指向智能素養培育的小初高貫通人工智能項目式課程設計

隨著科技的飛速發展，人工智能已成為推動社會進步和國家富強的重要力量。教育領域應跟上時代的發展趨勢，著力培養學生的人工智能素養，以適應未來社會。2017年，國務院《新一代人工智能發展規劃》指出，要“完善人工智能教育體系，加強人才儲備和梯隊建設”“實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程”^[1]。2018年，教育部《高等學校人工智能創新行動計劃》提到“在中小學引入人工智能普及教育”^[2]。2024年11月，教育部辦公廳發布《關于加強中小學人工智能教育的通知》，要求構建系統化課程體系、實施常態化教學與評價、開發普適化教學資源等^[3]，計劃2030年前在中小學基本普及人工智能教育。

在中小學開展人工智能教育，提高學生人工智能素養，進行小初高貫通式培養是較好的途徑。本文以十二年制公辦學校首都師范大學附屬回龍觀育新學校為例，對此進行了設計與實施。學校面向全體學生開展人工智能教育，在每個年級的信息科技課程教學中均開展人工智能項目式學習。依據《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》，各年級在完成規定模塊學習任務的基礎上，特別引入與人工智能相關的問題情境，引導學生進行與課程模塊相關的人工智能項目實踐，旨在讓學生在掌握信息科技基礎知識的同時，深入理解人工智能的學科方法和思想，從而有效提升學生的智能素養。

一、不同學段智能素養培養要求

學科育人的本質在于培育學生樹立健全的價值觀，塑造必備的道德品質，發展關鍵技能。這一切都凝聚在核心素養之中。《中小學人工智能課程指南》提出，中小學人工智能核心素養由智能意識、智能思維、智能應用與創造、智能社會責任四個核心要素構成^[4]。智能意識是對人工智能的敏感度、理解力和價值判斷；智能思維是運用人工智能技術方法形成問題解決方案過程中產生的思維；智能應用與創造是將智能技術應用于實踐并創造新知的能力；智能社會責任是在社會中使用人工智能技術的責任感和使命感。

最新修訂的《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》^[5]和《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》^[6]中已有對人工智能的教學要求，提取這些內容，按上述智能素養進行梳理，可得到課程標準中關于小初高貫通的人工智能素養培養要求（掃碼見表1）。

二、人工智能項目式課程體系設計原則

（一）課程模式：貫通與整合

小初高貫通的人工智能課程應圍繞上述智能素養，以學科內整合、跨學科整合等多種方式設計，從而實現課程體系的整體優化。同時，應基于學生發展的階段性，針對小學、初中、高中不同學段學生分別設計人工智能課程，螺旋式提升學生智能素養。小學階段學生主要以感受、了解人工智能為主；初中階段學生要親身體驗人工智能，能利用人工智能解決生活中的簡單問題^[7]；高中階段學生進入創新層面，要學會利用人工智能API（應用程序接口）、SDK（軟件開發工具包）、應用平臺等工具，創新性地開發實用的人工智能產品，以解決學習和生活中的實際問題^[8]。

（二）課程實踐活動：自主性、多樣性、優勢性

人工智能課程應突出實踐活動內容，以適應學生的學習規律，提高其學習興趣與成效。人工智能課程實踐活動的設計要體現自主性、多樣性和優勢性。自主性是指在實踐活動的設計中培養學生的獨立性和主動性。教師要通過設計基于真實問題情境的項目活動，以學生為中心，以項目活動為載體，引導學生質疑、調查、探究，體驗真實的工作模式和思考方式，促進學生自主性學習。多樣性是指借助多樣的實踐活動形式和學習資源，支撐人工智能課程的開發及主題學習的有效達成，關注個體差異，滿足不同學生的學習需求。優勢性是指人工智能課程實踐活動的設計要發掘和展示每位學生自身的優勢，幫助學生優勢更顯著、特色更突出，以成就感激發學生的學習動力。

（三）課程重點：堅持創新性原則

創造力是人工智能時代人區別于機器的核心能力。課程內容應滲透、體現、引入人工智能的前沿技術與發展趨勢，引導學生學習人工智能的基礎原理與技能，體現課程的前沿性、時代性、動態性。人工智能課程要通過教學內容和形式的創新，激發學生的創造力，鼓勵學生積極參與并投入創新實踐，生產出新穎且有價值的成果，并逐步讓學生的創新思維成為常態，從而提升學生智能創新能力。

