解析中小學(xué)人工智能課程：從內(nèi)容體系到實踐取徑

人工智能作為第四次工業(yè)革命的重要驅(qū)動力和關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)了各行業(yè)系統(tǒng)性、深層次變革，成為各個國家社會改革和人才競爭的關(guān)鍵力量，人工智能教育也日益成為各國政府布局未來發(fā)展的核心戰(zhàn)略設(shè)計。就當(dāng)前我國中小學(xué)人工智能課程建設(shè)來說，在實踐推進(jìn)中還存在以下問題——

首先，人工智能課程國家課標(biāo)體系還不完善。目前，只有在初中信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)和高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)涉及人工智能課程內(nèi)容，小學(xué)階段則還缺乏課程標(biāo)準(zhǔn)的引導(dǎo)，不利于人工智能教育普及；另一方面，人工智能教材缺乏一致性，中小學(xué)采用的人工智能教材多由各地、各出版社、各校自行編寫，編寫主體多元但缺少統(tǒng)一規(guī)范，導(dǎo)致教材內(nèi)容與質(zhì)量參差不齊。其次，人工智能課程知識內(nèi)容及其學(xué)習(xí)設(shè)計有待進(jìn)一步提升。當(dāng)前的人工智能課程重視技能訓(xùn)練，輕視學(xué)生智能素養(yǎng)培育；課程內(nèi)容知識成人化，不符合中小學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)和心理特點(diǎn)；課程知識碎片化，沒有有效形成小、初、高螺旋上升的知識體系。最后，人工智能課程實踐路徑不明晰。目前中小學(xué)人工智能課程實施路徑多元，大多基于信息科技課程、校本課程或社團(tuán)課開展，即便有少數(shù)學(xué)校專門開設(shè)了人工智能課程，也并沒有面向所有學(xué)段全部學(xué)生，人工智能課程實踐校際差異大。此外，一些學(xué)校對人工智能課程實踐理解存在偏差，如認(rèn)為創(chuàng)客、機(jī)器人、編程、STEAM課程等就是人工智能課程。

基于此，本文嘗試剖析人工智能課程內(nèi)容的具體指向，為廣大中小學(xué)提供課程設(shè)計思路、明晰課程實踐路徑。

中小學(xué)人工智能課程的內(nèi)容指向

同頻時代發(fā)展。科技日新月異，教育工作者須緊跟時代發(fā)展趨勢，密切關(guān)注人工智能領(lǐng)域最新動態(tài)和前沿技術(shù)，并及時將其融入課程與教學(xué)。多元化的課程內(nèi)容和課程資源獲取更加及時、快捷和高效，尤其是生成式人工智能技術(shù)，如文心一言、Kimi、豆包、訊飛星火等大語言模型及其應(yīng)用的出現(xiàn)，使師生能依據(jù)自身需求快速生成個性化課程內(nèi)容，師生與智能體交互也促使課程內(nèi)容伴隨式生成。因此，應(yīng)在中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容中融入人工智能領(lǐng)域的前沿知識和應(yīng)用案例，這不僅可以讓學(xué)生了解人工智能技術(shù)的最新發(fā)展方向，還能培養(yǎng)其對新興技術(shù)的敏感性和適應(yīng)性，使其能更好地在智能社會中健康成長。

聚焦智能素養(yǎng)。中小學(xué)人工智能課程建設(shè)應(yīng)以提升中小學(xué)生智能素養(yǎng)為宗旨，包含智能意識、智能思維、智能應(yīng)用與創(chuàng)造以及智能社會責(zé)任這四個核心要素。它們是中小學(xué)生在接受人工智能教育過程中，逐步形成的有關(guān)人工智能知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀的綜合表現(xiàn)。

