■“關注中小學人工智能教育”·理論篇①

    開欄的話

當前，生成式人工智能熱潮涌動，人工智能駛?cè)氚l(fā)展快車道。中小學校如何加強人工智能教育？如何把人工智能技術(shù)與教育教學深度融合？圍繞這些問題，智慧教育?？亻_設“關注中小學人工智能教育”專欄，約請專家、學者、局長、校長從不同角度展開討論。敬請關注。

隨著人工智能應用場景日趨豐富，生活于其中的每一位成員不僅要會使用智能工具，更需要用符合智能時代的思維方式去理解與創(chuàng)造性解決問題，具備與智能工具協(xié)同創(chuàng)新的能力。

教育是面向未來培養(yǎng)人才的事業(yè)，課程是學校育人的核心場域。在推進人工智能教育中，學校需要將人工智能課程建設作為學校智能教育的核心要素、教育教學活動開展的關鍵載體和學生人工智能核心素養(yǎng)全面發(fā)展的基礎；要充分認識到，課程實施既是學生探索人工智能未來發(fā)展的過程，也是培養(yǎng)學生掌控人工智能與人類世界關系的責任感和使命感的過程。

    依據(jù)核心素養(yǎng)明確課程目標

當前，我國中小學人工智能教育處于探索階段，存在著課程價值取向不明確、課程內(nèi)容與人工智能領域的核心技術(shù)理念脫節(jié)、課程內(nèi)容組織缺乏邏輯連貫性、課程實踐脫離生活實際、課程評價尚未形成體系等問題。

面對以上問題，學校首先需明確課程目標，這是人工智能課程建設的邏輯起點。2021年，中央電教館發(fā)布《中小學人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》（以下簡稱《素養(yǎng)框架》），從人工智能與人類、人工智能與社會、人工智能技術(shù)、人工智能系統(tǒng)設計與開發(fā)4個領域提出了中小學生應具備的核心素養(yǎng)。2022年教育部印發(fā)《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》），從信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任4個維度明確了課程核心素養(yǎng)基本要求。

《素養(yǎng)框架》和《課程標準》的發(fā)布不僅界定了中小學階段人工智能教學中“最有價值的內(nèi)容”，也明確了如何在中小學教學實踐中體現(xiàn)人工智能的核心價值和教學目標。具體為：

一是明確人工智能技術(shù)能夠解決的問題，了解人工智能技術(shù)的基本原理、過程和實現(xiàn)方法，并能選擇最優(yōu)的人工智能工具或模型框架，進而形成計算思維，具備利用人工智能技術(shù)解決問題的能力。二是能夠整合人工智能技術(shù)和其他學科知識解決復雜問題，具備人工智能系統(tǒng)設計與開發(fā)、人工智能系統(tǒng)的評估與維護能力，培養(yǎng)系統(tǒng)工程思維，確保人工智能技術(shù)服務于全體人類社會。三是培養(yǎng)和樹立科學合理的倫理觀，正確看待和處理人機關系。認識人工智能與人類的關系、人工智能與社會的交互及對社會的影響，潛在的公平性問題、倫理問題、法律挑戰(zhàn)，樹立科學合理的倫理觀，保證人工智能健康、合法地發(fā)展。

圍繞核心素養(yǎng)構(gòu)建課程內(nèi)容

課程內(nèi)容不僅是育人目標和課程目標的關鍵載體，更是學科教學活動的核心要素。需要將課程內(nèi)容的構(gòu)建放置于時代意義、學科價值以及學生認知能力的整體框架中進行考量，關注學生學習經(jīng)驗對內(nèi)容接納的可能性及科學技術(shù)學科特有的實踐特性，避免出現(xiàn)高深莫測的“虛幻”內(nèi)容或囿于某一特定軟硬件平臺的內(nèi)容。

