摘要： 中小學開展人工智能教育是大勢所趨。但目前中小學開展人工智能教育在課程內容、目標、方法、技術支撐等方面仍面臨挑戰(zhàn)，我們應以全納的態(tài)度，以人工智能素養(yǎng)的培育為重點，在合理分層、構建課程體系、開展項目學習、搭建平臺資源以及建構雙師教學模式等方面開展實踐探索。

關鍵詞：信息技術;人工智能教育;核心素養(yǎng);項目學習;計算思維

作為世界第二大經(jīng)濟體，中國今天所取得的成就世界矚目。但在高科技領域，尤其是人工智能芯片領域卻依然受制于人。專家指出，“中國芯”的短板在于后備人才的培養(yǎng)，即缺乏具有創(chuàng)新創(chuàng)造精神的人工智能人才?！吧倌曛莿t國智，少年強則國強?！碑斀竦闹行W生是祖國未來的建設者，從小培養(yǎng)他們的人工智能素養(yǎng)與創(chuàng)新創(chuàng)造精神，他們才可能成長為人工智能社會的棟梁之材。因此，在中小學校開展人工智能普及教育具有重大戰(zhàn)略意義。本文結合中小學人工智能教育的問題與挑戰(zhàn)，談談如何從區(qū)域層面推動人工智能普及教育與創(chuàng)新型人才培養(yǎng)。

一、當前中小學人工智能教育面臨的問題與挑戰(zhàn)

（一）難以界定課程的基礎知識、核心概念和關鍵技術

2017年，國務院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，并在《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》^[1]中將“人工智能初步”列為選擇性必修模塊，包含AI基礎、簡單AI應用系統(tǒng)開發(fā)、AI技術的發(fā)展與應用三部分內容。與國家政策和課標要求相呼應，國內一些省市相繼在中小學開始了人工智能教育的實踐探索。2020年8月，教育部辦公廳設立了包括上海市浦東新區(qū)在內的90個國家級信息化教學實驗區(qū)，實驗內容的關鍵詞之一即為“人工智能教育”。

可以說，作為一個新興領域，人工智能教育發(fā)展勢頭迅猛。但在“摸著石頭過河”階段，教育工作者們迫切需要在課程標準、課程體系、教學內容、課程設置等方面的指引。由于目前小學和初中階段還缺乏對應的人工智能課程標準，缺乏完整的課程內容體系要求，因此人工智能的基礎知識、核心概念、關鍵技術等都難以有明確的界定，區(qū)域、學校層面的實踐也難以有明確的指定教材，往往以自選讀本作為參照。

（二）片面關注編程技能提升，忽視計算思維培養(yǎng)

計算思維作為信息技術學科核心素養(yǎng)之一，其培養(yǎng)日益受到重視，也被認為是信息技術教學的核心。編程是人工智能教育實踐的重要部分，如部分學校在小學階段開展Scratch圖形化編程，初中和高中開展Python語言編程，結合相關開源硬件開展人工智能教育。如果過度強調編程，強化利用編程工具開展編程語言訓練，忽視對學生計算思維的培養(yǎng)，那么一旦脫離了編程工具的環(huán)境，學生很難將學到的編程知識遷移到新的情境中。缺乏計算思維內核的編程技能，將無法培養(yǎng)學生解決實際問題的能力，也很難培養(yǎng)出適應智能社會的人才。

（三）傳統(tǒng)方式授課，較少開展項目學習

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》提倡“將項目整合于課堂教學，重構教學組織方式，創(chuàng)設有利于學生開展項目學習的數(shù)字化環(huán)境等”^[2]，但實際上，項目學習的開展仍需要進一步加強指導。筆者對國家“一師一優(yōu)課”平臺上2019年度有關“人工智能初步”模塊的共20節(jié)曬課進行了分析。結果顯示，大部分教師采用講授法、任務驅動、自主/合作探究、體驗式學習等教學方法落實知識傳授與素養(yǎng)提升，只有兩節(jié)課采用項目學習方式。

（四）缺乏平臺、資源以及優(yōu)質師資的支撐

人工智能是一門綜合實踐性很強的學科，若缺乏與課程配套的軟硬件平臺，將很難使學生理解編程的邏輯與效果。尤其從圖形化編程進階到Python代碼式編程時，問題更加凸顯。因此，開展中小學人工智能教育，急需簡單易用且功能豐富的教學工具平臺、貼近生活的教學課程、相關的軟硬件環(huán)境，尤其缺乏針對中小學生認知特點的互動性動畫類資源。在教學實施上，中小學校的人工智能師資還存在較大缺口。

