禹舜堯 吳海豐 馬穎瑩 陸伶俐 上海市實(shí)驗(yàn)學(xué)校

《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）將“人工智能”作為六條邏輯主線之一，并在第四學(xué)段（7～9年級(jí)）設(shè)置了“人工智能與智能社會(huì)”模塊。[1]面對(duì)新課標(biāo)的要求，教師若不了解學(xué)情，則難以實(shí)施有針對(duì)性的、符合學(xué)生特點(diǎn)的教學(xué)。因此，筆者圍繞初中學(xué)生對(duì)人工智能內(nèi)容的認(rèn)知現(xiàn)狀開(kāi)展了調(diào)查研究，以期能夠?yàn)榻處煹慕虒W(xué)提供參考。

● 研究過(guò)程

本研究采用二階診斷測(cè)試方法編制問(wèn)卷[2]，對(duì)學(xué)生認(rèn)知現(xiàn)狀進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查對(duì)象為S學(xué)校初中一、二年級(jí)的362位學(xué)生，將其分為三組，進(jìn)行三輪調(diào)查。前兩輪用迭代問(wèn)卷，最終形成二階選擇問(wèn)卷，并進(jìn)行正式調(diào)查。本文所說(shuō)的二階問(wèn)卷即每題由一階問(wèn)題（對(duì)知識(shí)的提問(wèn)）和二階問(wèn)題（對(duì)作答理由的提問(wèn)）組成。

本次調(diào)查的流程為：①分析課標(biāo)要求，初步選定調(diào)查內(nèi)容。②編寫(xiě)開(kāi)放式問(wèn)卷（僅包含一階問(wèn)題），收集學(xué)生一階答案，調(diào)整調(diào)查內(nèi)容及問(wèn)卷。③設(shè)計(jì)一般二階問(wèn)卷（一階問(wèn)題為選擇題，二階問(wèn)題為開(kāi)放題），收集學(xué)生二階答案，提煉二階問(wèn)題選項(xiàng)。④形成二階選擇問(wèn)卷（一、二階問(wèn)題皆為選擇題），收集學(xué)生反饋，歸納學(xué)生認(rèn)知現(xiàn)狀。調(diào)查內(nèi)容范圍如下頁(yè)表所示。

● 初中生對(duì)人工智能社會(huì)影響的認(rèn)知

1.對(duì)傳統(tǒng)程序與人工異同性的認(rèn)識(shí)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有約10%的學(xué)生能想到利用編程模仿人的學(xué)習(xí)，但其中也有部分學(xué)生將機(jī)器學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單理解為“大數(shù)據(jù)的搜索”。此外，有43.08%的學(xué)生對(duì)“傳統(tǒng)編程方法”較為熟悉，但也受到了一定的前攝抑制。有31.12%的學(xué)生對(duì)編程的認(rèn)識(shí)局限于將其視作“對(duì)人類行為過(guò)程的分解”，對(duì)某些難以分解的問(wèn)題束手無(wú)策。

2.對(duì)身邊的人工智能應(yīng)用的認(rèn)識(shí)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，多數(shù)學(xué)生認(rèn)可“生成式AI（不包括AI繪畫(huà)）”是“智能”的，而對(duì)“智能電器”“語(yǔ)音助手”“AI繪畫(huà)工具”，認(rèn)為其“不智能”的較多。

分析二階答案發(fā)現(xiàn)，學(xué)生對(duì)事物是否“智能”的判斷依據(jù)較為多樣。有相當(dāng)一部分學(xué)生抱有實(shí)用主義傾向，認(rèn)為自動(dòng)化且實(shí)用的東西就是“智能”的。部分學(xué)生從“人工智能與人類能力對(duì)比”出發(fā)，將“智能”理解為“擅長(zhǎng)全部領(lǐng)域”，而其余則認(rèn)為只要“在某個(gè)領(lǐng)域超越人類”即為“智能”。還有學(xué)生將“某個(gè)典型特征和功能”（包括“學(xué)習(xí)能力”“創(chuàng)造能力”“靈感”“思維能力”“隨機(jī)性”等）看作“智能”的標(biāo)志。不少學(xué)生認(rèn)為利用“搜索”實(shí)現(xiàn)的人工智能不算真“智能”，也有學(xué)生將從“不智能”到“智能”的發(fā)展過(guò)程視作“量變到質(zhì)變”的過(guò)程。值得注意的是，由于“智能”一詞在各類媒體上的濫用，不少學(xué)生存在將“自動(dòng)化設(shè)備”“計(jì)算機(jī)”等同于“智能”的認(rèn)知錯(cuò)誤，也有部分學(xué)生因此對(duì)“智能”一詞有所反感。

