智能時(shí)代的中小學(xué)人工智能教育：總體定位與核心內(nèi)容領(lǐng)域

盧宇 湯筱玙 宋佳宸 余勝泉

【摘要】

隨著智能時(shí)代的到來，人工智能在多個(gè)領(lǐng)域日益發(fā)揮其重要的應(yīng)用價(jià)值，我國(guó)也積極倡導(dǎo)和支持開展多層次的人工智能教育。然而，在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，人工智能教育仍然面臨課程定位模糊、教學(xué)內(nèi)容分化、課程體系與資源龐雜等諸多現(xiàn)實(shí)問題。本研究面向中小學(xué)教育階段，對(duì)國(guó)內(nèi)外人工智能教育的現(xiàn)狀進(jìn)行了深入調(diào)研和總結(jié)，將人工智能教育與現(xiàn)有的相關(guān)教育進(jìn)行了系統(tǒng)比較和辨析，明確了中小學(xué)階段人工智能教育的總體定位。針對(duì)當(dāng)前人工智能教育中缺乏對(duì)內(nèi)容領(lǐng)域進(jìn)行科學(xué)界定和清晰完整的描述，本研究提出了六個(gè)核心內(nèi)容領(lǐng)域并進(jìn)一步闡述了基于內(nèi)容領(lǐng)域的課程設(shè)計(jì)基本原則。本研究有助于進(jìn)一步推動(dòng)當(dāng)前人工智能教育的深入探索，促進(jìn)我國(guó)中小學(xué)人工智能教育持續(xù)、健康地發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】 ?人工智能教育;中小學(xué)教育;基礎(chǔ)教育;核心內(nèi)容領(lǐng)域;課程設(shè)計(jì);智能體

【中圖分類號(hào)】 ? G632.0 ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】 ?A ? ? ? 【文章編號(hào)】 ?1009-458x（2021）5-0022-10

一、研究背景

人工智能、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)正在助推人類社會(huì)邁入發(fā)展的新階段，未來的時(shí)代將是智能化的時(shí)代。在教育、醫(yī)療等多個(gè)垂直領(lǐng)域，人工智能已經(jīng)展現(xiàn)了其重要的應(yīng)用價(jià)值和影響力，并逐漸成為這些領(lǐng)域發(fā)展和變革的新動(dòng)力。隨著人工智能與各個(gè)垂直領(lǐng)域的不斷深入融合，普通公民也越來越需要具備人工智能的基本知識(shí)和應(yīng)用能力，人工智能教育開始受到廣泛關(guān)注。2017年7月國(guó)務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確指出“實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”（國(guó)務(wù)院， 2017）。2018年4月教育部印發(fā)《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》，提出“構(gòu)建人工智能多層次教育體系，在中小學(xué)階段引入人工智能普及教育”（教育部， 2018a）。這些政策的頒布為我國(guó)人工智能教育在中小學(xué)階段的發(fā)展指明了方向，推動(dòng)了當(dāng)前對(duì)人工智能教育在課程設(shè)置、培養(yǎng)模式等方面廣泛而深入的探索，人工智能正在逐步成為中小學(xué)階段的重要教學(xué)內(nèi)容之一。

（一）國(guó)內(nèi)外人工智能教育發(fā)展現(xiàn)狀

1. 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

當(dāng)前各國(guó)都高度重視人工智能技術(shù)的應(yīng)用并視其為提升國(guó)家競(jìng)爭(zhēng)力的重要力量，并開始逐步在基礎(chǔ)教育階段開展人工智能人才培養(yǎng)。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)聯(lián)合谷歌、微軟等企業(yè)以及美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（Computer Science Teachers Association，CSTA）等組織，多年來一直致力于中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)的課程標(biāo)準(zhǔn)制定及相關(guān)課程的普及，但是仍然難以滿足人工智能教育的需求。2018年5月，美國(guó)人工智能促進(jìn)協(xié)會(huì)（Association for the Advancement of Artificial Intelligence，AAAI）與計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)聯(lián)合成立了工作組， 啟動(dòng)美國(guó)K-12人工智能教育行動(dòng)（AAAI， 2018）。人工智能領(lǐng)域的學(xué)者和一線教師開始探討和細(xì)化面向K-12階段人工智能教育的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容（Touretzky， Gardnermccune， Martin， & Seehorn， 2019），涉及“知識(shí)表示”“機(jī)器學(xué)習(xí)”“倫理道德”等多個(gè)方面，并對(duì)相關(guān)人工智能教育的工具與資源進(jìn)行了推薦。