具體來說，在智能意識方面，課程應(yīng)聚焦在學(xué)生對不同場景中人工智能應(yīng)用情況的判斷，例如區(qū)分人類智能與機(jī)器智能，知曉人工智能發(fā)展歷史、基本分類與概念，理解其有限替代作用、優(yōu)勢與缺陷及其未來發(fā)展方向。在智能思維方面，課程應(yīng)聚焦在學(xué)生對于人工智能核心理念的理解，比如能在學(xué)習(xí)任務(wù)里運(yùn)用相關(guān)概念以界定、分析問題，用合適方法處理數(shù)據(jù)、提取特征，經(jīng)判斷、分析、實驗選取或創(chuàng)造正確算法形成方案，同時能總結(jié)利用人工智能解決問題的過程與方法，并將其遷移至其他領(lǐng)域同類問題。在智能應(yīng)用與創(chuàng)造方面，課程應(yīng)聚焦在學(xué)生對人工智能技術(shù)相關(guān)優(yōu)勢與局限的認(rèn)識，例如用人工智能技術(shù)優(yōu)化實踐并開展創(chuàng)造性活動。在智能社會責(zé)任方面，課程應(yīng)聚焦于學(xué)生對人工智能所起作用的理解，以及對數(shù)據(jù)和算法偏見所產(chǎn)生影響的認(rèn)識，如形成數(shù)據(jù)安全意識與能力，關(guān)注技術(shù)創(chuàng)新對社會的影響，對相關(guān)新觀念和新事物持積極態(tài)度并具備理性判斷與責(zé)任行動能力等。

迭代知識體系。中小學(xué)人工智能課程建設(shè)的核心是對人工智能知識的選擇與組織，學(xué)生能否有效理解并創(chuàng)新應(yīng)用其所學(xué)內(nèi)容，取決于其是否掌握完備的知識體系。鑒于時代發(fā)展性，中小學(xué)人工智能課程知識體系應(yīng)具備以下特征——

一是科學(xué)性，課程知識要符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，且不能出現(xiàn)科學(xué)性錯誤；二是系統(tǒng)性，課程知識應(yīng)貫通小學(xué)、初中和高中各階段，呈現(xiàn)螺旋式上升的知識邏輯，涵蓋人工智能基本概念、原理、倫理和應(yīng)用等方面，從基礎(chǔ)到進(jìn)階，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)；三是動態(tài)發(fā)展性，課程知識應(yīng)兼顧前沿型、應(yīng)用型和創(chuàng)新型知識的融合，依據(jù)人工智能技術(shù)進(jìn)展而動態(tài)發(fā)展。只有兼具以上特征，人工智能課程才能讓學(xué)生基于明晰的知識體系，在“做中學(xué)”建構(gòu)知識、在“用中學(xué)”內(nèi)化素養(yǎng)，在“創(chuàng)中學(xué)”提升能力。

面向?qū)W科整合。從人工智能自身屬性來看，其與數(shù)學(xué)、物理、計算機(jī)科學(xué)、心理學(xué)等眾多學(xué)科緊密相關(guān)。從學(xué)生智能素養(yǎng)培養(yǎng)來看，單一課程的內(nèi)容不足以支撐學(xué)生智能素養(yǎng)的有效培養(yǎng)，因此需要融合其他課程內(nèi)容協(xié)同發(fā)力。中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容應(yīng)充分體現(xiàn)跨學(xué)科融合特性，促進(jìn)跨學(xué)科知識的交叉與融合。在設(shè)計課程內(nèi)容時，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用多學(xué)科知識理解人工智能問題，如利用數(shù)學(xué)知識理解算法原理，借助物理學(xué)理論理解傳感器工作機(jī)制等。通過跨學(xué)科學(xué)習(xí)，能夠拓寬學(xué)生的知識視野，培養(yǎng)其綜合運(yùn)用系統(tǒng)性知識解決復(fù)雜問題的能力。

中小學(xué)人工智能課程的內(nèi)容設(shè)計

以主題概念建構(gòu)中小學(xué)人工智能課程體系。學(xué)科主題概念是學(xué)科核心知識的重要體現(xiàn)，具有相對穩(wěn)定性、共識性和統(tǒng)領(lǐng)性特征，涵蓋了學(xué)科知識的邏輯架構(gòu)及綜合應(yīng)用方法。面對當(dāng)前人工智能課程知識復(fù)雜化、碎片化問題，學(xué)科主題概念提供了有效的解決思路，它能夠整合碎片化知識，為學(xué)生提供具有邏輯性和連貫性的知識框架，避免出現(xiàn)“知識迷航”現(xiàn)象。