結(jié)合《素養(yǎng)框架》和《課程標準》，學校人工智能課程內(nèi)容可以包括以下4類內(nèi)容：

第一，人工智能相關概念和發(fā)展歷程為核心的基礎內(nèi)容。以學生能夠理解和掌握的與生活實際相聯(lián)系的人工智能應用場景為背景，認識芯片、傳感器，理解數(shù)據(jù)和計算、問題表達與求解。第二，以人工智能算法、自然語言處理、計算機視覺、機器學習、深度學習、模型開發(fā)等為核心的技術(shù)內(nèi)容。結(jié)合語音識別、人臉識別、影像診斷、智能家居等讓學生理解人工智能技術(shù)及應用原理和實現(xiàn)過程，初步形成人工智能感性經(jīng)驗。第三，機器人、無人駕駛、智慧醫(yī)療等典型場景的應用內(nèi)容。從工業(yè)、醫(yī)療、交通、法律、教育等不同領域提取人工智能技術(shù)應用真實場景和典型案例，理解人工智能特有的問題解決方法，培養(yǎng)學生利用智能技術(shù)解決現(xiàn)實問題的意識和能力。第四，以人工智能社會與人文、人工智能安全和發(fā)展為核心的倫理內(nèi)容。呈現(xiàn)人工智能技術(shù)應用潛在的倫理挑戰(zhàn)以及對個人、社會等的潛在影響，關注人工智能技術(shù)引發(fā)的公平、安全、道德、法律等問題，引導學生辨析應用的利與弊，樹立正確的人工智能價值觀念，確?！凹夹g(shù)向善”。需要注意的是，以上4類內(nèi)容不應是單線性的依次排列、逐步實施的關系，而應是互為一體的融合。

構(gòu)建知行合一的課堂實踐學習樣態(tài)

人工智能學科的實踐特性決定了課程實施要結(jié)合學生認知規(guī)律和生活經(jīng)驗，依托真實問題和現(xiàn)實任務，體現(xiàn)真實性、挑戰(zhàn)性、進階性等特征。在人工智能課程教學中，應以應用類內(nèi)容為載體，以基礎類內(nèi)容為要素，以技術(shù)類內(nèi)容為支撐點，以倫理類內(nèi)容為反思點，統(tǒng)整各部分學習內(nèi)容，讓人工智能學習內(nèi)容與學生的真實世界相連接，構(gòu)建一個知行合一、生動實踐的課堂實踐學習樣態(tài)。

一是選擇感知、體驗類案例進行觀摩，或?qū)⑷斯ぶ悄軐嵕绑w驗作為內(nèi)容，幫助學生形象感知、深入體會人工智能技術(shù)的功能和實際應用，培養(yǎng)學生對人工智能場景的觀察和理解能力，激發(fā)學生的學習興趣和創(chuàng)新能力。如語音識別技術(shù)在汽車駕駛、智能家居、智能助教、醫(yī)療助手等場景的應用，幫助學生感受泛在的人工智能技術(shù)應用、體會人工智能技術(shù)為人類生活帶來的便利；通過手機刷臉解鎖、人臉識別支付、虛擬自動駕駛室等實景體驗，助力學生理解智能交互，并能夠?qū)?shù)字世界與現(xiàn)實世界相結(jié)合。

二是以問題鏈、啟發(fā)式對話等形式展示學習內(nèi)容，引導學生通過探索和思考來理解人工智能的概念和原理，增進對人工智能價值的思考和辨別能力。如將計算機視覺技術(shù)與人類視覺的形成進行類比，幫助學生理解攝像頭類似人的眼睛，感知外界環(huán)境，理解外界環(huán)境。在體驗、理解、實踐人工智能技術(shù)的過程中，合理設置人工智能有哪些應用，將產(chǎn)生什么影響，應該怎么應對等問題鏈，引導學生正確認識人工智能、深入思考人工智能價值、合理應對人工智能帶來的挑戰(zhàn)。

三是基于“做中學”理念，開展項目式學習實踐。將課程內(nèi)容轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行、可操作的探究項目。如引導和組織學生設計智能機器人編程項目、智能語音助手開發(fā)項目或探索設計智能決策系統(tǒng)模型構(gòu)建項目，以項目為載體整合學生需要掌握的基礎知識、實踐能力和倫理態(tài)度，運用基本的身體動作、心智活動或人際關系促進認知結(jié)構(gòu)整合，形成采用模式思考、識別和處理新問題的能力。

四是運用情景模擬營造文化氛圍的形式，加深學生對區(qū)域特色文化的認知和理解，培養(yǎng)學生具備人工智能與本土文化融合能力。如模擬本地文化遺產(chǎn)保護情景，引導學生將人工智能和本土文化相結(jié)合，通過設計文物保護監(jiān)測、文化遺產(chǎn)數(shù)字化展示、文化遺產(chǎn)保護規(guī)劃等，使學生了解并思考運用人工智能技術(shù)推動民俗文化發(fā)展。

五是設計技術(shù)哲學和道德兩難性問題討論、技術(shù)問題引發(fā)的災難分析、人工智能相關科幻片評析等內(nèi)容，引導學生形成人工智能倫理意識和思考技術(shù)的問題習慣，以培養(yǎng)學生人工智能倫理認知能力。如通過研究算法失誤導致的醫(yī)療事故案例，引導學生認真思考技術(shù)問題可能帶來的災難性后果，探索提出改進和解決方案，啟發(fā)學生思考智能技術(shù)發(fā)展中如何保持人機關系的平衡，理性看待人工智能技術(shù)與人類社會的互動、共生、協(xié)同、依存等關系。

