摘要：近年來，我國(guó)中小學(xué)人工智能普及教育取得了初步成果，但在課程體系建設(shè)、課程方案設(shè)計(jì)、教材內(nèi)容研究、師資隊(duì)伍培養(yǎng)等方面仍存在較大改進(jìn)和提升空間。若要加快推動(dòng)人工智能教育在全國(guó)的普及，中小學(xué)人工智能課程應(yīng)與信息技術(shù)課程群深度融合，根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知能力劃分核心課程和進(jìn)階課程，立體化建設(shè)中小學(xué)人工智能課程體系，并建設(shè)實(shí)踐共同體，通過設(shè)計(jì)共建共享的教學(xué)實(shí)踐平臺(tái)，共建人工智能課程群。

關(guān)鍵詞：人工智能;課程標(biāo)準(zhǔn);人工智能課程群;教學(xué)實(shí)踐共同體

人工智能是新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的重要驅(qū)動(dòng)力量。為搶占人工智能技術(shù)制高點(diǎn)，在日益激烈的科技競(jìng)爭(zhēng)中掌握主導(dǎo)權(quán)，美國(guó)、日本等相繼制訂了國(guó)家層面人工智能戰(zhàn)略規(guī)劃，在高等教育和基礎(chǔ)教育階段進(jìn)行研究布局，并制定了相應(yīng)的教學(xué)策略^[1]。我國(guó)也加緊人工智能教育普及與人才培養(yǎng)的戰(zhàn)略布局。2017年7月，國(guó)務(wù)院在印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出，“開展全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程、逐步推廣編程教育、建設(shè)人工智能學(xué)科”。該規(guī)劃發(fā)布三年多來，全國(guó)各地，如山東、廣東、福建、河南等省相繼出臺(tái)了一系列開展中小學(xué)人工智能教育的相關(guān)政策，并開展人工智能課程試點(diǎn)工作，統(tǒng)籌推進(jìn)人工智能教育教學(xué)^[2]。但是，目前我國(guó)中小學(xué)人工智能教育總體來說仍處于起步階段，尚未形成比較完備的教學(xué)課程體系，在教學(xué)理念、課程設(shè)置、研學(xué)形式、教材內(nèi)容等方面，與國(guó)家規(guī)劃發(fā)展要求還存在不小的差距。人們對(duì)中小學(xué)人工智能教育是什么、教什么、如何教等問題的認(rèn)識(shí)與理解還不到位，尤其是在“教什么”層面，對(duì)人工智能教學(xué)的目標(biāo)定位和教學(xué)實(shí)踐形式缺乏系統(tǒng)性思考和研究。本文結(jié)合人大附中多年來的人工智能教育實(shí)踐，對(duì)上述問題進(jìn)行分析，并提出相應(yīng)的建議。

一、人工智能教育存在的問題剖析

盡管當(dāng)前中小學(xué)人工智能教育得到了廣泛重視，不少地方正在探索建立人工智能課程體系、編寫人工智能教材，但是由于人工智能技術(shù)具有體系綜合復(fù)雜、內(nèi)容深度交叉、更新迭代快速、教學(xué)門檻較高等特征，中小學(xué)人工智能教育在教學(xué)體系建設(shè)、課程方案設(shè)計(jì)、教材內(nèi)容研究、師資隊(duì)伍培養(yǎng)等方面仍存在較大的改進(jìn)和提升空間。

（一）人工智能課程內(nèi)容與體系尚不夠清晰

不少人認(rèn)為，人工智能就是編程或機(jī)器人，而實(shí)際上，編程和機(jī)器人與人工智能既有區(qū)別，又有聯(lián)系。編程可以是學(xué)習(xí)人工智能的基礎(chǔ)課程，機(jī)器人可以作為人工智能的硬件基礎(chǔ)，人工智能可以為機(jī)器人賦能，使其具有智能，但我們并不能因此就簡(jiǎn)單地認(rèn)為“機(jī)器人是人工智能”。

