摘要:目前,中小學(xué)人工智能教育在實(shí)施層面上存在課程目標(biāo)缺乏素養(yǎng)導(dǎo)向、實(shí)施路徑亟待多元化、缺少智能倫理引導(dǎo)等問(wèn)題。在學(xué)科核心素養(yǎng)和人工智能素養(yǎng)研究基礎(chǔ)上構(gòu)建的中小學(xué)生智能核心素養(yǎng)結(jié)構(gòu)模型,內(nèi)含智能意識(shí)、智能倫理、智能知識(shí)、智能技能、智能思維和智能創(chuàng)新6項(xiàng)要素,18個(gè)基本要點(diǎn),可為中小學(xué)開(kāi)展人工智能教育提供目標(biāo)指引?;谠撃P?,中小學(xué)可從能力體系構(gòu)建、校本教材開(kāi)發(fā)、教學(xué)方式改革和評(píng)價(jià)方法四個(gè)維度,發(fā)展中小學(xué)生智能核心素養(yǎng)。
關(guān)鍵詞:人工智能;核心素養(yǎng);智能核心素養(yǎng);中小學(xué)
人類社會(huì)已經(jīng)邁入人工智能時(shí)代,人工智能技術(shù)的應(yīng)用極大地解放了社會(huì)生產(chǎn)力,逐漸從人機(jī)交互走向人機(jī)協(xié)同、人機(jī)共生,智能素養(yǎng)正在成為適應(yīng)智能時(shí)代的重要能力。為適應(yīng)未來(lái)智能社會(huì)的挑戰(zhàn),學(xué)習(xí)者必須以“將來(lái)時(shí)”的狀態(tài)發(fā)展自身,具備智能素養(yǎng)的社會(huì)公民在智能時(shí)代能夠獲得更好的生存和職業(yè)發(fā)展空間。
但在對(duì)我國(guó)中小學(xué)人工智能教育相關(guān)政策和實(shí)施現(xiàn)狀做了梳理后,我們發(fā)現(xiàn)人工智能教育的實(shí)施仍存在下列問(wèn)題:一是課程目標(biāo)缺乏素養(yǎng)導(dǎo)向。人工智能雖然在綜合實(shí)踐活動(dòng)、信息技術(shù)等課程中有所涉及,但缺乏統(tǒng)一的人工智能課程標(biāo)準(zhǔn)。由于缺乏課程目標(biāo)指引,學(xué)校和教師在課程實(shí)施過(guò)程中偏重于學(xué)生技能的掌握,淡化了學(xué)生素養(yǎng)的培養(yǎng)。二是實(shí)施路徑亟待多元化。目前人工智能教育實(shí)施路徑較為單一,以課堂教學(xué)為主,依托信息技術(shù)等課程開(kāi)展,傳統(tǒng)講授式的認(rèn)知內(nèi)容較多,體驗(yàn)和實(shí)踐機(jī)會(huì)較少。三是缺少智能倫理引導(dǎo)。在人機(jī)共生的智能時(shí)代,面對(duì)自主性越來(lái)越高的智能機(jī)器人,使用者和創(chuàng)造者不僅要對(duì)自身行為負(fù)責(zé),更要遵守道德倫理和法律規(guī)范,而當(dāng)前人們?cè)趯⑷斯ぶ悄芤虢虒W(xué)實(shí)踐的過(guò)程中,尚缺乏對(duì)人工智能倫理意識(shí)的引導(dǎo)。
在此背景下,中小學(xué)要開(kāi)展人工智能教育,應(yīng)首先明晰一個(gè)核心問(wèn)題:智能素養(yǎng)包含哪些具體能力要求,其核心構(gòu)成要素有哪些?為此,本文梳理了國(guó)內(nèi)外智能素養(yǎng)的研究現(xiàn)狀,根據(jù)中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的要求,構(gòu)建了中小學(xué)生智能核心素養(yǎng)模型,并就如何在學(xué)校教育中培育智能核心素養(yǎng)提出建議,以期為進(jìn)一步開(kāi)展人工智能教育和評(píng)價(jià)提供參考。
一、國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究分析
(一)學(xué)科核心素養(yǎng)研究現(xiàn)狀