3.對(duì)人工智能可能正面影響的認(rèn)識(shí)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生頗為看好“人工智能在體力勞動(dòng)方面的應(yīng)用前景”，而對(duì)“人工智能滿足人類社交和情感領(lǐng)域的應(yīng)用”多數(shù)抱有悲觀預(yù)期。

分析二階答案發(fā)現(xiàn)，有部分學(xué)生受“公共傳媒”的影響，對(duì)其中一些夸大或誤導(dǎo)的內(nèi)容沒(méi)有辨識(shí)能力。此外，學(xué)生判斷某項(xiàng)影響是否“即將或正在實(shí)現(xiàn)”的依據(jù)較為多元，除了已經(jīng)看到過(guò)或聽(tīng)說(shuō)過(guò)類似情況外，還包括“引發(fā)的社會(huì)問(wèn)題會(huì)增大技術(shù)推廣的阻力”“道德和法律方面對(duì)新事物的謹(jǐn)慎會(huì)阻礙其推廣”“從發(fā)展的角度看，該技術(shù)發(fā)展迅速，必能實(shí)現(xiàn)”“從該技術(shù)的價(jià)值和社會(huì)期待上判斷其必會(huì)大有市場(chǎng)”等，體現(xiàn)了初中生對(duì)人工智能社會(huì)影響超出預(yù)期的思考深度。當(dāng)然，該問(wèn)題的二階答案也暴露出一些不太恰當(dāng)?shù)恼J(rèn)知，如“將制造業(yè)的智能化等同于機(jī)械化”“雖沒(méi)有依據(jù)，但認(rèn)定人工智能不可能有情感、創(chuàng)造力、自我意識(shí)，不可能自我提升”等。

4.對(duì)人工智能可能負(fù)面影響的認(rèn)識(shí)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，相較于正面影響，學(xué)生對(duì)人工智能可能帶來(lái)哪些負(fù)面影響的看法存在較大的分歧。

分析二階答案發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生深受科幻作品影響，對(duì)其情節(jié)沒(méi)有深究或認(rèn)為就是事實(shí)。此外，有不少學(xué)生有“技術(shù)無(wú)罪論”傾向，認(rèn)為人工智能可能造成的社會(huì)問(wèn)題，歸根結(jié)底是開(kāi)發(fā)者和使用者的問(wèn)題。也有學(xué)生從社會(huì)角度分析該問(wèn)題，抱有“從人工智能產(chǎn)業(yè)帶來(lái)的巨大利益必然催生出不法行為”“許多社會(huì)問(wèn)題一直存在，不能歸結(jié)為由于人工智能的應(yīng)用才出現(xiàn)或者加劇”的觀點(diǎn)。令人欣喜的是，有部分學(xué)生認(rèn)識(shí)到道德和法律等“上層建筑”不是一成不變的，體現(xiàn)了該年齡段學(xué)生“道德發(fā)展階段”初步步入了“原則水平”。不容忽視的是，學(xué)生對(duì)該問(wèn)題的觀點(diǎn)也暴露出了一些錯(cuò)誤認(rèn)知，如“對(duì)人在法律上的特殊地位認(rèn)識(shí)不清，將人工智能視作生物，且具有某種程度的人權(quán)”“將人工智能視作生物，且某種程度上具有不同于人類的倫理道德”“認(rèn)為人工智能在某種程度上是人格化的，可能會(huì)學(xué)壞，而且其破壞力比壞人要強(qiáng)”等。