2019年，麻省理工學(xué)院推出了面向K-12階段人工智能教育的資源網(wǎng)站，匯聚了不同研究項(xiàng)目、學(xué)習(xí)單元與教學(xué)工具，并針對(duì)不同學(xué)段開設(shè)不同的研究主題（MIT Media Lab， 2019a）。例如，針對(duì)幼兒園至2年級(jí)學(xué)生，主要圍繞陪伴機(jī)器人等開展簡(jiǎn)單的體驗(yàn)活動(dòng);針對(duì)9-12年級(jí)學(xué)生，則著重讓學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)完整的從設(shè)計(jì)到開發(fā)的人工智能應(yīng)用流程，讓學(xué)生可以利用Doodle Bot或其他人工智能創(chuàng)意實(shí)踐平臺(tái)（MIT Media Lab， 2019b）。

英國(guó)自20世紀(jì)80年代開始，人工智能課程就以選修課的形式出現(xiàn)在信息與通信技術(shù)（Information and Communications Technology，ICT）的課程體系中，該課程重視相關(guān)思維能力和人文價(jià)值的培養(yǎng)，并積極通過與本國(guó)高校協(xié)作的方式來開展教學(xué)，包括聘請(qǐng)高校專家參與課程建設(shè)、搭建教學(xué)平臺(tái)以及參與討論與答疑等（英國(guó)政府， 2017）。2018年4月，英國(guó)上議院發(fā)布題為《人工智能在英國(guó)：準(zhǔn)備、意愿和能力》的專題報(bào)告，強(qiáng)調(diào)在基礎(chǔ)教育階段需要讓學(xué)生對(duì)人工智能有必要的知識(shí)儲(chǔ)備和基本理解，以應(yīng)對(duì)社會(huì)的發(fā)展，課程的核心是技術(shù)的使用和倫理（英國(guó)上議院人工智能特別委員會(huì)， 2018）。

芬蘭是歐盟成員國(guó)中第一個(gè)將人工智能發(fā)展列入國(guó)家戰(zhàn)略的國(guó)家，并注重在已有人工智能技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行發(fā)展和創(chuàng)新型教育。2017年，芬蘭政府發(fā)布《芬蘭的人工智能時(shí)代》報(bào)告，明確提出要積極尋求新的教育創(chuàng)新，以滿足人工智能應(yīng)用領(lǐng)域的人才需求（芬蘭經(jīng)濟(jì)事務(wù)與就業(yè)部， 2017）。在芬蘭擔(dān)任歐盟輪值主席國(guó)期間，發(fā)起“1%的歐盟公民掌握人工智能基礎(chǔ)”的倡議，并向全球開放了“Elements of AI”等在線課程，鼓勵(lì)更多的人了解人工智能是什么，可以解決什么問題，對(duì)生活產(chǎn)生了什么影響，以及如何開始創(chuàng)建人工智能項(xiàng)目。該課程由芬蘭赫爾辛基大學(xué)等聯(lián)合研發(fā)，提供英語、芬蘭語、德語、瑞典語等幾乎所有歐盟成員國(guó)語言的版本（芬蘭經(jīng)濟(jì)事務(wù)和就業(yè)部， 2019）。