素養(yǎng)是人先天素質(zhì)和后天教養(yǎng)的產(chǎn)物,是人之所以為人的內(nèi)在秉性,它決定了人的發(fā)展方向和提升高度[1]。最早提出核心素養(yǎng)概念的是國(guó)際經(jīng)合組織啟動(dòng)的DeSeCo項(xiàng)目,該項(xiàng)目認(rèn)為“核心素養(yǎng)是指覆蓋多個(gè)生活領(lǐng)域的、促進(jìn)成功生活和健全社會(huì)的主要素養(yǎng)”[2]。隨后,世界各國(guó)陸續(xù)提出了符合本國(guó)國(guó)情和教育實(shí)際的核心素養(yǎng)概念。2016年,我國(guó)發(fā)布“中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)框架”,以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心,分為三個(gè)方面、六大素養(yǎng)。在此基礎(chǔ)上,2017年版的普通高中各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)中加入了“學(xué)科核心素養(yǎng)”相關(guān)內(nèi)容。學(xué)科核心素養(yǎng)作為核心素養(yǎng)的下位概念,是其在學(xué)科中的具體化,明確了學(xué)生學(xué)習(xí)該學(xué)科課程后應(yīng)達(dá)到的正確價(jià)值觀念、必備品質(zhì)和關(guān)鍵能力。
(二)智能核心素養(yǎng)研究現(xiàn)狀
公民智能素養(yǎng)的整體提升是國(guó)家可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ),國(guó)外對(duì)人工智能素養(yǎng)的研究如火如荼。歐洲工會(huì)提出要培養(yǎng)“人工智能的識(shí)字者”,不僅要能夠理解人工智能技術(shù),還需要明確人與人工智能在工作中所扮演的角色[3]。龐塞從未來(lái)工作崗位要求的角度出發(fā),將智能素養(yǎng)概括為計(jì)算機(jī)素養(yǎng)、理解力、數(shù)據(jù)處理能力、人工智能問(wèn)題解決能力、邏輯能力、計(jì)算思維的集合[4]。2019年,聯(lián)合國(guó)教科文組織提出,計(jì)算思維已經(jīng)成為學(xué)習(xí)者在人工智能時(shí)代必須掌握的關(guān)鍵能力之一,并將其列入數(shù)字化能力框架。國(guó)內(nèi)學(xué)者也對(duì)智能素養(yǎng)進(jìn)行了解讀,汪明[5]構(gòu)建了集知情意為一體的學(xué)生智能核心素養(yǎng)多維復(fù)合結(jié)構(gòu)體,包括智能知識(shí)、智能能力、智能情意與智能倫理。祝士明[6]認(rèn)為,智能素養(yǎng)指那些為應(yīng)對(duì)人工智能時(shí)代所應(yīng)具備的素養(yǎng),除信息素養(yǎng)外,還包括目前所欠缺的情商培養(yǎng)。鄭勤華[7]基于加涅學(xué)習(xí)結(jié)果分類理論,從智能知識(shí)、智能能力、智能思維、智能應(yīng)用和智能態(tài)度五個(gè)維度闡述了智能素養(yǎng)的構(gòu)成。
綜上所述,我們認(rèn)為,智能核心素養(yǎng)是人與機(jī)器智能協(xié)同工作、生活和學(xué)習(xí)中具備的情感意識(shí)、知識(shí)技能、思維品質(zhì)和道德規(guī)范,是智能時(shí)代人適應(yīng)、改變和發(fā)展社會(huì)環(huán)境的一種綜合品質(zhì)。
二、中小學(xué)生智能核心素養(yǎng)模型構(gòu)建
智能核心素養(yǎng)是對(duì)信息素養(yǎng)在人工智能時(shí)代的重新審視,作為學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要延伸,是人工智能學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)。因此,本文綜合考慮社會(huì)需求和智能核心素養(yǎng)的內(nèi)涵特征,根據(jù)各要素間的層次和邏輯關(guān)系,構(gòu)建了中小學(xué)生智能核心素養(yǎng)同心圓模型(如圖1)。模型由內(nèi)而外分為兩層,以“智能核心素養(yǎng)”為核心,提煉出智能意識(shí)、智能倫理、智能知識(shí)、智能技能、智能思維、智能創(chuàng)新6項(xiàng)元素,智能敏感度等18個(gè)基本要點(diǎn),并根據(jù)這一總體框架,針對(duì)學(xué)生年齡特點(diǎn)進(jìn)一步提出具體表現(xiàn)要求。
(一)智能意識(shí)