人工智能是一個(gè)高度交叉的學(xué)科，主要涉及控制理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、物理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、腦科學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、語(yǔ)言學(xué)、哲學(xué)等學(xué)科內(nèi)容。根據(jù)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》的要求，當(dāng)前中小學(xué)人工智能教育主要是在信息技術(shù)、STEAM課程中融入人工智能相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，包括人工智能理論基礎(chǔ)、簡(jiǎn)單系統(tǒng)開發(fā)、技術(shù)應(yīng)用等，但尚未形成比較完備的課程體系，缺乏從“感知、認(rèn)知”到“應(yīng)用、實(shí)操”，再到“創(chuàng)新、發(fā)展”的多層次、立體化校本課程設(shè)計(jì)。對(duì)人工智能這一交叉學(xué)科，多領(lǐng)域融合綜合教育做得還不夠深入。

由于不同年齡段學(xué)生理解和接受知識(shí)的能力不同，加之人工智能作為前沿交叉學(xué)科對(duì)于學(xué)生認(rèn)知水平要求較高，決定了中小學(xué)人工智能課程的設(shè)計(jì)要有明晰準(zhǔn)確的階段性目標(biāo)和教學(xué)層次。目前，高中階段已經(jīng)開設(shè)了人工智能系列課程，但初中、小學(xué)階段缺乏統(tǒng)一的人工智能課程標(biāo)準(zhǔn)，以致教學(xué)程度千差萬(wàn)別。另外，全國(guó)各地基礎(chǔ)教育投入和發(fā)展不均衡，導(dǎo)致不同區(qū)域中小學(xué)人工智能課程的標(biāo)準(zhǔn)存在較大差別。

（二）課程內(nèi)容設(shè)置與課程方案并未很好地協(xié)調(diào)匹配

教育部在《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中明確了高中信息技術(shù)課程由必修、選擇性必修和選修三類課程組成。其中，在必修模塊中設(shè)置了人工智能科普內(nèi)容，并專門設(shè)置了選擇性必修模塊“人工智能初步”，為有深入學(xué)習(xí)興趣的高中學(xué)生提供支持。應(yīng)該說，課程模塊的設(shè)計(jì)凸顯了學(xué)生學(xué)習(xí)的選擇性，但《普通高中課程方案（2017年版）》又限制了學(xué)生的選擇性。該方案明確給出技術(shù)科目（包含信息技術(shù)和通用技術(shù)）在高中階段的必修學(xué)分為6學(xué)分。高中信息技術(shù)必修課程因此只有3學(xué)分，每學(xué)分18課時(shí)，共54課時(shí);而兩個(gè)必修模塊的課程教學(xué)內(nèi)容和教材編寫都是按72課時(shí)4學(xué)分設(shè)置的，分配的課時(shí)不足以完成必修模塊的內(nèi)容，更沒有為選修模塊開設(shè)安排課時(shí)。除了將信息技術(shù)學(xué)科納入高考的浙江省，多數(shù)學(xué)校根本沒有課時(shí)給選修模塊，只有個(gè)別教育理念較為先進(jìn)的高中能擠出課時(shí)，開設(shè)“人工智能初步”模塊。由于小學(xué)和初中階段的人工智能教學(xué)目前還缺乏權(quán)威性的指導(dǎo)文件，各地教育部門很難根據(jù)小學(xué)、初中及高中各個(gè)學(xué)段的實(shí)際情況形成有效銜接。期待正在研制中的義務(wù)教育階段信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)可以解決這一問題。

（三）教學(xué)內(nèi)容較少關(guān)注中小學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)與能力