三、人工智能項目式課程體系設計與實施

學校利用信息科技課開展小初高貫通人工智能項目式課程，將人工智能教育融入信息科技課程的日常教學之中。各年級在完成模塊學習任務的同時，在信息科技課上引入與人工智能相關的真實問題并創設情境，引導學生感悟人工智能學科的方法與思想，拓展課程內容的廣度、深度和問題情境的復雜度，從而提升學生的智能素養。

遵循上述課程設計原則，學校從小學到高中，在各個年級信息科技課程模塊中融入人工智能主題，設計出如圖1所示的小初高貫通人工智能項目式課程體系。

（一）小學階段

1.三年級：我的智能生活

三年級的信息科技課程聚焦于網絡學習與日常生活主題，培育學生通過網絡解決問題的技能，因此可以開展“我的智能生活”主題項目學習，如在線翻譯、聽歌識曲、人臉識別、語音識別、AI繪畫、AI寫詩、AI聊天等。學生通過體驗豐富多樣的人工智能技術，不僅可以培養他們利用在線方式解決問題的能力，還能提升他們網絡環境下用人工智能工具解決問題的智能知識與技能。通過體驗生活中常見的人工智能應用，學生可以認識到人工智能給學習和生活帶來的便利，提升智能意識。學生通過小組討論暢想未來人工智能產品的功能和外觀，可以激發他們的智能創新意識。

2.四年級：預測學習成績的人工智能

四年級信息科技課程聚焦于數據與編碼，讓學生理解數據在現代信息交流中的核心價值，引導學生關注數據安全。在此基礎上，教師可以開展“預測學習成績的人工智能”項目學習。學生以“什么因素影響學生成績”展開討論和想象，通過問卷調查、數據分析探究影響學習成績的因素，繪制影響學生學習成績數據的思維導圖；基于數字用戶畫像設計預測學習成績的人工智能產品界面及其數據處理流程，開展智能創新，提升數據意識；借助人工智能平臺開展實驗，探究“錯誤的數據標簽會有什么后果”，從而發現數據對預測的影響，理解數據是人工智能的三大技術基礎之一；圍繞“用戶數據安全嗎”開展頭腦風暴，重視數據安全與用戶隱私，了解人工智能帶來的倫理與安全挑戰，增強學生的自我判斷意識和責任感，提升學生的智能倫理和數據安全意識。

3.五年級：聰明的人工智能

五年級信息科技課程聚焦于身邊的算法，培養學生形成設計與分析簡單算法的能力。在此基礎上，教師可以開展“聰明的人工智能”項目。教師通過黑箱探究實踐方式，讓學生用可視化編程工具開發簡單的人工智能作品，不僅可以幫助學生形成設計與分析簡單算法的能力，還能幫助學生理解算法是人工智能的三大技術基礎之一，提升學生用人工智能技術設計簡單作品解決問題的智能意識以及相關的知識與技能，激發學生智能創新。

4.六年級：我的智能控制系統

六年級信息科技課程聚焦于過程與控制，旨在引導學生理解生活中普遍存在的各類過程與控制機制。因此，在五年級“聰明的人工智能”基礎上，教師可以使用“輸入—智能計算—輸出”的計算模式，將人工智能技術應用到過程與控制系統中，開展“我的智能控制系統”項目，使學生不僅理解反饋系統實現過程與控制的原理，還能合理地將人工智能技術應用到控制系統中，提升學生的智能意識和知識技能。在項目設計中，教師引導學生關注人工智能安全問題，關注在保障智慧社會安全發展中自主可控技術的必要性。

（二）初中階段

1.七年級：AIGC助力視頻制作

七年級信息科技課程聚焦于互聯網應用與創新，培育學生借助互聯網基礎設施和計算思維技巧來解決學習及日常生活中難題的能力。教師可以讓學生體驗生成式人工智能技術助力視頻制作，感受信息處理的巨大進步和應用潛力，關注人工智能的發展趨勢。教師通過組織學生思考和討論生成式人工智能帶來的安全問題，讓學生認識人工智能對人類社會未來發展的巨大價值和潛在威脅，了解人工智能帶來的倫理與安全挑戰，增強學生對人工智能的自我判斷意識和責任感，學會與人工智能良好共處。