二、對中小學開展人工智能教育的認識與思考

（一）以全納的態(tài)度開展人工智能教育

人工智能教育不是為了培養(yǎng)少數(shù)高智商的創(chuàng)新天才。中小學開設人工智能課程，旨在培養(yǎng)學生適應未來智能社會發(fā)展需求的能力，讓他們能夠利用人工智能技術工具解決學習、生活中的問題。因此，人工智能教育應該是面向所有學生的普惠性教育內容，區(qū)域、學校應以全納的態(tài)度為學生提供接受人工智能教育的機會，讓每個學生都能成為合格的智能時代公民。

（二）面向人工智能素養(yǎng)的培育

人工智能課程的內容設置要面向學生人工智能素養(yǎng)的培育。綜合信息技術學科要求和智能化社會對人才的要求，在人工智能三要素（數(shù)據(jù)、算法、算力）的基礎上，可從人工智能意識、計算思維、人機協(xié)同能力、智能社會責任四個維度對學生加以培養(yǎng)，尤其應加強對學生計算思維的培養(yǎng)，使學生成長為具備人工智能素養(yǎng)的人。

一是掌握人工智能基礎知識與技能，發(fā)展人工智能意識。通過人工智能課程的學習，學生可提高對人工智能技術的鑒別力與理解力，聽得懂新聞中出現(xiàn)的人工智能技術，能分辨身邊的人工智能來電和智能客服。二是提高計算思維能力。學生能夠運用所學知識將復雜的問題分解為簡單的問題，化簡為可計算的模型，將復雜的步驟簡化為自動執(zhí)行的操作，表達為形式化的流程圖算法，并能夠將解決問題的方法遷移到其他問題的解決中。三是提升智能時代人機協(xié)同的能力。學生要能夠在課程學習的過程中體驗人工智能工具給生活帶來的便利，比如會利用某App工具認識花草。四是樹立人工智能社會責任意識。學生通過學習，能夠感悟人工智能技術與人、自然、社會的關系，把握數(shù)據(jù)、算法、系統(tǒng)和社會的關系，分辨人工智能技術的“善與惡”，形成技術安全和責任意識，提升技術倫理和道德意識。

三、從區(qū)域層面開展人工智能教育的實踐與建議

近年來，上海市加速人工智能產(chǎn)業(yè)聚集，先后出臺了多種政策文件，舉辦世界人工智能大會，把發(fā)展人工智能作為優(yōu)先戰(zhàn)略選擇，推動人工智能創(chuàng)新布局。上海市中小學人工智能教育的發(fā)展積極融入智能上海的城市整體建設。《上海市教育信息化2.0行動計劃》^[3]提出，“編制具有上海特色的多層次課程教材，逐步強化、優(yōu)化編程和人工智能等教學內容”。基于對人工智能教育的認識與思考，結合上海市人工智能教育的整體發(fā)展要求，浦東新區(qū)從區(qū)域層面系統(tǒng)謀劃中小學人工智能教育。以下是我們的實踐與建議。

（一）在全納理念下分層實施人工智能教育

若要在不同學段、不同層次學校開展人工智能教育，應該根據(jù)學校具體情況實施不同的實踐路徑，可分為“融入課程、科普主題、學科開展、興趣社團、競賽活動”五種形式（見表1）。

（二）構建中小學人工智能教育課程體系

美國啟動的K-12人工智能教育行動^[4]將適合中小學生學習的人工智能知識分為感知、表示和推理、機器學習、人機交互、社會影響五個主題，并分年段給出了分級學習目標;匯集七類人工智能科普資源目錄，給出教學功能和實例。詳細的課程內容、課堂教學活動建議以及豐富的資源目錄，為教材編制以及學校實施課程提供了依據(jù)。

借鑒國內外經(jīng)驗，浦東新區(qū)將課程培養(yǎng)目標定位于培養(yǎng)學生了解人工智能的概念、應用方向以及實現(xiàn)原理;掌握計算機和編程知識，能夠使用編程語言進行人工智能學科項目實踐;掌握傳感、運動、控制知識，并能夠將其用于教育機器人;培養(yǎng)學生的創(chuàng)造力、設計能力、動手實踐能力、溝通協(xié)作能力;培養(yǎng)學生的人工智能素養(yǎng)。根據(jù)課程目標，在區(qū)域開展人工智能學校試點初期，為學校設置“基礎+簡單應用”“綜合應用”兩類課程。課程內容的知識主題單元分為“理解與實驗”和“理解與實踐”，各自對應適合不同學段開展的主題內容（如圖1）。