從教學(xué)內(nèi)容來看，現(xiàn)有的中小學(xué)人工智能教材對(duì)與人工智能相關(guān)的法律、道德倫理等內(nèi)容的重視程度還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，甚至被忽視。但實(shí)際上，這部分內(nèi)容不僅是人工智能課程體系的重中之重，更是落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的重要抓手。中小學(xué)人工智能教育的核心就在于“教育青少年形成正確的使用目的、科學(xué)的使用方法和健康的使用生態(tài)，避免他們?cè)谑褂萌斯ぶ悄軙r(shí)傷害自身、他人與社會(huì)”^[3]。有的教材對(duì)人工智能的歷史沿革要么一筆帶過，要么寫得枯燥乏味。其實(shí)，對(duì)人工智能歷史知識(shí)的傳遞可以是立體鮮活的。教師可以用有趣生動(dòng)的故事向?qū)W生講述“為什么人工智能歷史上會(huì)出現(xiàn)三起兩落”“人工智能中算法的演化歷史及其優(yōu)劣”“風(fēng)云人物如何在寒冬中堅(jiān)持信念并最終成功”等。有些教師還會(huì)將教學(xué)內(nèi)容聚焦在技能層面，忽視了對(duì)學(xué)生思維的培養(yǎng)。過度關(guān)注技能培養(yǎng)導(dǎo)致人工智能課變成了操作課，學(xué)生不清楚技術(shù)背后的原理，計(jì)算思維沒有得到有效培養(yǎng)，也不會(huì)遷移應(yīng)用解決問題的方法。在知識(shí)和技術(shù)快速更新的背景下，使用這樣的教學(xué)內(nèi)容很難培養(yǎng)出有創(chuàng)造力的學(xué)生。

難度拿捏也是困擾中小學(xué)人工智能教學(xué)的一個(gè)普遍問題。比如，在一些給初中生的書籍中，出現(xiàn)的數(shù)學(xué)知識(shí)往往是高中階段才學(xué)習(xí)的內(nèi)容。試問初中生該如何接受？還有的將大學(xué)階段的內(nèi)容簡(jiǎn)單下放到中學(xué)階段，沒有考慮到學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)與知識(shí)儲(chǔ)備。

二、推進(jìn)中小學(xué)人工智能課程群建設(shè)的建議

面對(duì)人工智能這樣一門交叉廣、體系大、更迭快、難度高的復(fù)合型學(xué)科，中小學(xué)人工智能課程應(yīng)與信息技術(shù)課程群深度融合，按照學(xué)生的不同認(rèn)知能力劃分核心課程和進(jìn)階課程，通過探索構(gòu)建“實(shí)踐共同體”推動(dòng)人工智能教學(xué)資源共建共享，以實(shí)現(xiàn)更高水平的人工智能教育。

（一）完善中小學(xué)人工智能教育頂層設(shè)計(jì)

在課程建設(shè)上，應(yīng)將中小學(xué)作為整體統(tǒng)籌考慮，確定不同學(xué)段人工智能課程設(shè)置的邊界，并探索建立評(píng)價(jià)機(jī)制，確保人工智能教育實(shí)施取得預(yù)期成效。在教育裝備上，應(yīng)結(jié)合人工智能課程設(shè)置，制訂中小學(xué)人工智能教育實(shí)驗(yàn)室裝備指導(dǎo)意見（或規(guī)范要求），保證人工智能實(shí)驗(yàn)室裝備與課程相銜接，避免學(xué)校盲目根據(jù)企業(yè)宣傳采購(gòu)設(shè)備而造成浪費(fèi)。教育主管部門、中小學(xué)、企業(yè)或?qū)W會(huì)等可以發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，積極交流探索，盡早出臺(tái)專業(yè)的指導(dǎo)性文件。人工智能課程很難單獨(dú)劃出一個(gè)獨(dú)立的體系，一般會(huì)跟信息技術(shù)、通用技術(shù)、創(chuàng)客和STEAM等課程交叉融合，各校需要考慮本校的師資、課時(shí)、實(shí)驗(yàn)室和學(xué)生等綜合因素，因地制宜地開設(shè)人工智能課程。人大附中將人工智能課程納入整個(gè)信息技術(shù)課程群，綜合考慮必修課、研學(xué)課、研修課和選修課，為學(xué)生提供更多選擇（見表1）。