日本自2016年開始提出要對(duì)中小學(xué)教育進(jìn)行改革，以幫助年青一代適應(yīng)以人工智能為代表的第四次工業(yè)革命。同時(shí)，在基礎(chǔ)教育階段需要重視培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用信息技術(shù)的能力以及使用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的素養(yǎng)（段世飛， 等， 2019）。此后，日本文部科學(xué)省等主要國(guó)家部委陸續(xù)發(fā)布了一系列相關(guān)報(bào)告和政策，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生具備使用人工智能技術(shù)并可以為企業(yè)創(chuàng)造價(jià)值的能力。

新加坡政府于2018年3月發(fā)布“AI Singapore”項(xiàng)目，旨在促進(jìn)和增強(qiáng)新加坡在人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新能力，同時(shí)推出了“AI for Students”“AI for Kids”兩項(xiàng)人工智能教育計(jì)劃。其中，“AI for Students”計(jì)劃主要面向中學(xué)階段，在該計(jì)劃下學(xué)生和教師可以自由訪問其課程的核心內(nèi)容（AI Makerspace和Data Camp），并參與專業(yè)社區(qū)討論（AI Singapore， 2018a）;“AI for Kids”計(jì)劃則面向小學(xué)階段，在該計(jì)劃下學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能基本概念、開放工具、開發(fā)應(yīng)用，以解決日常生活中的實(shí)際問題（AI Singapore， 2018b）。

在各國(guó)對(duì)人工智能教育日益重視的背景下，聯(lián)合國(guó)教科文組織于2019年3月組織了以“人工智能和可持續(xù)發(fā)展”為主題的“移動(dòng)學(xué)習(xí)周”，同年5月發(fā)布了《北京共識(shí)——人工智能與教育》?！侗本┕沧R(shí)》建議將人工智能相關(guān)技能納入中小學(xué)課程、職業(yè)技術(shù)教育與培訓(xùn)以及高等教育的資歷認(rèn)證體系中，并提高社會(huì)各個(gè)層面所需的基本人工智能素養(yǎng)（聯(lián)合國(guó)教科文組織， 2019， p.59）。2020年11月，聯(lián)合國(guó)教科文組織教育信息技術(shù)研究所發(fā)布了《教育中的人工智能》（AI in Education：Change at the Speed of Learning），探討了人工智能技術(shù)對(duì)學(xué)生、教育者、家長(zhǎng)、教育管理者等產(chǎn)生的深刻影響以及帶來的倫理道德方面的挑戰(zhàn)（UNESCO IITE， 2020）。