有關(guān)中小學(xué)人工智能課程主題概念，經(jīng)過近些年的發(fā)展，國內(nèi)外相關(guān)政策文件或研究給出了日益明確的定位——

2020年，教育部發(fā)布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》提到，選擇性必修課程中的“人工智能初步”模塊包括人工智能基礎(chǔ)、簡單人工智能應(yīng)用模塊開發(fā)、人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用三部分內(nèi)容。

2021年，中國教育學(xué)會中小學(xué)信息技術(shù)教育專業(yè)委員會發(fā)布的《中小學(xué)人工智能課程開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》指出，小初階段人工智能課程內(nèi)容應(yīng)涵蓋人工智能與社會、人工智能與人類智能、人工智能原理與技術(shù)。

2021年，中央電化教育館發(fā)布的《中小學(xué)人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》指出，在小初高階段應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生人工智能與人類、人工智能與社會、人工智能技術(shù)、人工智能系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)四個方面的內(nèi)容。

2022年，教育部發(fā)布的《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》提到，初中階段“人工智能與智慧社會”模塊包括三部分內(nèi)容：人工智能的基本概念和常見應(yīng)用，人工智能的實現(xiàn)方式，智慧社會下人工智能的倫理、安全與發(fā)展。

2022年，北京師范大學(xué)未來教育高精尖創(chuàng)新中心、騰訊開展合作，圍繞“人工智能知識體系與項目實踐”進(jìn)行人工智能課程開發(fā)，所涉及的內(nèi)容包括智能設(shè)備初識、數(shù)據(jù)與編碼、基礎(chǔ)算法、過程與控制、人工智能的基礎(chǔ)與實現(xiàn)、人工智能的應(yīng)用與倫理等。

2023年，華東師范大學(xué)、上海人工智能實驗室聯(lián)合發(fā)布的《中小學(xué)人工智能課程指南》指出，小初高階段人工智能課程內(nèi)容包括人工智能概念與歷史、人工智能應(yīng)用與技術(shù)、人工智能感知與數(shù)據(jù)、人工智能方法與實現(xiàn)、人工智能倫理與社會。

2024年，聯(lián)合國教科文組織發(fā)布的《學(xué)生人工智能能力框架》指出，小初高階段學(xué)生應(yīng)具備的關(guān)鍵能力包括以人為本的人工智能觀念、人工智能倫理、人工智能底層技術(shù)和應(yīng)用、人工智能系統(tǒng)設(shè)計。

通過對比、梳理上述各文件中有關(guān)人工智能的內(nèi)容可知，經(jīng)過這些年的發(fā)展，中小學(xué)人工智能課程主題概念正逐步明晰，為中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容設(shè)計提供了參考經(jīng)緯。我們可將這些主題概念作為邏輯出發(fā)點(diǎn)，以螺旋上升方式貫通設(shè)計中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容體系。

基于學(xué)生認(rèn)知特征設(shè)計人工智能課程。中小學(xué)人工智能教育要依據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特征，分層、系統(tǒng)地推進(jìn)人工智能課程建設(shè)。

小學(xué)階段：小學(xué)生的認(rèn)知處于由具體形象思維向抽象邏輯思維過渡的階段，對新鮮、有趣的學(xué)習(xí)內(nèi)容充滿好奇。低年級時以具體形象思維為主，隨著年級升高，逐漸向抽象邏輯思維過渡。小學(xué)階段人工智能課程目標(biāo)應(yīng)強(qiáng)調(diào)“感知”和“體驗”，課程內(nèi)容應(yīng)定位為“基礎(chǔ)課程”。低年級段應(yīng)側(cè)重感知體驗，通過展示有趣的人工智能應(yīng)用實例，如智能語音助手、圖像識別游戲等，讓學(xué)生直觀感受人工智能的魅力，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣。高年級段則應(yīng)在感知體驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生通過模仿簡單的人工智能案例，如利用編程工具實現(xiàn)簡易的智能分類程序，初步理解人工智能的基本原理和應(yīng)用場景，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