（三）面向人工智能素養(yǎng)的項目學習方式

項目學習能促進學生培養(yǎng)對信息問題的鑒別力、對知識學習的掌控力、對問題求解的思考力。根據(jù)人工智能課程的特點，我們提倡將知識技能學習與項目活動融合開展，從問題出發(fā)，基于真實情境，開展小組合作學習，讓學生在“想中學、做中學、用中學、創(chuàng)中學、講中學”，腦、手、心并用，多種學習方式相結合，綜合提升學生的人工智能素養(yǎng)。

例如“智慧停車場”項目，教師創(chuàng)設真實情境：國家城市化進程加快，交通壓力越來越大，智能化交通管理已成為交通發(fā)展的大方向。接著教師提出問題：如何讓車主方便地找到車位？如何提高停車收費的管理效率？學生設計實施方案，將現(xiàn)實問題抽象為人工智能視覺、圖像識別領域里的問題。教師協(xié)助學生選擇算法以形式化表達需求，并使用編程語言與計算機進行交互。學生完成作品后，教師組織學生交流展示，開展過程性評價，引導學生思考“智慧停車場”系統(tǒng)與人以及社會之間的關系。項目活動培養(yǎng)了學生的人工智能意識、計算思維、人機協(xié)同能力、智能社會責任等人工智能素養(yǎng)（如圖2）。

（四）構建區(qū)域人工智能教育支撐平臺

為有效推進人工智能課程的實施，浦東新區(qū)正在設計構建1個區(qū)域人工智能教育支撐大平臺、個人工智能教育實驗中心以及100所人工智能教育實驗校。區(qū)域支撐平臺包括編程平臺和課程教學系統(tǒng)，為人工智能教育提供全方位、立體化的在線教學資源，包含共享的教案、體系化的教材、項目化的資源案例、微課等，貫穿教師教、學生學的全過程（如圖3）。師生將借助這個平臺進行學習交流、資源分享、實踐探究等。

（五）采用線上線下雙師結合模式

以“人工智能”的方式開展人工智能教育是解決目前師資不足問題的關鍵所在。人工智能課程的開發(fā)同時應配套人工智能教師培訓課程的開發(fā)。課程的設計與實施還可以采用“雙師課堂”模式，一名主講教師與一名伴學教師。線上+線下“雙師”混合式教學模式有助于將優(yōu)質數(shù)字教學資源輸送到相對薄弱的學校，通過擴大優(yōu)質教育資源覆蓋面助推教育公平，實現(xiàn)區(qū)域范圍內全納與公平的人工智能教育。同時，人工智能學科教研團隊的建設也迫在眉睫，區(qū)域定期開展研修活動將有效提升教師的人工智能素養(yǎng)。

四、結語

在中小學開展人工智能教育是時代的要求，是為培養(yǎng)“中國芯”的擔當，中小學人工智能教育應該以全納的態(tài)度，重視人工智能意識、計算思維、人機協(xié)同能力、智能社會責任等人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)。當前，我們可借鑒發(fā)達國家和先進地區(qū)的實施經(jīng)驗，梳理人工智能核心內容，建立完善課程內容體系，以“政府—企業(yè)—社會—學校等多方協(xié)同”的方式共建共享資源，以人工智能賦能教師的形式彌補師資短板，以項目學習的方式讓學生獲得學習人工智能的成就和快樂，對人工智能技術辨善明惡，迎接智能社會的挑戰(zhàn)。

注：本文系浦東新區(qū)教育科學研究區(qū)級一般課題“高中人工智能教育課程體系及教學策略的研究”（課題編號：2019B018）、上海市教育科學研究一般項目“面向計算思維的初中人工智能教育的實踐研究”（項目批準號：C20078）的研究成果。

參考文獻

[1][2]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準：2017年版[S].北京：人民教育出版社，2018：1.

[3] 上海市教育委員會.關于印發(fā)《上海市教育信息化2.0行動計劃（2018—2022）》的通知[EB/OL].http：//edu.sh.gov.cn/xxgk_ghjh_zxgzjh/20200514/0015-gw_3022018002.html.

[4] 方圓媛，黃旭光.中小學人工智能教育：學什么，怎么教——來自“美國K-12人工智能教育行動”的啟示[J].中國電化教育，2020（10）：32-39.

（作者褚金嶺系上海市浦東教育發(fā)展研究院中級教師，浦東新區(qū)信息科技學科骨干教師;謝忠新系上海市浦東教育發(fā)展研究院教育信息中心主任，信息科技學科正高級教師、特級教師）

責任編輯：牟艷娜