2. 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)很早就開始將人工智能教育引入中小學(xué)課堂?！叭斯ぶ悄艹醪健痹缭?003年就被納入我國(guó)《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》的選修模塊中，與“算法與程序設(shè)計(jì)”“網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用”“數(shù)據(jù)管理技術(shù)”等并列為五個(gè)選修模塊，在全國(guó)發(fā)行的多套高中信息技術(shù)學(xué)科教材中也都有相應(yīng)的人工智能分冊(cè)或相關(guān)內(nèi)容。但是，受限于當(dāng)時(shí)人工智能技術(shù)本身的發(fā)展，教學(xué)內(nèi)容更多涉及的是“專家系統(tǒng)”“分布式計(jì)算”等傳統(tǒng)概念以及遞歸程序設(shè)計(jì)等實(shí)踐內(nèi)容。2017版的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》保留了“人工智能初步”，將其作為選擇性必修模塊，主要分為“人工智能基礎(chǔ)”“簡(jiǎn)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”三個(gè)主題，要求學(xué)生了解人工智能的發(fā)展歷程及概念，描述典型人工智能算法的實(shí)現(xiàn)過程，搭建簡(jiǎn)單的人工智能應(yīng)用模塊，同時(shí)增強(qiáng)利用智能技術(shù)服務(wù)人類發(fā)展的責(zé)任感。在必修模塊中也多處涉及人工智能相關(guān)內(nèi)容，如在必修模塊“數(shù)據(jù)與計(jì)算”中通過人工智能典型案例的剖析讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到人工智能在信息社會(huì)中越來越重要的促進(jìn)作用（教育部， 2018b）。在此基礎(chǔ)上，教科版、人教版、浙教版和粵教版的《人工智能初步》教材陸續(xù)出版，這些教材均涵蓋人工智能的概念特征、歷史發(fā)展、核心算法、典型應(yīng)用等部分，但側(cè)重點(diǎn)有所不同（詹澤慧， 等， 2020）。相關(guān)的課程項(xiàng)目案例與教學(xué)資源也在不斷豐富（張學(xué)軍， 等， 2019）。近年來，我國(guó)高度重視人工智能教育，提供了一系列政策引導(dǎo)與保障。2017年7月8日，國(guó)務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出“在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”（國(guó)務(wù)院， 2017）。2018年1月，中共中央、國(guó)務(wù)院發(fā)布《全面深化新時(shí)代教師隊(duì)伍建設(shè)改革的意見》（國(guó)務(wù)院， 2018），提出教師要主動(dòng)適應(yīng)信息化、人工智能等新技術(shù)變革，積極有效開展教育教學(xué)。教育部教師工作司發(fā)布的《教育部教師工作司2018年工作要點(diǎn)》也明確支持部分學(xué)校引入人工智能教學(xué)實(shí)驗(yàn)，推動(dòng)教師主動(dòng)適應(yīng)信息技術(shù)變革（教育部教師工作司， 2018）。2018年4月，教育部頒布《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》，強(qiáng)調(diào)構(gòu)建人工智能多層次教育體系，在中小學(xué)階段引入人工智能普及教育（教育部， 2018a），并進(jìn)一步對(duì)人工智能教師培養(yǎng)、完善課程方案和標(biāo)準(zhǔn)做出要求（教育部， 2018c）。2019年2月，教育部發(fā)布《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》，指出要推動(dòng)在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程（教育部， 2019）。

在人工智能教育相關(guān)政策的推動(dòng)下，廣州、深圳、天津、南京等多個(gè)城市進(jìn)行了人工智能教育的探索。廣州市計(jì)劃到2022年實(shí)現(xiàn)人工智能教育覆蓋全市學(xué)校，以培養(yǎng)適合未來的創(chuàng)新型人才（廣州市教育局， 2019）。深圳市遴選了61所中小學(xué)作為首批“中小學(xué)人工智能教育”項(xiàng)目實(shí)驗(yàn)校，積極探索在中小學(xué)開設(shè)人工智能課程的有效方式（深圳市教育局， 2019）。天津市印發(fā)了《〈關(guān)于開展人工智能知識(shí)教育普及活動(dòng)方案〉的通知》，推進(jìn)人工智能知識(shí)教育普及活動(dòng)（天津市人民政府， 2018），并在中小學(xué)建立人工智能創(chuàng)新教育實(shí)驗(yàn)室，推動(dòng)實(shí)施人工智能創(chuàng)新課程規(guī)劃（天津市教育委員會(huì)， 2018）。南京市在多個(gè)中小學(xué)設(shè)立人工智能選修課，主要從加強(qiáng)教師技術(shù)培訓(xùn)、組織專題論壇、鼓勵(lì)參與競(jìng)賽幾個(gè)方面推動(dòng)人工智能教育發(fā)展（南京市人民政府， 2018）。各地中小學(xué)也開始以校本選修課等形式積極推進(jìn)人工智能課程的落地。例如，北京師范大學(xué)附屬中學(xué)從2018年開始逐步進(jìn)行初中階段的人工智能課程的建設(shè)，課程內(nèi)容除涵蓋一些關(guān)鍵人工智能技術(shù)外，還涉及物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等，并輔以模塊化編程等實(shí)踐教學(xué)環(huán)節(jié)（張建彬， 2019）;中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)在初中階段開展語音識(shí)別等人工智能基礎(chǔ)概念課程，同時(shí)組織學(xué)生在無人駕駛、圖像處理、自然語言處理等領(lǐng)域進(jìn)行跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)（袁中果， 等， 2019）;上海浦東教育發(fā)展研究院基于皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展理論，在小學(xué)、初中、高中三個(gè)學(xué)段設(shè)計(jì)了側(cè)重點(diǎn)不同的課程內(nèi)容（謝忠新， 等， 2019）。學(xué)術(shù)界也開始關(guān)注人工智能課程在中小學(xué)實(shí)施過程中的現(xiàn)實(shí)矛盾（樂進(jìn)軍， 2020），在積極提倡借鑒國(guó)外經(jīng)驗(yàn)的同時(shí)（方圓媛， 等， 2020）開始探索相關(guān)的解決方法與策略（張珊珊， 等， 2020）。

