從“信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)”到“人工智能課程核心素養(yǎng)”
——淺談中小學(xué)人工智能課程的育人目標(biāo)

胡作 崔寧 廣東省深圳優(yōu)必選科技股份有限公司

2017年以來(lái)，國(guó)務(wù)院和教育部多次發(fā)文要求“在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”，各級(jí)教育主管部門與中小學(xué)校在人工智能課程的建設(shè)上投入了大量師資、課時(shí)和資金，但是，對(duì)“中小學(xué)階段人工智能課程的教育目標(biāo)是什么”這一問(wèn)題一直沒(méi)有厘清，這也造成了課程內(nèi)容與教學(xué)形式的不統(tǒng)一。下面，筆者從中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)出發(fā)，探討中小學(xué)人工智能課程的核心素養(yǎng)。

● 業(yè)內(nèi)對(duì)中小學(xué)人工智能課程核心素養(yǎng)的研究案例

筆者在知網(wǎng)以“智能素養(yǎng)”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，發(fā)現(xiàn)已有一些學(xué)者對(duì)該領(lǐng)域有所研究。例如，首都師范大學(xué)的汪明在《基于核心素養(yǎng)的學(xué)生智能素養(yǎng)構(gòu)建及其培育》一文中指出，“學(xué)生智能素養(yǎng)是集智能知識(shí)、智能能力、智能情意與智能倫理于一體的多維復(fù)合結(jié)構(gòu)體”；浙江工業(yè)大學(xué)的侯賀中、王永固在《人工智能時(shí)代中小學(xué)生智能素養(yǎng)框架構(gòu)建及其培養(yǎng)機(jī)制探討》一文中指出智能素養(yǎng)涵蓋智能意識(shí)、智能態(tài)度、智能倫理、智能知識(shí)、智能技能、智能思維、智能創(chuàng)新七個(gè)維度；貴州師范大學(xué)的王毅、王乾花在《從信息素養(yǎng)到智能素養(yǎng)：中小學(xué)信息技術(shù)課程培養(yǎng)目標(biāo)轉(zhuǎn)向》一文中認(rèn)為，“智能素養(yǎng)應(yīng)包含智能知識(shí)、智能思維、智能化學(xué)習(xí)與應(yīng)用、智能倫理四要素；北京師范大學(xué)的鄭勤華、覃夢(mèng)媛、李爽在《人機(jī)協(xié)同時(shí)代智能素養(yǎng)的理論模型研究》一文中將智能素養(yǎng)劃分為智能知識(shí)、智能能力、智能思維、智能應(yīng)用、智能態(tài)度五個(gè)維度。

2021年底，中國(guó)教育學(xué)會(huì)中小學(xué)信息技術(shù)教育專業(yè)委員會(huì)發(fā)布了《中小學(xué)人工智能課程開(kāi)發(fā)標(biāo)準(zhǔn)（試行）》，該標(biāo)準(zhǔn)也明確了中小學(xué)人工智能課程的培養(yǎng)目標(biāo)是人工智能意識(shí)、技術(shù)應(yīng)用能力、實(shí)踐創(chuàng)新思維、智能社會(huì)責(zé)任四個(gè)維度。人工智能意識(shí)是指“深入感知與體驗(yàn)智能情景，對(duì)人工智能技術(shù)的敏感度與理解力”；技術(shù)應(yīng)用能力是指“深入理解與應(yīng)用基本智能技術(shù)，發(fā)揮人工智能技術(shù)在具體活動(dòng)中的價(jià)值”；實(shí)踐創(chuàng)新思維是指“啟迪學(xué)生智慧，培養(yǎng)思維能力，激發(fā)基于人工智能理論與技術(shù)的創(chuàng)新實(shí)踐”；智能社會(huì)責(zé)任是指“樹(shù)立適應(yīng)智能社會(huì)發(fā)展的責(zé)任意識(shí)”“樹(shù)立正確的智能社會(huì)發(fā)展意識(shí)，逐步確立自身未來(lái)的成長(zhǎng)與價(jià)值方向”。這四個(gè)維度的培養(yǎng)目標(biāo)與信息技術(shù)學(xué)科的四大核心素養(yǎng)目標(biāo)（信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任）一一呼應(yīng)，遺憾的是，在“實(shí)踐創(chuàng)新思維”目標(biāo)的描述中并未言明具體包含哪些思維，即便是信息技術(shù)學(xué)科重要核心素養(yǎng)之一的“計(jì)算思維”也未提及，這難免會(huì)讓課程開(kāi)發(fā)者迷茫。如果加以明確，筆者認(rèn)為可以把思維目標(biāo)分為實(shí)踐思維和創(chuàng)新思維兩部分，實(shí)踐思維主要包含計(jì)算思維、工程思維，創(chuàng)新思維包含批判性思維、設(shè)計(jì)思維，在此不做展開(kāi)。