（二）根據(jù)學(xué)段設(shè)計(jì)有針對(duì)性的教學(xué)內(nèi)容

考慮到人工智能內(nèi)容相對(duì)較多、交叉性強(qiáng)、中小學(xué)課時(shí)有限等因素，為保障人工智能教學(xué)的有效開展，我們建議對(duì)小學(xué)、初中、高中不同學(xué)段進(jìn)行分層次模塊化教學(xué)。按照學(xué)生的認(rèn)知能力分為核心課程和進(jìn)階課程。核心課程滿足學(xué)生基本的人工智能學(xué)習(xí)需求，進(jìn)階課程則是為更多學(xué)有余力的學(xué)生開設(shè)的。因此，中小學(xué)人工智能教學(xué)應(yīng)按照課程設(shè)置劃分為基礎(chǔ)、核心與進(jìn)階三個(gè)課程層次，再在課程基礎(chǔ)上劃分不同的模塊。如，基礎(chǔ)課程中包含信息素養(yǎng)基礎(chǔ)、程序設(shè)計(jì)以及智能硬件三個(gè)模塊（如圖1）。這三個(gè)基礎(chǔ)模塊如果嚴(yán)格歸類，也許不能稱之為人工智能課程，卻是一些人工智能教學(xué)項(xiàng)目的必備基礎(chǔ)。以下重點(diǎn)分析核心課程和進(jìn)階課程的教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)。

1.小學(xué)：以體驗(yàn)為主，重在感知

該學(xué)段設(shè)計(jì)了核心課程“走近人工智能”，沒有設(shè)計(jì)進(jìn)階課程。其目的是讓小學(xué)生對(duì)人工智能有所接觸、了解和體驗(yàn)，以人工智能知識(shí)類故事、游戲化機(jī)器人體驗(yàn)、趣味教學(xué)課程為主。通過體驗(yàn)人工智能技術(shù)在生活學(xué)習(xí)中的運(yùn)用實(shí)例，了解人工智能發(fā)展史以及機(jī)器學(xué)習(xí)的概念;發(fā)現(xiàn)生活中的人工智能的案例;了解人工智能給社會(huì)發(fā)展帶來的變化，感知人工智能的無(wú)處不在，并能夠正確地認(rèn)識(shí)這些變化帶來的利弊。

2.初中：以發(fā)現(xiàn)為主，重在認(rèn)知

初中階段設(shè)計(jì)了核心課程和進(jìn)階課程。核心課程“人工智能入門”讓學(xué)生了解人工智能的概念、發(fā)展歷程、里程碑事件、發(fā)展趨勢(shì)等，初步了解機(jī)器學(xué)習(xí)的原理，了解一些核心算法，了解專家系統(tǒng)、自然語(yǔ)言處理、圖像識(shí)別等概念，了解人工智能哲學(xué)基礎(chǔ)與倫理，能利用模塊化編程調(diào)用相關(guān)庫(kù)函數(shù)進(jìn)行人工智能項(xiàng)目的實(shí)踐。在“人工智能進(jìn)階”課程中，學(xué)生能夠利用所學(xué)知識(shí)基于智能硬件、機(jī)器人等設(shè)施，結(jié)合人工智能算法，實(shí)現(xiàn)如無(wú)人駕駛等實(shí)踐項(xiàng)目;利用人工智能算法進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別與合成;掌握自然語(yǔ)言處理，能夠利用算法進(jìn)行詞頻統(tǒng)計(jì)、情感分析以及語(yǔ)義分析等。

