綜合實踐活動視角下的高中人工智能教育創(chuàng)新實踐

姜正梅

摘要：本文針對高中如何實施人工智能教育進行實踐研究，分析了采取課程化行動開展人工智能教育的必要性，提出了高中人工智能教育的目標(biāo)、內(nèi)容和踐行指向核心素養(yǎng)的智慧型人才培養(yǎng)價值，構(gòu)建了融合型人工智能主題綜合實踐活動框架，開展了以網(wǎng)絡(luò)檢索、考察探究、設(shè)計制作、職業(yè)體驗為形式的人工智能主題綜合實踐單元教學(xué)實踐，并將學(xué)習(xí)評價融入高中學(xué)生綜合素質(zhì)評價實施，以幫助學(xué)生形成并提升基本的人工智能素養(yǎng)，養(yǎng)成人工智能價值體認、智能社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)、智能技術(shù)解決問題和智能產(chǎn)品創(chuàng)意物化等意識和能力。

關(guān)鍵詞：人工智能;核心素養(yǎng);考察探究;設(shè)計制作;職業(yè)體驗

人工智能是信息社會一個重要的維度，在強調(diào)教育立德樹人、加強信息素養(yǎng)教育的今天，人工智能教育事關(guān)國家人工智能高技術(shù)人才和智能社會合格公民的培養(yǎng)，不可或缺。我國提出了實施全民智能教育項目，要求在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，并將人工智能明確寫入普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)。然而，如何實施人工智能教育并無規(guī)律和模式可循，高中學(xué)校和教師都在探索。本文從普及人工智能教育的角度，以綜合實踐活動課程實施視角，探索了高中實施人工智能教育的方法與策略。

普及人工智能教育，高中學(xué)校需要采取課程化行動

2019年舉行的國際人工智能與教育大會形成的《北京共識》提出，“教育系統(tǒng)須預(yù)測和培養(yǎng)人工智能時代人人所需的技能和價值觀以及不同層次的人工智能技能……采取體制化的行動，提高社會各個層面所需的基本人工智能素養(yǎng)”。[1]基于人工智能時代和課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，筆者認為，高中學(xué)校必須預(yù)測和培養(yǎng)人工智能時代學(xué)生所需的人工智能技能，可以采取課程化行動，提高高中學(xué)生所需的基本人工智能素養(yǎng)，為學(xué)生將來進入以人工智能為特征的高等教育學(xué)校專業(yè)學(xué)習(xí)研究領(lǐng)域或社會工作場所做好基本準(zhǔn)備。

我國的人工智能教育起步較晚，由于地區(qū)差異、師資水平和教學(xué)資源的不平衡等，實施效果并不理想。2017年，國務(wù)院頒布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確提出“實施全民智能教育項目，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”[2]等要求，并在《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中將“人工智能初步”作為高中生選擇性必修內(nèi)容納入學(xué)校課程中，要求“人工智能初步模塊的修習(xí)情況應(yīng)列為學(xué)生綜合素質(zhì)評價的內(nèi)容”。[3]課程標(biāo)準(zhǔn)的實施，確立了學(xué)校人工智能教育課程化行動方向，為所有高中生學(xué)習(xí)人工智能創(chuàng)造了機會，有利于推動在學(xué)校開展人工智能教育。

基于核心素養(yǎng)培育，構(gòu)建人工智能教育內(nèi)容體系

然而，現(xiàn)行高中課程標(biāo)準(zhǔn)并未將人工智能設(shè)立成獨立的學(xué)科課程，而是作為高中信息技術(shù)的選擇性必修模塊進行設(shè)置，其“選擇性必修”的定位則會導(dǎo)致“不選則不修”。因此，人工智能教育的課程化行動，需要建立在科學(xué)制訂課程目標(biāo)、精心設(shè)計課程內(nèi)容、厘清其與人才培育目標(biāo)相互關(guān)系的基礎(chǔ)之上。

1.科學(xué)確定人工智能課程目標(biāo)