綜上所述，面向中小學(xué)階段的人工智能教育國(guó)內(nèi)外目前都處于起步和探索階段。國(guó)際上多以政府部門和學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)聯(lián)合的方式來開展人工智能教育，人工智能領(lǐng)域?qū)＜覅⑴c課程建設(shè)、平臺(tái)搭建及資源開發(fā)，將研究和實(shí)踐進(jìn)行結(jié)合并應(yīng)用于教學(xué)。相關(guān)的課程學(xué)習(xí)網(wǎng)站和工具資源向公眾開放，鼓勵(lì)一線教師和不同年齡段學(xué)習(xí)者直接使用。在具體實(shí)施上，圍繞人工智能學(xué)科本身的關(guān)鍵領(lǐng)域知識(shí)和學(xué)科特點(diǎn)，針對(duì)不同學(xué)段開設(shè)適宜的研究主題，鼓勵(lì)學(xué)生解決日常生活中的實(shí)際問題。另外，在引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)人工智能知識(shí)及其實(shí)際應(yīng)用的同時(shí)，也將使用人工智能的倫理和道德等問題作為重點(diǎn)內(nèi)容納入教學(xué)之中。這都是我國(guó)在開展人工智能教育時(shí)可以借鑒的寶貴經(jīng)驗(yàn)。

（二）我國(guó)人工智能教育面臨的問題

相比較而言，我國(guó)當(dāng)前人工智能教育的政策引導(dǎo)更加明確，涵蓋教育體系、教師教育、課程標(biāo)準(zhǔn)等多個(gè)方面，地方政府也通過評(píng)選實(shí)驗(yàn)校、開展競(jìng)賽活動(dòng)、組織交流分享、加強(qiáng)教師培訓(xùn)等多種方式推進(jìn)人工智能教育的發(fā)展。人工智能教育在中小學(xué)階段的迅速發(fā)展，一方面提升了學(xué)生的相關(guān)能力和素養(yǎng)，另一方面也為我國(guó)人工智能領(lǐng)域的人才培養(yǎng)奠定了基礎(chǔ)。然而，當(dāng)前我國(guó)中小學(xué)人工智能教育，尤其是面向初中和小學(xué)學(xué)段的人工智能教育，在具體實(shí)施中面臨以下幾個(gè)問題：

1. 課程定位模糊

人工智能學(xué)科本身知識(shí)覆蓋范圍廣，很多子領(lǐng)域理論性強(qiáng)且仍然處于快速發(fā)展與創(chuàng)新的階段，在很多關(guān)鍵問題上還沒有形成共識(shí)。即使在高等教育階段，人工智能專業(yè)的設(shè)立與課程體系建設(shè)也仍然處于發(fā)展初期。在中小學(xué)階段的人工智能教育實(shí)踐過程中，由于教育管理者和教師普遍缺乏對(duì)人工智能學(xué)科的清晰認(rèn)識(shí)，容易將其與創(chuàng)客教育、編程教育或機(jī)器人教育等混淆。有的學(xué)校開設(shè)的人工智能課程，只是將原有的機(jī)器人課程或編程課程稍加修改，其課程內(nèi)容和實(shí)踐活動(dòng)基本未作改變甚至完全一樣。除校內(nèi)課程外，各類校外培訓(xùn)機(jī)構(gòu)以人工智能為主題推出的針對(duì)各學(xué)段的培訓(xùn)課程，其課程體也存在著類似問題，并且由于受到商業(yè)利益的驅(qū)動(dòng)，更加偏離原本的方向。課程定位的模糊直接導(dǎo)致教學(xué)內(nèi)容與人工智能學(xué)科本身的核心內(nèi)容相去甚遠(yuǎn)，有悖于人工智能教育的初衷。