● 初中生對(duì)人工智能特征與技術(shù)基礎(chǔ)的認(rèn)知

1.對(duì)人工智能對(duì)數(shù)據(jù)依賴的認(rèn)識(shí)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在“對(duì)人工智能對(duì)數(shù)據(jù)依賴的認(rèn)識(shí)”這個(gè)問(wèn)題上僅有15.38%的學(xué)生選擇了合理的選項(xiàng)。有20%的學(xué)生認(rèn)為代碼就是數(shù)據(jù)的表達(dá)形式，人工智能與傳統(tǒng)程序在數(shù)據(jù)應(yīng)用方式上相同。有19.23%的學(xué)生將訓(xùn)練和數(shù)據(jù)的概念割裂開(kāi)來(lái)，認(rèn)為訓(xùn)練結(jié)果不是數(shù)據(jù)，而是高于數(shù)據(jù)的、類似于經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的事物，這些學(xué)生對(duì)人工智能的理解仍然拘泥于樸素的人類思維視角。有21.54%的學(xué)生認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)的訓(xùn)練可以產(chǎn)生自主學(xué)習(xí)和思考等能力。

2.對(duì)人工智能為何依賴算力的認(rèn)識(shí)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有41.54%的學(xué)生認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建模型和使用模型同樣需要大量算力，另有49.23%的學(xué)生認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)構(gòu)建模型和使用模型是同步進(jìn)行的。顯然，多數(shù)學(xué)生并不清楚人工智能，特別是機(jī)器學(xué)習(xí)，究竟為何需要大量的算力，深層的原因很可能是初中生并不知曉機(jī)器學(xué)習(xí)的流程及每一步的具體意義。

3.對(duì)算法之于人工智能重要性的認(rèn)識(shí)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有31.54%的學(xué)生認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)只是一種編程方法，結(jié)果即為模型，需要手動(dòng)對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，沒(méi)有意識(shí)到機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)果往往是黑箱模型，人為修改可能無(wú)從下手。有33.08%的學(xué)生認(rèn)為機(jī)器學(xué)習(xí)的特征多多益善，沒(méi)有考慮到大量特征造成的算法效率問(wèn)題。

● 初中生對(duì)人工智能實(shí)現(xiàn)方式的認(rèn)知

1.對(duì)搜索方法實(shí)現(xiàn)人工智能的理解

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有39.23%的學(xué)生認(rèn)為具備評(píng)估能力，能在搜索后找出最符合要求的結(jié)果才算智能。有21.54%的學(xué)生認(rèn)為可以根據(jù)情況，自動(dòng)搜索，嘗試找出答案就是智能的。有26.15%的學(xué)生認(rèn)為人工智能可以評(píng)估局面，且能夠參考數(shù)據(jù)庫(kù)中類似情況，給出新的破局方法。不難發(fā)現(xiàn)，部分學(xué)生對(duì)搜索實(shí)現(xiàn)人工智能的理解著重于“計(jì)算機(jī)感知能力”和“創(chuàng)新能力”，而此類功能在現(xiàn)實(shí)中往往不會(huì)用“搜索”方式實(shí)現(xiàn)。

2.對(duì)推理方式實(shí)現(xiàn)人工智能的理解

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在此問(wèn)題上學(xué)生的認(rèn)知非常離散。有21.54%的學(xué)生對(duì)此的認(rèn)識(shí)基本正確。有16.92%的學(xué)生將機(jī)器學(xué)習(xí)中的訓(xùn)練看作人的重復(fù)性練習(xí)，將“推理”想象為可以鍛煉的技能。有16.15%的學(xué)生認(rèn)識(shí)到了所面臨的現(xiàn)實(shí)情況是沒(méi)有窮盡的，因此認(rèn)為如果計(jì)算機(jī)沒(méi)有思維能力，是不可能進(jìn)行“推理”的，但沒(méi)有認(rèn)識(shí)到數(shù)學(xué)系統(tǒng)中運(yùn)算種類是有限的，利用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)局限于某些領(lǐng)域的推理是可能的。有14.62%的學(xué)生將智能推理視為一種對(duì)解題方法的搜索。