智能意識(shí)是對(duì)人工智能存在的反映和認(rèn)識(shí),包括智能敏感度、利用意識(shí)、價(jià)值意識(shí)和人機(jī)協(xié)同意識(shí)。智能敏感度要求學(xué)生能夠敏銳地感受到人工智能在生活中的應(yīng)用及其發(fā)展;利用意識(shí)要求學(xué)生可以應(yīng)用人工智能產(chǎn)品或技術(shù)解決生活中遇到的問(wèn)題;價(jià)值意識(shí)要求學(xué)生能夠了解人工智能產(chǎn)品和技術(shù)的價(jià)值所在,并主動(dòng)、有意識(shí)地探索其價(jià)值 ;人機(jī)協(xié)同意識(shí)要求學(xué)生具備將人的“智慧”與機(jī)器“智能”相互協(xié)同的意識(shí),可以應(yīng)用人機(jī)互動(dòng)技術(shù)解決問(wèn)題,創(chuàng)造價(jià)值。
(二)智能倫理
智能倫理源于信息倫理結(jié)構(gòu)概念,包括道德認(rèn)知、社會(huì)責(zé)任和行為規(guī)范三部分。從道德認(rèn)知層面看,學(xué)生能夠在心理層面形成倫理認(rèn)知,了解人工智能安全與倫理問(wèn)題規(guī)范;從社會(huì)責(zé)任層面看,學(xué)生能夠通過(guò)人工智能技術(shù)造福人類,具備社會(huì)參與感和使命感;從行為規(guī)范層面看,學(xué)生能夠遵守法律法規(guī)和人工智能社會(huì)的道德倫理準(zhǔn)則,可以在現(xiàn)實(shí)空間和虛擬空間中遵守公共規(guī)范,采用合理合法的方式維護(hù)個(gè)人與他人的權(quán)益和公共安全。
(三)智能知識(shí)
智能知識(shí)是指學(xué)習(xí)、使用和管理人工智能所應(yīng)具備的基本認(rèn)知,包括基礎(chǔ)知識(shí)和工具知識(shí)。在基礎(chǔ)知識(shí)方面,學(xué)生能理解人工智能學(xué)科常識(shí)和人文知識(shí),包括人工智能基本概念、發(fā)展歷程、主要流派、算法程序和機(jī)器學(xué)習(xí)等相關(guān)技術(shù)的核心概念;在工具知識(shí)方面,學(xué)生掌握與機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語(yǔ)言處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、知識(shí)圖譜、人機(jī)交互和機(jī)器人操作等關(guān)聯(lián)工具的基本操作知識(shí),包括Python編程語(yǔ)言、機(jī)器人零件識(shí)別等[8]。
(四)智能技能
智能技能指?jìng)€(gè)體通過(guò)練習(xí)而形成的動(dòng)作方式或智力活動(dòng)方式,包括通用能力、專業(yè)能力和工程能力[9]。在通用能力方面,學(xué)生應(yīng)具備與專業(yè)能力相區(qū)別的基礎(chǔ)性、通用性能力,包括與人溝通的能力、與機(jī)器互動(dòng)的能力等;在專業(yè)能力方面,學(xué)生能夠掌握開(kāi)發(fā)、創(chuàng)造人工智能產(chǎn)品所需要的固定技能,包括可視化編程工具開(kāi)發(fā)、模型訓(xùn)練和算法執(zhí)行等;在工程能力方面,學(xué)生可以從頂層看待解決實(shí)際問(wèn)題,具備創(chuàng)造、產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)值產(chǎn)品的能力。
(五)智能思維
智能思維是對(duì)人工智能技術(shù)認(rèn)識(shí)的高級(jí)階段,包括審辯思維、計(jì)算思維和設(shè)計(jì)思維。審辯思維要求學(xué)生能夠主動(dòng)并審慎地利用知識(shí)、證據(jù)來(lái)評(píng)估和判斷其假設(shè),具備對(duì)自己及他人思維的分析和評(píng)估能力[10];在計(jì)算思維方面,學(xué)生應(yīng)具備運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法形成問(wèn)題解決方案的一系列思維,包括數(shù)據(jù)思維、算法思維、數(shù)學(xué)思維等;在設(shè)計(jì)思維方面,學(xué)生能夠掌握一種系統(tǒng)解釋問(wèn)題的方法論,可以通過(guò)迭代的過(guò)程,以用戶為中心思考設(shè)計(jì)產(chǎn)品的能力,包括交互思維等。
(六)智能創(chuàng)新