2.八年級：能聽會說的物聯網

八年級信息科技課程聚焦于物聯網實踐與探索。學生通過設計和構建簡易的物聯網系統了解物聯網在數據搜集、分析和反饋調節等核心功能方面的應用。“能聽會說的物聯網”項目在應用層實現用語音與物聯網開展人性化交互，通過“原理揭示實踐”讓學生探究語音識別與語言合成的原理，通過“AI硬件設計實踐”讓學生發揮創意，使用語音識別、語音合成實現人性化交互，感知物聯網與人工智能的關系，提升學生的智能素養。

（三）高中階段

高中必修模塊以數據、算法、信息系統、信息社會為學科大概念，培養學生成為數字化時代的合格公民。在高中必修二的“信息系統與社會”模塊開展“班級人臉識別簽到系統”項目，學生以“信息系統”為大概念展開學習，在學習信息系統的組成與應用的同時，通過“原理揭示實踐”項目實現用人臉識別功能搭建簡單的班級人臉識別簽到系統，認識人工智能對社會的價值和潛在威脅，提升學生智能素養。

四、實施效果

在實施過程中，學生對人工智能主題的學習內容表現出較高的興趣和熱情，在課堂上積極參與互動，取得符合課程設計目標的學習效果。

以八年級課程為例，教師設計了學生自評量表，了解學生的學習效果。自評量表主要通過智能素養的四個方面讓學生進行自評，回收有效量表212份。量表針對智能意識設計三道題目對學生進行調查。調查數據表明，96%的學生認為課程讓自己更加關注人工智能技術在生活中的應用；92%的學生表示通過此次學習，在以后解決問題時會主動使用人工智能技術；97%的學生期待有更多通過語音與機器進行交互的場景。關于培養學生智能倫理，98%的學生在人工智能采集信息時知道要保護自己和他人的隱私，不能濫用信息。在智能知識與技能方面，92%的學生表示能夠理解課上知識，了解語音識別的原理；90%的學生能夠了解語音合成的原理。在智能技能方面，98%的學生能夠在活動中與組員合作完成語音識別的探究任務；86%的學生能夠在作品制作活動中實現自己的想法或創意；87%的學生表示能夠向大家解釋語音識別的原理，展示所實現的語音識別系統；95%的學生在遇到問題時能通過探究找到解決辦法。智能創新方面，有學生提出將聲音變文字，可以幫助聽障人士獲取說話人的信息；有學生為視障人士開發語音輔助設備，如語音導航眼鏡、語音識別閱讀器等，幫助他們更好地生活和學習。從問卷總體上看，人工智能項目的實施能夠幫助學生提升他們的智能素養。

五、結論

本文介紹了學校面向全體學生開展人工智能教育的做法，即以課標為依據，確立人工智能素養培養要求，確定課程設計原則，相應設計出小初高貫通的人工智能項目式課程體系，并在十二年制學校中進行了全面實施。實施結果顯示，本課程體系能夠有效激發學生對人工智能學習的興趣和對人工智能安全問題的關注，增強學生智能意識和智能社會責任，加深學生對人工智能原理的理解，提升學生應用人工智能的技能，為學生的智能創新打下基礎。

注：本文系北京市教育科學“十四五”規劃2022年度一般課題“小初高一體化提升學生智能素養的實踐研究”（CDDB22438）的階段性研究成果。

參考文獻

[1]國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知[EB/OL].（2017-07-08）[2024-07-06].https：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[2]教育部關于印發《高等學校人工智能教育創新行動計劃》的通知[EB/OL].（2019-05-20）[2024-07-06].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s7062/201804/t20180410_332722.html.

[3]教育部.教育部部署加強中小學人工智能教育[EB/OL].（2024-12-02）[2024-12-20].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202412/t20241202_1165500.html.

[4]中小學人工智能課程指南課題組，江波.中小學人工智能課程指南[J].華東師范大學學報（教育科學版），2023（3）：121-134.

[5]中華人民共和國教育部.義務教育信息科技課程標準：2022年版[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[6]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準：2017年版[S].北京：人民教育出版社，2018.

[7][8]侯賀中，王永固.人工智能時代中小學生智能素養框架構建及其培養機制探討[J].數字教育，2020（6）：50-55.

（作者冷曉莉系首都師范大學附屬回龍觀育新學校信息科技教師；劉峽壁系北京理工大學計算機學院教授、博士生導師；趙玉峰系首都師范大學附屬回龍觀育新學校執行校長；崔紅學系首都師范大學附屬回龍觀育新學校科技創新中心副主任）

責任編輯：牟艷娜