初中階段：初中生開始具備抽象邏輯思維以及假設(shè)、演繹推理能力。初中階段人工智能課程目標(biāo)應(yīng)強(qiáng)調(diào)“理解”和“應(yīng)用”，課程內(nèi)容應(yīng)定位為“進(jìn)階課程”。課程需著重讓學(xué)生理解物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與人工智能的關(guān)系，使他們認(rèn)識到這些技術(shù)相互支撐、共同推動社會發(fā)展的作用。例如通過實踐項目，使學(xué)生了解智能家居系統(tǒng)里物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備采集數(shù)據(jù)的方式、大數(shù)據(jù)技術(shù)處理與分析數(shù)據(jù)的過程以及理解人工智能算法依據(jù)數(shù)據(jù)展開智能決策的原理。同時，引導(dǎo)學(xué)生正確對待人工智能帶來的倫理與安全挑戰(zhàn)，培養(yǎng)其在技術(shù)應(yīng)用中的責(zé)任意識和道德觀念。

高中階段：高中生的抽象邏輯思維更為成熟。因此，高中階段人工智能課程目標(biāo)應(yīng)強(qiáng)調(diào)“創(chuàng)新”和“發(fā)展”，課程內(nèi)容應(yīng)定位為“創(chuàng)新課程”。課程應(yīng)側(cè)重于讓學(xué)生深入描述人工智能的特征，并能夠利用開源框架搭建相對復(fù)雜的智能系統(tǒng)，如開發(fā)一個基于深度學(xué)習(xí)的圖像識別應(yīng)用或自然語言處理聊天機(jī)器人。此外，要讓學(xué)生了解人工智能領(lǐng)域的最新進(jìn)展，關(guān)注國際前沿研究成果，并能客觀分析智能技術(shù)對社會的影響，包括就業(yè)結(jié)構(gòu)、社會倫理、文化傳播等方面，從而培養(yǎng)其獨(dú)立思考和批判性思維能力。

中小學(xué)人工智能課程的實踐取徑

在實際開展人工智能課程時，需要基于不同學(xué)生的群體定位采用不同的課程實踐方式，建議分層實施，以多層次發(fā)展學(xué)生智能素養(yǎng)，如面向所有學(xué)生群體，應(yīng)開設(shè)人工智能普適性課程，采用信息科技和校本課程相結(jié)合的方式。信息科技課程作為國家課程，是每個學(xué)生必學(xué)的內(nèi)容，也是學(xué)生們學(xué)習(xí)人工智能知識的主要方式，但目前人工智能課程知識體系并不完善，課程內(nèi)容也存在一定的滯后性，因此需要與校本課程相融合，從而提高人工智能課程的系統(tǒng)性與前沿性。學(xué)校的人工智能校本課程可整合已有的國家和區(qū)域資源，結(jié)合自身特色和學(xué)生需求自行開發(fā)，確保每個學(xué)生都有機(jī)會接觸和學(xué)習(xí)人工智能知識。如針對學(xué)有余力、對人工智能有濃厚興趣的學(xué)生，可以采用社團(tuán)課、競賽班等形式，為學(xué)生提供深入學(xué)習(xí)、實踐的平臺以及充足的個性化發(fā)展空間，滿足不同學(xué)生的興趣愛好和特長發(fā)展需求。

中小學(xué)人工智能課程建設(shè)對智能時代培養(yǎng)創(chuàng)新潛質(zhì)青少年具有重要意義。需要教育工作者、研究者以及社會各界共同努力，不斷探索和完善課程體系，迭代優(yōu)化教學(xué)方法和資源配置，持續(xù)創(chuàng)新深化并不斷總結(jié)實踐經(jīng)驗，以確保中小學(xué)人工智能課程有效實施，為學(xué)生的未來發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)，助力我國在人工智能時代的教育創(chuàng)新與人才培養(yǎng)。