智能創(chuàng)新是智能核心素養(yǎng)培養(yǎng)的最高層次,包括創(chuàng)新人格、創(chuàng)新思維和創(chuàng)新實(shí)踐。創(chuàng)新人格是吉爾福特首次提出和使用的一個(gè)概念,即創(chuàng)造力的非智力因素。創(chuàng)新人格要求學(xué)生具備好奇心、開(kāi)放心態(tài)、勇于挑戰(zhàn)和冒險(xiǎn)、獨(dú)立自信等特質(zhì),具備驅(qū)動(dòng)和調(diào)控創(chuàng)新活動(dòng)的能力。創(chuàng)新思維是人類的最高級(jí)認(rèn)知活動(dòng),要求學(xué)生能以感知、記憶、思考、聯(lián)想、理解等能力為基礎(chǔ),以探索性、求新性、綜合性為特征開(kāi)展心智活動(dòng)。在創(chuàng)新實(shí)踐方面,學(xué)生應(yīng)具備參與并投入實(shí)踐的能力,可以生產(chǎn)出新穎且有價(jià)值的成果。創(chuàng)新人格側(cè)重于情意因素,解決學(xué)生“愿不愿”的問(wèn)題;創(chuàng)新思維側(cè)重于內(nèi)在的思維過(guò)程和方法,解決學(xué)生“能不能”的問(wèn)題;創(chuàng)新實(shí)踐側(cè)重于外顯的行為投入,解決學(xué)生“做不做”的問(wèn)題[11]。
綜上所述,該模型以同心圓形式從一般到特殊層層展開(kāi),從人工智能技術(shù)學(xué)習(xí)到人工智能解決問(wèn)題的方法學(xué)習(xí),最終到人工智能思維的培養(yǎng),構(gòu)成了相對(duì)完整的面向中小學(xué)生的智能核心素養(yǎng)模型。
三、中小學(xué)生智能核心素養(yǎng)培養(yǎng)策略
(一)構(gòu)建基于智能核心素養(yǎng)的人才能力體系
人才培養(yǎng)是中小學(xué)教育的中心環(huán)節(jié),建構(gòu)合理有效的智能人才能力體系,是提升中小學(xué)人才培養(yǎng)質(zhì)量的重要部分。智能核心素養(yǎng)模型可以為完善中小學(xué)智能人才能力體系建設(shè)提供參考,通過(guò)細(xì)化模型的二級(jí)指標(biāo),建立分層次、分階段的智能人才能力體系,將智能核心素養(yǎng)納入人才培養(yǎng)的全過(guò)程,實(shí)現(xiàn)大中小學(xué)人工智能教育的有機(jī)銜接和一體化推進(jìn)。同時(shí),研究者可根據(jù)社會(huì)需求,不斷調(diào)整人才培養(yǎng)目標(biāo)以應(yīng)對(duì)人工智能發(fā)展的要求,針對(duì)學(xué)習(xí)者的現(xiàn)實(shí)需求和個(gè)性特征,設(shè)計(jì)個(gè)性化學(xué)習(xí)目標(biāo)和課程體系,構(gòu)建一套中小學(xué)智能人才培養(yǎng)實(shí)施路徑。
(二)開(kāi)發(fā)基于智能核心素養(yǎng)的立體化、新形態(tài)教材
智能核心素養(yǎng)的培養(yǎng)依賴人工智能課程的開(kāi)展,教材作為課程實(shí)施的載體起著至關(guān)重要的作用。鑒于人工智能課程本身具有實(shí)踐性和綜合性,傳統(tǒng)教材樣式無(wú)法滿足其課程需求,相關(guān)研究人員可以基于智能核心素養(yǎng)體系,開(kāi)發(fā)一種立體化、新形態(tài)人工智能教材。不同于傳統(tǒng)的紙質(zhì)教材,新教材采用可根據(jù)學(xué)生需求個(gè)性化定制的活頁(yè)工作手冊(cè)樣式,在內(nèi)容上以項(xiàng)目為載體,配套開(kāi)發(fā)信息化資源,將教學(xué)立體化。這就拓展了教學(xué)的時(shí)間和空間,通過(guò)“滾雪球”的方式逐步提升學(xué)生的智能核心素養(yǎng)。
(三)采用具身式智能核心素養(yǎng)教學(xué)方式
智能核心素養(yǎng)的培養(yǎng)必然離不開(kāi)人工智能技術(shù)的常態(tài)化應(yīng)用。唐·伊德認(rèn)為,當(dāng)人與技術(shù)處于具身關(guān)系時(shí),技術(shù)仿佛成為人身體的一部分,和人融為一體與外部世界相互作用[12]。因此,針對(duì)智能核心素養(yǎng)開(kāi)展教學(xué)方法改革,將具身認(rèn)知理念遷移到人工智能教學(xué),讓學(xué)生通過(guò)身體的感知獲取知識(shí),通過(guò)交流互動(dòng)、角色扮演、具身體驗(yàn)等方式,借助技術(shù)工具,將學(xué)習(xí)的知識(shí)用可視化的方式表示出來(lái)。例如,在Python程序語(yǔ)言教學(xué)過(guò)程中,教師借助自主研發(fā)的教具或合作企業(yè)機(jī)械臂,讓學(xué)生在制作具體項(xiàng)目的過(guò)程中完成編程語(yǔ)言的學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)教學(xué)具象化,增強(qiáng)學(xué)生在人工智能學(xué)習(xí)過(guò)程中的體驗(yàn)感,使智能核心素養(yǎng)成為學(xué)生知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的內(nèi)在組成部分。