時代不同，社會對人才素養(yǎng)的要求也不一樣，人工智能時代呼喚具備人工智能素養(yǎng)的智慧型人才。關(guān)于人工智能素養(yǎng)，目前尚無科學(xué)、確切的定義。汪明[4]提出了學(xué)生智能素養(yǎng)概念，他認為，學(xué)生智能素養(yǎng)是在人工智能時代對學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的時代發(fā)展，是對核心素養(yǎng)中的“信息意識”在人工智能時代的進一步明確、豐富和提升，它是確保學(xué)生能適應(yīng)并超越人工智能時代的素養(yǎng)。基于核心素養(yǎng)結(jié)構(gòu)框架的啟示，他提出學(xué)生智能素養(yǎng)是集智能知識、智能能力、智能情意與智能倫理為一體的多維復(fù)合結(jié)構(gòu)體。從學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)角度看，置身人工智能時代的學(xué)生要生存和發(fā)展，則必須具備適應(yīng)人工智能時代的相應(yīng)素養(yǎng)，即人工智能素養(yǎng)。這為更好地理解和確定高中人工智能課程目標(biāo)提供了借鑒。依據(jù)人工智能時代對學(xué)生素養(yǎng)的要求，參考高中信息技術(shù)旨在全面提升高中學(xué)生的信息素養(yǎng)的課程目標(biāo)，可以確定高中人工智能課程目標(biāo)為全面提升高中學(xué)生的基本人工智能素養(yǎng)。既然目標(biāo)為全面提升高中學(xué)生的人工智能素養(yǎng)，則高中人工智能教育應(yīng)該建立在普及層面而非學(xué)生個性化發(fā)展層面。

2.精心設(shè)計人工智能課程內(nèi)容

從課程的角度來說，人工智能是一門新興學(xué)科，從國家課程標(biāo)準(zhǔn)到學(xué)校教學(xué)實施，人工智能課程可能會因課程內(nèi)容與中小學(xué)生教育教學(xué)要求脫節(jié)、課程資源建設(shè)及監(jiān)管不足、缺少科學(xué)有效的指導(dǎo)等而出現(xiàn)這樣或那樣的問題，造成人工智能學(xué)習(xí)上的“誤區(qū)”，因此，必須依據(jù)學(xué)生認知發(fā)展規(guī)律，建立人工智能內(nèi)容體系，明確不同學(xué)段的學(xué)生應(yīng)該學(xué)什么內(nèi)容。高中階段，學(xué)生具有一定的信息化基礎(chǔ)，具備一定的獨立思考、問題解決、實踐和創(chuàng)新創(chuàng)造能力，可以依據(jù)認識、體驗、理解、創(chuàng)新創(chuàng)造的認知規(guī)律設(shè)計人工智能內(nèi)容體系。梳理高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)“人工智能初步”模塊的內(nèi)容要求，結(jié)合人工智能課程提升學(xué)生的基本人工智能素養(yǎng)目標(biāo)，可以對高中人工智能課程內(nèi)容進行如下建構(gòu)，如表1所示。

3.厘清人工智能課程目標(biāo)、內(nèi)容與人才培育關(guān)系

根據(jù)我國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)以培養(yǎng)“全面發(fā)展的人”為核心，分為文化基礎(chǔ)、自主發(fā)展、社會參與三個維度，綜合表現(xiàn)為人文底蘊、科學(xué)精神、學(xué)會學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實踐創(chuàng)新等六大素養(yǎng)的學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)框架，筆者對高中人工智能課程內(nèi)容進行梳理，并基于三個維度、六大素養(yǎng)大致劃分教學(xué)內(nèi)容，同時結(jié)合關(guān)鍵能力培養(yǎng)要求，提出了對應(yīng)關(guān)系的架構(gòu)（如下頁圖1），以期更好地踐行指向核心素養(yǎng)的智慧型人才培養(yǎng)。

融合綜合實踐活動，踐行智慧型人才培養(yǎng)

當(dāng)前，高中實施人工智能教育面臨課時、師資、軟硬件環(huán)境等諸多挑戰(zhàn)。研究發(fā)現(xiàn)，綜合實踐活動作為國家必修課程有遠遠高于信息技術(shù)必修課的課時，課程內(nèi)容是學(xué)校和教師基于學(xué)生發(fā)展的實際需求去設(shè)計活動主題和具體內(nèi)容，其實施方式主要是在教師組織指導(dǎo)下，學(xué)生充分利用校內(nèi)外資源進行自主、合作、探究學(xué)習(xí)，對教師的學(xué)科知識專業(yè)性要求大大降低。因此，基于學(xué)校培養(yǎng)學(xué)生人工智能素養(yǎng)的教育需求，采取綜合實踐活動方式開展人工智能教育，可以緩解課時、師資及軟硬教學(xué)資源不足等問題，從普及人工智能教育角度來說具有很強的現(xiàn)實意義和實踐操作性。

1.建構(gòu)融合型的人工智能主題綜合實踐活動實施框架

根據(jù)上文對高中實施人工智能教育的分析，結(jié)合高中信息技術(shù)“人工智能初步”模塊學(xué)業(yè)要求，融合信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)與綜合實踐活動課程目標(biāo)，筆者融合信息技術(shù)課程網(wǎng)絡(luò)信息檢索方法與綜合實踐活動課程考察探究、設(shè)計制作、職業(yè)體驗等活動方式，開展人工智能主題綜合實踐活動單元教學(xué)實踐，建構(gòu)了如圖2所示的人工智能主題綜合實踐活動實施框架，以期讓學(xué)生在親歷和體驗中建構(gòu)人工智能知識，逐步提升基本的人工智能素養(yǎng)。