● 中小學(xué)人工智能課程的核心素養(yǎng)內(nèi)容

信息技術(shù)課程是人工智能課程的主要陣地，在實(shí)際教學(xué)實(shí)踐中，人工智能課程大多是由信息技術(shù)教師承擔(dān)實(shí)際教學(xué)任務(wù)。以“廈門市人工智能進(jìn)百校”項(xiàng)目為例，在2020年7月的全市100所項(xiàng)目學(xué)校人工智能課程授課教師培訓(xùn)活動(dòng)中，小學(xué)階段共有155人參加培訓(xùn)，其中信息技術(shù)學(xué)科教師81人（占比52%），科學(xué)學(xué)科教師43人（占比28%），其他學(xué)科教師31人（占比20%）；中學(xué)階段共有119人參加培訓(xùn)，其中信息技術(shù)學(xué)科教師75人（占比63%），通用技術(shù)學(xué)科教師24人（占比20%），其他學(xué)科教師20人（占比17%）。在課時(shí)來(lái)源方面，在《廈門市教育局關(guān)于開(kāi)展中小學(xué)人工智能教育試點(diǎn)工作的通知》文件中，明確要求“各試點(diǎn)年級(jí)每周要從信息技術(shù)、綜合實(shí)踐、校本課程等課程中，安排1個(gè)課時(shí)用于人工智能教學(xué)”。

通過(guò)上述數(shù)據(jù)可以看出，不論從授課教師學(xué)科背景還是從課時(shí)來(lái)源看，將中小學(xué)人工智能課程劃入信息技術(shù)學(xué)科范疇都是最合理的，那么人工智能課程的核心素養(yǎng)也應(yīng)是在信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的總體框架下建立，不宜另起爐灶自成一派，否則將失去廣大信息技術(shù)教師的師資支撐和信息技術(shù)學(xué)科的課時(shí)資源。所以，以中小學(xué)信息技術(shù)（信息科技）課程標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，從信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)出發(fā)形成人工智能課程的教學(xué)目標(biāo)（人工智能課程核心素養(yǎng)）會(huì)更合理，也更易于在師資、課時(shí)等方面促進(jìn)課程在中小學(xué)校的落地實(shí)施。

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出，信息技術(shù)的學(xué)科核心素養(yǎng)是信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任。那么，作為信息技術(shù)學(xué)科組成部分的人工智能課程的核心素養(yǎng)目標(biāo)，也應(yīng)是基于此四個(gè)方面的延伸、拓展和具體化。筆者認(rèn)為，人工智能課程的核心素養(yǎng)目標(biāo)可以分為人工智能意識(shí)、計(jì)算思維與工程思維、人工智能知識(shí)技術(shù)的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、人工智能社會(huì)責(zé)任四個(gè)維度。