(四)建立數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的全過(guò)程、多元化智能核心素養(yǎng)評(píng)價(jià)方式
在課程評(píng)價(jià)上,人工智能課程作為新興學(xué)科,不能按照原有的結(jié)果性評(píng)價(jià)來(lái)評(píng)判。智能核心素養(yǎng)的評(píng)價(jià)要注重評(píng)價(jià)過(guò)程的全程化、評(píng)價(jià)主體的多元化、評(píng)價(jià)依據(jù)的數(shù)據(jù)化、評(píng)價(jià)內(nèi)容的多維化以及評(píng)價(jià)結(jié)果的精準(zhǔn)化。一方面,充分利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù),形成學(xué)生智能核心素養(yǎng)發(fā)展電子檔案,在全面收集和整理學(xué)生相關(guān)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上形成可視化評(píng)價(jià)報(bào)告[13];另一方面,參考學(xué)生成長(zhǎng)電子檔案,基于智能核心素養(yǎng)模型,建立全過(guò)程、多元化增值評(píng)價(jià),尤其強(qiáng)調(diào)智能倫理意識(shí)的養(yǎng)成和規(guī)則的明確。將智能核心素養(yǎng)與評(píng)價(jià)緊密結(jié)合,將有利于監(jiān)測(cè)學(xué)生智能核心素養(yǎng)所在的階段,從而促進(jìn)學(xué)生智能核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。
四、結(jié)論與展望
目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于人工智能核心素養(yǎng)尚無(wú)準(zhǔn)確的概念描述,本文中小學(xué)生人工智能核心素養(yǎng)同心圓模型是在相關(guān)文獻(xiàn)的理論基礎(chǔ)上,結(jié)合當(dāng)前人工智能領(lǐng)域的人才需求標(biāo)準(zhǔn)初步構(gòu)建而成的,后續(xù)仍需不斷完善。接下來(lái)的研究中,我們將基于中小學(xué)人工智能課程開(kāi)展情況,結(jié)合各領(lǐng)域?qū)<乙庖?jiàn),進(jìn)一步完善中小學(xué)生智能核心素養(yǎng)模型的細(xì)化培養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn),構(gòu)建我國(guó)中小學(xué)人工智能課程的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。
注:本文系國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“多模態(tài)特征融合的自閉癥教育機(jī)器人情感社交智能感知模型及應(yīng)用研究(6217021982)”和浙江省高??蒲谢緲I(yè)務(wù)費(fèi)跨學(xué)科研究專項(xiàng)“面向智能經(jīng)濟(jì)的AI+創(chuàng)客空間構(gòu)建與服務(wù)創(chuàng)新(GB201903003)”的研究成果。
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(作者王永固系浙江工業(yè)大學(xué)教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授;李一航系浙江工業(yè)大學(xué)教育科學(xué)與技術(shù)學(xué)院研究生)
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