2.開展人工智能主題綜合實踐活動單元教學(xué)

基于人工智能主題綜合實踐活動實施框架，筆者進行了基于單元教學(xué)方式的教學(xué)活動設(shè)計（如下頁表2），并開展了教學(xué)實踐。

（1）網(wǎng)絡(luò)檢索，初識人工智能

由于人工智能領(lǐng)域的前沿性（技術(shù)發(fā)展快速更迭）和特殊性（有別于其他有長期積累的傳統(tǒng)學(xué)科知識），網(wǎng)絡(luò)檢索成為師生獲取相關(guān)知識的共同的、重要的途徑。面對人工智能師資隊伍還不成熟的客觀現(xiàn)實，教師可充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮其主觀能動性開展人工智能信息檢索活動，指導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源和數(shù)字化學(xué)習(xí)工具而不是親自講授（傳授）人工智能知識，讓學(xué)生親歷獲取人工智能知識的過程與方法，這是一種可行的教學(xué)方式。在活動實施過程中，學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，教師主要起主導(dǎo)學(xué)習(xí)任務(wù)規(guī)劃與推進實施的作用。本單元可以人工智能是什么、人工智能有哪些應(yīng)用、人工智能時代人類怎么學(xué)習(xí)三個活動分層遞進實施。通過本單元學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)會通過網(wǎng)絡(luò)媒體獲取信息，形成對人工智能的定義、發(fā)展、技術(shù)、應(yīng)用及價值等基礎(chǔ)知識的初步印象，同時也會產(chǎn)生進一步探究運用人工智能解決學(xué)習(xí)、生活、生產(chǎn)等問題的興趣和積極性，主動自適應(yīng)未來學(xué)習(xí)與建構(gòu)人工智能知識，有利于提升信息意識和認知能力。

（2）考察探究，理解人工智能

學(xué)習(xí)人工智能知識，不能只通過網(wǎng)絡(luò)或書刊搜集資料而回避或者遠離學(xué)生生活實際，特別是在學(xué)校軟硬件條件有限的情況下，教師要充分利用校外、社區(qū)、企業(yè)等資源，為學(xué)生構(gòu)建開放的人工智能學(xué)習(xí)環(huán)境，組織學(xué)生開展觀察、實地考察、調(diào)查、實驗（體驗）等活動去探尋人工智能應(yīng)用，讓學(xué)生在獲得親身參與研究體驗的過程中，感受科學(xué)探究的快樂與成長。本單元可分三個階段六個關(guān)鍵要素設(shè)計成探尋人工智能應(yīng)用研究性學(xué)習(xí)和研究性學(xué)習(xí)成果交流兩個活動進行實施。

下面以“探尋機器翻譯應(yīng)用”為例進行簡要說明。①活動一（研究性學(xué)習(xí)）：探尋機器翻譯應(yīng)用研究。首先，教師指導(dǎo)學(xué)生針對探尋機器翻譯應(yīng)用的學(xué)習(xí)目標(biāo)，提出解決問題的想法或思路，學(xué)生制訂研究計劃與方案。然后，教師組織學(xué)生按方案采取行動，通過查閱文獻資料、觀察、問卷、訪談、體驗等途徑，獲取機器翻譯應(yīng)用所需要的資料信息。最后，學(xué)生對搜集到的資料信息進行組織和加工處理，得出機器翻譯應(yīng)用相關(guān)結(jié)構(gòu)，并形成研究性學(xué)習(xí)報告。此活動可分成四個任務(wù)分步實施：提出問題，設(shè)計研究方案;調(diào)查研究，獲取應(yīng)用證據(jù);體驗應(yīng)用，解釋翻譯原理;總結(jié)梳理，撰寫研究報告。②活動二（成果交流）：研究性學(xué)習(xí)成果交流與展示。教師組織學(xué)生通過海報、板報、演示文稿、表演、音視頻等多種方式呈現(xiàn)與展示研究性學(xué)習(xí)的主要結(jié)論和心得體會，并進行交流討論。學(xué)生整理最終研究成果及過程素材，制作小組學(xué)習(xí)檔案，供教師、家長及同伴做出多元評價。本單元的考察探究活動，讓學(xué)生在小組合作中經(jīng)歷信息收集、信息管理以及創(chuàng)新數(shù)字化作品等學(xué)習(xí)過程，使學(xué)生適應(yīng)了數(shù)字化學(xué)習(xí)環(huán)境，樹立了數(shù)字化學(xué)習(xí)意識，增強了信息加工與表達的能力，建構(gòu)了人工智能應(yīng)用領(lǐng)域、場景和技術(shù)等智能知識，有利于培養(yǎng)學(xué)生信息意識、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新等信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)，提高合作能力。