人工智能意識(shí)是指?jìng)€(gè)體對(duì)人工智能現(xiàn)象與技術(shù)的敏感度與價(jià)值判斷力，具體表現(xiàn)為個(gè)體自發(fā)關(guān)注人工智能在生產(chǎn)生活中的具體應(yīng)用，對(duì)人工智能技術(shù)可能會(huì)造成的影響進(jìn)行預(yù)期和判斷，為借助人工智能技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題提供參考。

計(jì)算思維的解釋在《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》中已明確，即“計(jì)算思維是指?jìng)€(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)”。具體來(lái)講，計(jì)算思維可劃分為問(wèn)題拆分、模式識(shí)別、抽象特征、算法設(shè)計(jì)四個(gè)環(huán)節(jié)，是人類解決復(fù)雜問(wèn)題的思維模式。

工程思維是人類為了完成某項(xiàng)工程所進(jìn)行的一系列思考活動(dòng)所形成的思維方式，是以系統(tǒng)分析和比較權(quán)衡為核心的一種籌劃性思維。在具體操作層面，工程設(shè)計(jì)流程一般分為明確需求與限定條件、分析研究問(wèn)題、創(chuàng)想可行方案、甄選最佳方案、制作模型、驗(yàn)證模型、優(yōu)化迭代七個(gè)步驟的循環(huán)過(guò)程。

人工智能課程的設(shè)計(jì)應(yīng)該是鏈接真實(shí)世界的，往往以真實(shí)的案例為課堂教學(xué)主題和情境，學(xué)生圍繞真實(shí)具體的問(wèn)題按照工程設(shè)計(jì)流程開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)，經(jīng)歷“界定問(wèn)題—分析問(wèn)題—小組討論（頭腦風(fēng)暴）—選擇方案—制作模型—驗(yàn)證模型—優(yōu)化迭代”全過(guò)程。因此，工程思維必然是人工智能素養(yǎng)不可缺少的一部分。

人工智能知識(shí)技術(shù)的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新，是指?jìng)€(gè)體通過(guò)對(duì)人工智能相關(guān)知識(shí)與技術(shù)的學(xué)習(xí)，掌握人工智能基本軟硬件工具的操作技能，從實(shí)際問(wèn)題的具體需求出發(fā)，靈活組合、應(yīng)用多種人工智能知識(shí)、工具和技術(shù)等資源，提出創(chuàng)新構(gòu)想和解決方案。

人工智能社會(huì)責(zé)任是指人工智能社會(huì)中的個(gè)體在態(tài)度、價(jià)值觀、道德規(guī)范等方面應(yīng)盡的責(zé)任。具備人工智能社會(huì)責(zé)任的學(xué)生，能夠客觀理性看待人工智能帶來(lái)的正面價(jià)值與負(fù)面風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)人工智能技術(shù)堅(jiān)守科技向善的根本立場(chǎng)，樹(shù)立運(yùn)用人工智能技術(shù)為人類服務(wù)而非危害人類的根本價(jià)值觀；對(duì)人工智能的新應(yīng)用新現(xiàn)象具備一定的安全意識(shí)和辨別防范能力；能夠從法律方面、倫理方面思考人工智能技術(shù)的普及應(yīng)用對(duì)人類社會(huì)帶來(lái)的各種挑戰(zhàn)。

● 如何在教學(xué)設(shè)計(jì)中實(shí)現(xiàn)人工智能課程的核心素養(yǎng)目標(biāo)

下面，筆者以華東師范大學(xué)出版社出版的“AI上全能助手”課程中的“人臉識(shí)別智能家門”為例，介紹如何在教學(xué)設(shè)計(jì)中培養(yǎng)學(xué)生的人工智能課程四大核心素養(yǎng)。