課程開發(fā)者應當動態(tài)把握人工智能發(fā)展趨勢，結(jié)合學校及地區(qū)條件，選取合適的教學材料，積極改造或自主編寫課程內(nèi)容。同時根據(jù)課程內(nèi)容的呈現(xiàn)需要，創(chuàng)新與內(nèi)容相匹配的教學方法，合理規(guī)劃不同類別內(nèi)容的比例，讓人工智能課程內(nèi)容適切學生實際生活中的人工智能應用需求，適應學生對于復雜問題的認知層次，最終實現(xiàn)從素養(yǎng)要求到課堂實踐的有效轉(zhuǎn)化。

（作者丁黎軍系西北師范大學教育技術(shù)學院講師，郭炯系西北師范大學教育技術(shù)學院院長）

■基層案例

創(chuàng)設多維任務玩轉(zhuǎn)智能飛行

李紅梅

SMAC（Social——社交化，Mobile——移動化，Analytic——大數(shù)據(jù)分析，Cloud——云計算）拓展課程是重慶市沙坪壩區(qū)樹人景瑞小學人工智能校本課程之一。我在接觸智能飛行課程后，一直在思考如何設計課程，讓學生收獲更多知識。

開課初期，我問學生為什么選擇這門課程，一石激起千層浪。“除夕夜，重慶舉辦大型光影無人機焰火表演，其中無人機表演的壯美山水我太喜歡啦?！薄拔蚁胫?000架無人機矩陣表演是怎么弄出來的。”基于學生們的興趣，我查閱了無人機相關內(nèi)容、咨詢了學校信息技術(shù)教師，最終確定課程以無人機為載體，以能說出無人機飛行原理、飛行安全常識、無人機的組成部分，能手動操控無人機，能編程操控無人機（重點），能編隊飛行（難點）的手、眼、腦一體教育為目標，設計了集拍攝、操控和編程為一體的智能飛行課程。課程為期16周，共計16課時。

課程初期理論學習中，我利用網(wǎng)絡空間建立“飛行知識我知道”共享文件夾，讓學生借助移動終端，自主查閱資料，用圖片、視頻和文字的形式記錄并上傳至網(wǎng)絡學習空間，為整個項目的實施打下理論基礎。學生經(jīng)過利用遙控器控制無人機按指定的路線飛行、通過障礙等基礎訓練后，在編程飛行環(huán)節(jié)，我引導學生先觀察給定的飛行路徑，設計飛行路線并畫在草稿本上，再利用軟尺等工具，測量每個障礙物間的距離，最后用軟件進行編程。學生們積極分享他們的編程思路：“我是這樣想的，先起飛，到達任務1進行懸停，再到達任務2原地旋轉(zhuǎn)180°，再依次完成任務3和4，最后在指定地點降落?！薄拔腋悴惶粯樱以O計的是，起飛后先通過任務3和4穿過豎圈和橫圈，因為這是我擅長的任務，可以多得分，再依次通過任務1和2，最后降落?！苯?jīng)過不斷的編程、試飛和調(diào)試，學生完成了一個又一個任務，通過了一個又一個挑戰(zhàn)路線，在不斷的挑戰(zhàn)中成長。

下一環(huán)節(jié)，進入本課程的難點，編隊飛行。這個環(huán)節(jié)學生要同時對多架無人機進行編程，并控制多架無人機執(zhí)行同一個任務。我引導學生用逆推的方法來思考：先確定好要編隊造型，如在空中呈現(xiàn)一個“大”字。再根據(jù)這個造型確定無人機的數(shù)量和每個編號無人機的最終位置，最后根據(jù)無人機的最終位置來確定無人機的起點位置和飛行路徑。雖然這個環(huán)節(jié)對于小學生來說，有一定難度，但經(jīng)過與教師的交流、與同學的合作，最終學生們完成了一些簡單造型的編隊飛行，如在空中呈現(xiàn)一個愛心，并在學校的第11屆科技節(jié)中精彩展示編隊飛行，得到了一致好評。

數(shù)字技術(shù)和資源為這門課提供了有力的支撐，教學方式的改變、平臺資源的運用、各類技術(shù)的融合，讓學生在自己感興趣的世界中不斷探索，讓我向一專多能的教師轉(zhuǎn)型邁出了一大步。

（作者單位系重慶市沙坪壩區(qū)樹人景瑞小學）

《中國教育報》2024年05月18日第3版