3.高中：以探究為主，重在創(chuàng)新

高中階段也設(shè)計(jì)了核心課程和進(jìn)階課程，核心課程內(nèi)容要求可以參考《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中“人工智能初步”模塊的內(nèi)容要求。進(jìn)階課程設(shè)置了人工智能專業(yè)模塊和人工智能+X模塊。人工智能專業(yè)模塊供學(xué)生分專業(yè)方向深入學(xué)習(xí)，如機(jī)器學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘、計(jì)算視覺等，涉及以下內(nèi)容：（1）理解自然語(yǔ)言處理領(lǐng)域的基本原理與框架，能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的項(xiàng)目實(shí)踐;（2）掌握數(shù)據(jù)挖掘的基本知識(shí)、基本工具和實(shí)踐方法;（3）熟練掌握人工智能圖像處理技術(shù)，結(jié)合平臺(tái)實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別等圖像識(shí)別;（4）掌握神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)深度學(xué)習(xí)的簡(jiǎn)單原理，能夠利用平臺(tái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的深度學(xué)習(xí)操作;（5）掌握語(yǔ)音識(shí)別、語(yǔ)音合成的相關(guān)原理，能夠利用人工智能相關(guān)的平臺(tái)實(shí)現(xiàn)初步的操作;（6）掌握一定的人工智能前沿技術(shù)的原理與應(yīng)用。人工智能+X模塊要求學(xué)生掌握人工智能知識(shí)與技術(shù)在語(yǔ)文、數(shù)學(xué)、生物、地理、社會(huì)學(xué)等學(xué)科中的應(yīng)用方法，能夠結(jié)合人工智能知識(shí)與技術(shù)實(shí)現(xiàn)跨學(xué)科的實(shí)踐操作。

（三）建設(shè)實(shí)踐共同體，共建人工智能課程群

人工智能作為一門新興學(xué)科，對(duì)于大部分教師來說還是新事物，有不少教師對(duì)人工智能概念搞不清楚，試問如何能夠教好學(xué)生？以機(jī)器學(xué)習(xí)為例，一些地方教育部門在出臺(tái)的政策中明確規(guī)定了中小學(xué)人工智能課程必須涉及此項(xiàng)內(nèi)容，但是不少教師卻并不知道機(jī)器學(xué)習(xí)是什么。因此，中小學(xué)教師迫切需要有關(guān)人工智能知識(shí)與素養(yǎng)的培訓(xùn)。與此同時(shí)，一些中小學(xué)和機(jī)構(gòu)在人工智能教學(xué)探索上已經(jīng)走在前列，形成了很多寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及教學(xué)案例。這些學(xué)校和機(jī)構(gòu)應(yīng)該積極共享資源與交流經(jīng)驗(yàn)，對(duì)一些偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)校采取一對(duì)一的幫扶，營(yíng)造良好的中小學(xué)人工智能學(xué)習(xí)生態(tài)，讓更多的教師和學(xué)生有機(jī)會(huì)了解和學(xué)習(xí)人工智能。

在各地教育行政部門的支持下，圍繞中小學(xué)人工智能課程群建設(shè)，由人大附中牽頭，南京外國(guó)語(yǔ)學(xué)校等16家單位聯(lián)合發(fā)起了“基于在線課程平臺(tái)的橫向跨學(xué)科、縱向分層次的中小學(xué)人工智能課程建設(shè)與實(shí)踐”的實(shí)踐共同體項(xiàng)目。該項(xiàng)目以“實(shí)踐共同體”為先導(dǎo)，協(xié)同推進(jìn)各區(qū)域、各學(xué)校之間的人工智能課程群建設(shè)（如圖2）。它通過統(tǒng)一的在線平臺(tái)在項(xiàng)目成員校之間共享教學(xué)資源，以優(yōu)質(zhì)研究課的形式精細(xì)打磨從課堂設(shè)計(jì)、課堂實(shí)施到評(píng)價(jià)反饋的整個(gè)流程，并將實(shí)驗(yàn)成熟的課程（如人大附中共享的“人工智能初步”“機(jī)器學(xué)習(xí)”和“人工智能跨學(xué)科項(xiàng)目實(shí)踐”課程）向全國(guó)更多的中小學(xué)開放共享，鼓勵(lì)優(yōu)質(zhì)先行實(shí)驗(yàn)校帶動(dòng)薄弱校共同發(fā)展，縮小地域、學(xué)校之間的數(shù)字鴻溝。與此同時(shí)，實(shí)踐共同體還積極探索中小學(xué)人工智能教學(xué)資源共建共享的長(zhǎng)效機(jī)制，打造高水平的人工智能教學(xué)師資隊(duì)伍。