在情境導(dǎo)入階段，教師從忘帶鑰匙、丟失鑰匙、雙手提重物不便拿鑰匙開(kāi)門等真實(shí)生活現(xiàn)象出發(fā)，啟發(fā)學(xué)生思考如何利用所學(xué)人工智能技術(shù)解決這些問(wèn)題。這個(gè)環(huán)節(jié)重點(diǎn)激發(fā)學(xué)生的頭腦風(fēng)暴，啟發(fā)運(yùn)用人工智能技術(shù)解決身邊問(wèn)題的意識(shí)（人工智能意識(shí)），樹(shù)立運(yùn)用技術(shù)提高生活質(zhì)量解決實(shí)際問(wèn)題的價(jià)值觀（人工智能社會(huì)責(zé)任）。

在探究式學(xué)習(xí)階段，教師引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)頭腦風(fēng)暴提出的創(chuàng)意想法進(jìn)行任務(wù)分解，把“人臉識(shí)別智能家門”這一大任務(wù)分解為若干個(gè)子任務(wù)，如如何識(shí)別人臉、如何開(kāi)門、如何關(guān)門等（計(jì)算思維—任務(wù)拆分），再針對(duì)每一項(xiàng)子任務(wù)討論用什么工具、什么方法來(lái)解決，如用攝像頭進(jìn)行人臉數(shù)據(jù)的采集和識(shí)別，用舵機(jī)和積木零件搭建門的模型實(shí)現(xiàn)開(kāi)門關(guān)門（計(jì)算思維—模式識(shí)別）；思考如何利用計(jì)算機(jī)提取關(guān)鍵數(shù)據(jù)，如舵機(jī)旋轉(zhuǎn)多少角度是開(kāi)門狀態(tài)，多少角度是關(guān)門狀態(tài)（計(jì)算思維—抽象數(shù)據(jù)特征），再以流程圖的形式表達(dá)自己的整體方案構(gòu)思（計(jì)算思維—算法設(shè)計(jì)），最終用圖形化編程軟件把算法程序化，并反復(fù)調(diào)試程序、優(yōu)化模型（工程思維）。

經(jīng)過(guò)自主探究式學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)人臉識(shí)別、舵機(jī)控制、程序設(shè)計(jì)等人工智能相關(guān)知識(shí)和技術(shù)有了直觀具體的感受（人工智能知識(shí)技術(shù)的學(xué)習(xí)），教師對(duì)計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別的概念與原理進(jìn)行必要解釋，引導(dǎo)學(xué)生思考，還可以將本主題所學(xué)的知識(shí)與技術(shù)遷移應(yīng)用到身邊的哪些實(shí)際問(wèn)題中（人工智能知識(shí)技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用、人工智能意識(shí)、人工智能社會(huì)責(zé)任）。

人工智能課程的四項(xiàng)核心素養(yǎng)是一個(gè)整體，在課程設(shè)計(jì)中不應(yīng)把它們割裂，而應(yīng)選擇合適的課程主題，以工程設(shè)計(jì)流程為主線，在解決問(wèn)題完成任務(wù)的過(guò)程中，在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、定義問(wèn)題、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題、遷移應(yīng)用的實(shí)踐活動(dòng)中，實(shí)現(xiàn)人工智能意識(shí)、計(jì)算思維與工程思維、人工智能知識(shí)技術(shù)的學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、人工智能社會(huì)責(zé)任的整體教學(xué)目標(biāo)。

● 結(jié)語(yǔ)

中小學(xué)人工智能課程是綜合實(shí)踐型課程，是面向未來(lái)的課程。在未來(lái)社會(huì)，人工智能將成為人類的記憶外存和思維助手。今天的中小學(xué)生是未來(lái)社會(huì)的主人，他們必須了解人工智能是什么，知道人工智能可以解決什么問(wèn)題，認(rèn)識(shí)到人工智能對(duì)生產(chǎn)生活會(huì)產(chǎn)生什么影響，并樹(shù)立應(yīng)用人工智能技術(shù)造福人類的積極價(jià)值觀。因此，只有明確中小學(xué)人工智能課程的教學(xué)目標(biāo)并在教學(xué)活動(dòng)中予以貫徹執(zhí)行，方能培養(yǎng)滿足人工智能社會(huì)需求的合格人才。