（3）設(shè)計制作，創(chuàng)意人工智能

高中階段開展人工智能教育，應(yīng)區(qū)別于小學(xué)、初中階段的基本層面的了解和體驗，可基于真實情境與問題解決，開展編程、機器人制作、數(shù)據(jù)分析案例或項目，以便更加深刻地理解人工智能的基本概念和工作原理，能夠用人工智能技術(shù)進行創(chuàng)意表達，提升學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造和計算思維能力，以及智能素養(yǎng)。教師可采用分層教學(xué)開展人工智能創(chuàng)意設(shè)計制作活動。面向全體學(xué)生可以開展體驗用人工智能開發(fā)或創(chuàng)作工具進行簡單數(shù)字化作品創(chuàng)作活動，而對于有興趣、愛鉆研的學(xué)生群體，則可增加利用開源人工智能框架，搭建人工智能應(yīng)用場景解決方案、制作人工智能機器人、人工智能編程等簡單的人工智能應(yīng)用模塊。本單元按基礎(chǔ)篇和進階篇分層設(shè)計體驗人工智能開發(fā)工具（如在線制作詞云）和編程人工智能創(chuàng)意（如編程制作詞云）表達兩類活動，完成基礎(chǔ)篇任務(wù)之后，學(xué)生可按需選擇參與進階篇活動。本單元的設(shè)計制作活動，讓學(xué)生初步了解通過編程實現(xiàn)人工智能創(chuàng)意的過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維、實踐能力和創(chuàng)新能力，培養(yǎng)學(xué)生智能素養(yǎng)。

（4）職業(yè)體驗，體悟人工智能

新高考改革，教育關(guān)注轉(zhuǎn)向?qū)W生個人的未來發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)習(xí)與社會及職業(yè)選擇連接起來，學(xué)生生涯規(guī)劃教育和培養(yǎng)學(xué)生職業(yè)能力成為新課改的重要內(nèi)容。面對人工智能迅猛發(fā)展帶來的社會變革和未來職業(yè)變遷，學(xué)生主動提前了解未來職業(yè)意義重大。對于本單元活動，教師可組織學(xué)生開展職業(yè)論壇等活動，學(xué)生可利用課余或寒暑假空閑時間開展崗位體驗實踐活動，在體驗中深刻感悟人工智能技術(shù)及應(yīng)用。本單元從職業(yè)體驗角度開展學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生體驗人工智能職業(yè)角色，增強實踐能力和利用智能技術(shù)服務(wù)人類發(fā)展的責(zé)任感，有利于培養(yǎng)學(xué)生信息意識、信息社會責(zé)任等信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)和職業(yè)能力，形成智能情意和智能倫理。

3.融入綜合素質(zhì)評價開展學(xué)習(xí)評價

人工智能課程具有很強的實操性，學(xué)生經(jīng)歷學(xué)習(xí)的過程就是評價的重要依據(jù)，學(xué)校可以采用電子作品檔案袋、學(xué)習(xí)平臺記錄表等技術(shù)手段記錄學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況。教師可從智能知識與智能技能的掌握、智能情意與智能倫理的表現(xiàn)等維度，結(jié)合課程內(nèi)容修習(xí)的目標(biāo)達成設(shè)計評價內(nèi)容，建立如表3所示的評價量表，組織開展表現(xiàn)性評價和檔案袋評價等多形式的、師生都參與的多環(huán)節(jié)評價活動。

學(xué)習(xí)活動結(jié)束后，教師還可組織學(xué)生對主題綜合實踐活動過程所做、所思、所獲進行全面梳理與回顧，整理出有價值的資料，遴選具有代表性的重要活動記錄、典型事實材料以及其他有關(guān)資料，結(jié)合高中學(xué)生綜合素質(zhì)評價內(nèi)容要求進行歸檔，記入學(xué)生綜合素質(zhì)評價檔案，為高校招生錄取提供參考。

總之，在高中實施人工智能教育，可以幫助學(xué)生養(yǎng)成人工智能價值體認、智能社會責(zé)任擔(dān)當(dāng)、智能技術(shù)解決問題和智能產(chǎn)品創(chuàng)意物化等意識和能力，形成和提升基本的人工智能素養(yǎng)，具備適應(yīng)智能時代發(fā)展的必備品格與關(guān)鍵能力。這是順應(yīng)智能時代發(fā)展人才培養(yǎng)和踐行國家實施全民智能教育戰(zhàn)略的學(xué)校主渠道實踐，可以有效促進基礎(chǔ)教育與高等教育人工智能人才培養(yǎng)的銜接，加速為高校輸送人工智能人才。當(dāng)前，學(xué)校人工智能教育還處于起步探索階段，還有許多問題亟待解決，期待有更多學(xué)者和一線教育工作者開展這方面的研究與實踐。

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