（四）探索建立人工智能教學(xué)平臺(tái)

受此次疫情的影響，線上教育平臺(tái)的優(yōu)勢(shì)越發(fā)凸顯。優(yōu)秀的平臺(tái)不但可以完成線上線下融合教學(xué)，還可以記錄學(xué)生的課堂行為數(shù)據(jù)，為教師發(fā)現(xiàn)問題、解決問題提供有效支撐。有些平臺(tái)還包含自動(dòng)批改程序等，大大節(jié)約了教師的時(shí)間，使得教師能夠?qū)⒏嗟臅r(shí)間和精力放在教學(xué)與自身能力提升上。人工智能課程不同于編程，涉及不同的平臺(tái)，不同場(chǎng)景下還需調(diào)用不同的庫(kù)，加之其更新迭代較快，安裝調(diào)試等工作無(wú)疑會(huì)增加教師的負(fù)擔(dān)。目前，已有一些人工智能云教學(xué)平臺(tái)提供了滿足上述功能的一站式解決方案，以充分為教師賦能。例如，2020年暑假，人大附中聯(lián)合中國(guó)人民大學(xué)高瓴人工智能學(xué)院等單位，共同發(fā)起“全球青少年圖靈計(jì)劃”，舉辦了人工智能夏令營(yíng)公益活動(dòng)，借助人工智能教學(xué)平臺(tái)，邀請(qǐng)?jiān)菏?、知名教授和?yōu)秀中學(xué)教師，為來自全球10個(gè)國(guó)家的648名中學(xué)生進(jìn)行線上授課，收到了良好反響。在這一實(shí)踐活動(dòng)中，人工智能教學(xué)平臺(tái)不僅提供了在線課程管理和直播功能，還搭建了實(shí)驗(yàn)環(huán)境，解決了跨區(qū)域教學(xué)問題。平臺(tái)積累的在線課程資源也共享給了中小學(xué)一線教師，教師聽完課后可直接使用平臺(tái)授課，大大降低了中小學(xué)教師開設(shè)人工智能課程的門檻。

總之，中小學(xué)人工智能教育是一個(gè)分學(xué)段、分課程、分模塊的系統(tǒng)工程，需要社會(huì)各界的共同參與和探討，努力營(yíng)造一個(gè)良好的中小學(xué)人工智能教與學(xué)的生態(tài)，讓教師能更好地傳道、授業(yè)、解惑，學(xué)生能更好地知物、明理、篤行。

參考文獻(xiàn)

[1]王素.智能時(shí)代教育改革國(guó)際趨勢(shì)[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2019（7）：12-15.

[2]田陸萍.人工智能教育如何在義務(wù)教育階段落地[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2021（2）：75-78.

[3]熊璋.青少年人工智能教育更應(yīng)重視立德樹人[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2021（3）：1.

（作者袁中果系中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)信息技術(shù)教研組組長(zhǎng)、特級(jí)教師，中國(guó)人工智能學(xué)會(huì)中小學(xué)工作委員會(huì)秘書長(zhǎng);常青系中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)信息技術(shù)教師;龔超系清華大學(xué)日本研究中心主任助理）

責(zé)任編輯：牟艷娜