3.對(duì)推理方式實(shí)現(xiàn)人工智能局限性的認(rèn)識(shí)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有10.77%的學(xué)生可以看出推理方式實(shí)現(xiàn)人工智能的難點(diǎn)在于推理規(guī)則的提取。有80.77%的學(xué)生缺乏對(duì)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題進(jìn)行抽象的意識(shí)，他們意識(shí)到機(jī)器處理問(wèn)題的死板和處理復(fù)雜問(wèn)題的困難，但對(duì)此束手無(wú)策，沒(méi)有體現(xiàn)出對(duì)問(wèn)題進(jìn)行抽象、將復(fù)雜問(wèn)題化簡(jiǎn)的思維。此外，還有8.46%的學(xué)生將人工智能視作局限于虛擬世界中的程序，認(rèn)為和現(xiàn)實(shí)世界無(wú)關(guān)，沒(méi)有意識(shí)到程序可以利用輸入設(shè)備和輸出設(shè)備與現(xiàn)實(shí)世界交互。

4.對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)概念和特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)

調(diào)查發(fā)現(xiàn)，有26.92%的學(xué)生意識(shí)到機(jī)器學(xué)習(xí)是利用了統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法實(shí)現(xiàn)的。有22.30%的學(xué)生將人的學(xué)習(xí)等價(jià)于記憶，將人工智能看作“大數(shù)據(jù)量下的搜索”，其原因可能是受到了某些資料中淺顯例子的影響。有13.85%的學(xué)生習(xí)慣從傳統(tǒng)程序的角度思考機(jī)器實(shí)現(xiàn)“模式識(shí)別”的可行性，并為了應(yīng)對(duì)復(fù)雜現(xiàn)實(shí)情況給出了類似于隨機(jī)森林和knn算法的“投票機(jī)制”。

● 對(duì)初中人工智能教學(xué)的建議

1.嚴(yán)謹(jǐn)使用教學(xué)資源，防止引發(fā)錯(cuò)誤認(rèn)知

調(diào)查顯示，學(xué)生易受公共傳媒及文藝作品影響。例如，部分學(xué)生對(duì)“機(jī)器人三定律”一類小說(shuō)內(nèi)容深信不疑，并據(jù)此解釋人工智能與人類的關(guān)系。又如，“智能”一詞在產(chǎn)品宣傳中被濫用，導(dǎo)致學(xué)生對(duì)“人工智能”的概念存在迷惘，甚至對(duì)“智能”一詞感到厭煩。為確保學(xué)生對(duì)人工智能有準(zhǔn)確的理解，教師需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)剡x用教學(xué)資源，謹(jǐn)慎使用文藝作品的情節(jié)或片段，確保對(duì)相關(guān)概念講解的科學(xué)性。

2.豐富相關(guān)學(xué)習(xí)活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生全面認(rèn)識(shí)

調(diào)查顯示，學(xué)生往往會(huì)形成一種思維定式，力圖用一種人工智能的實(shí)現(xiàn)方式去解釋所有人工智能產(chǎn)品的原理。例如，許多學(xué)習(xí)過(guò)“搜索”方式實(shí)現(xiàn)人工智能的學(xué)生，都習(xí)慣將人工智能視為一種“大數(shù)據(jù)的搜索”。為確保學(xué)生對(duì)人工智能的全面認(rèn)識(shí)，需要設(shè)計(jì)豐富的學(xué)習(xí)活動(dòng)，幫其了解人工智能的各類實(shí)現(xiàn)方式、各種應(yīng)用場(chǎng)景，防止對(duì)人工智能認(rèn)識(shí)的窄化。

3.開(kāi)發(fā)適合學(xué)生的教學(xué)工具，直觀闡釋實(shí)現(xiàn)方法

調(diào)查顯示，學(xué)生對(duì)人工智能概念的理解常存在“望文生義”的問(wèn)題，有時(shí)這種“望文生義”也能形成“自洽”的理解，但卻與本意南轅北轍。例如，認(rèn)為“機(jī)器學(xué)習(xí)”類似于人類的重復(fù)練習(xí)，反復(fù)訓(xùn)練可以提升效果。針對(duì)上述問(wèn)題，教師可開(kāi)發(fā)適合學(xué)生認(rèn)知的教具，通過(guò)數(shù)據(jù)可視化、關(guān)鍵變量顯示、過(guò)程分解等方式直觀闡釋人工智能相關(guān)概念。