上具有内在统一性[3]，都旨在帮助人类“认识和发展自我”。通过学习人工智能技术，学生不仅能获得对于人工智能的全面认识，构建宏大的人工智能世界观，为其未来深入研究人工智能技术奠定坚实基础，还能更好地认识自身智慧，并从中体会数学、物理等学科对于认识自身的价值与乐趣。这让学生能自觉地运用与发展自身智慧，保持对科学研究的好奇心，从创新和创造中找到真正的满足与快乐。因此，人工智能课程在基础教育阶段科技拔尖创新人才培养中可发挥重要作用。

一、创造力的关键要素解析

回顾历史，科技拔尖创新人才取得成就往往依赖于以下关键要素：创新意识与思维、跨学科知识整合能力、实践能力、自主学习和终身学习能力。

（一）创新意识与思维

创新意识与思维是指个体在面对问题、挑战或机遇时，所展现出的积极、灵活、开放、前瞻性的认知和思考方式。它不仅涉及创造新的产品、服务或解决方案，更包括在日常生活、学习和工作中持续追求改进和变革的态度与行为。显然，创新意识与思维是创造力的根基。

（二）跨学科知识整合能力

跨学科知识整合能力是指个体能够将来自不同学科领域的知识、理念和方法有效地整合并应用于解决复杂问题或开展综合性工作的能力。这种能力涉及对多学科知识的理解、整合以及创新性运用。完成科技创新，不是依靠单一学科就能实现的，而是必须综合运用多学科知识与技能。这表明，在科技发展日趋复杂、多学科交叉日益突出的今天，跨学科知识整合能力是创造力不可或缺的要素，其重要性愈发凸显。

（三）实践能力

实践能力是指个体将理论知识转化为实际行动，在实际操作和实践活动中能够熟练运用所学知识与技能以解决问题、完成任务的能力。在科技创新的过程中，实践能力至关重要，实验、实地调查、项目开发等科技活动无一不需要实践能力的支撑。因此，没有实践能力，创造力也就无从谈起。

（四）自主学习和终身学习能力

自主学习和终身学习能力是指个体具备在独立学习和持续学习的过程中，主动获取新知识、培养新技能并持续提升自身素质的能力，包括对学习目标的设定、对学习资源的有效利用等。科技创新是发现新问题、解决新问题的过程，这一过程一定不是仅靠已有知识体系就能完成的，必然需要自主学习能力作为支撑。自主学习和终身学习能力也是自我驱动力的体现，促使个体主动设定学习目标、安排学习计划、推动自己不断前进，从而在适当时候达到自己创造力的高峰。

二、指向创造力培养的人工智能课程体系设计

国家对培养科技拔尖创新人才的重视由来已久。2008年初，北京市教委就成立了“北京青少年科技创新学院”，面向高中生启动“翱翔计划”，在青少年中培养科技拔尖创新人才，建立让高中生“在科学家身边成长”的培养机制。为激发学生对科学的兴趣，增强学生的创新精神和实践能力，并充分锻炼和提高学生的创造力，我们面向北京市翱翔计划数学与信息科学领域高中基地校设计了人工智能课程体系，并自2017年起开设课程。该课程体系分为基础教学与创新实践教学两个阶段。

（一）基础教学阶段

基础教学阶段旨在让学生掌握人工智能基础知识与基本实践技能，了解人工智能与所学基础学科的关系，并在此过程中引导学生观察生活，开展应用创新思考，形成初步的科技创新项目。基础教学阶段包