2. 教學(xué)內(nèi)容分化

在教學(xué)內(nèi)容上有些學(xué)校將人工智能某些子領(lǐng)域的模型和理論直接搬到課堂，以技術(shù)性知識(shí)為主組織教學(xué)。這些內(nèi)容通常復(fù)雜抽象，對(duì)學(xué)生的數(shù)理和邏輯能力有較高的要求，中小學(xué)階段的學(xué)生難以理解且易對(duì)課程產(chǎn)生抵觸情緒。例如，“卷積”運(yùn)算屬于泛函分析范疇，在中小學(xué)人工智能課堂上直接講解基于該運(yùn)算的“卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”等復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，學(xué)生很難對(duì)其有深入的認(rèn)識(shí)和理解。有些學(xué)校的教學(xué)內(nèi)容，只強(qiáng)調(diào)學(xué)生的體驗(yàn)，側(cè)重于吸引學(xué)生進(jìn)行簡(jiǎn)單的動(dòng)手實(shí)踐，雖然會(huì)讓學(xué)生在課堂中感到新奇有趣，但知識(shí)學(xué)習(xí)卻停留在表層，學(xué)生難以體會(huì)和學(xué)到人工智能的重要概念和思想方法。

3. 課程體系與資源龐雜

在初中和小學(xué)階段，人工智能課程多作為選修或校本課程，屬于學(xué)校的“個(gè)性化課程”。各個(gè)學(xué)段之間課程的連貫性不足，所采用的教學(xué)資源迥異，普遍缺乏整體性的課程體系設(shè)計(jì)與系統(tǒng)性的教學(xué)資源建設(shè)。同時(shí)，不同學(xué)校在教學(xué)理念、師資培養(yǎng)以及教材使用上的差異也較為顯著。自2018年開始在全國(guó)范圍內(nèi)已經(jīng)出版了超過二十種人工智能教材，教材編寫人員涵蓋高校教師、中小學(xué)教師、研究機(jī)構(gòu)、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)等多方主體，覆蓋從幼兒園到中學(xué)的多個(gè)學(xué)段。然而，相當(dāng)一部分教材并不遵循人工智能學(xué)科本身特點(diǎn)，而是以購(gòu)買實(shí)踐環(huán)節(jié)所需的軟硬件平臺(tái)為導(dǎo)向，進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的編寫，缺乏基本的科學(xué)性與合理性。

總體而言，當(dāng)前中小學(xué)階段的人工智能教育面臨良好的發(fā)展機(jī)遇，在課程開展和資源建設(shè)方面也取得了較大的進(jìn)展。然而，由于國(guó)內(nèi)中小學(xué)人工智能教育尚未形成清晰、完整、獨(dú)立的總體定位與核心內(nèi)容，仍然面臨課程定位模糊、教學(xué)內(nèi)容分化、課程體系與資源龐雜等問題。本研究依據(jù)人工智能學(xué)科的專業(yè)特點(diǎn)和國(guó)際發(fā)展趨勢(shì)，針對(duì)當(dāng)前我國(guó)中小學(xué)階段人工智能教育面臨的實(shí)際問題，厘清中小學(xué)人工智能教育與STEM教育、編程教育、創(chuàng)客教育等的區(qū)別和關(guān)系，梳理和明確中小學(xué)人工智能教育的總體定位與核心內(nèi)容領(lǐng)域，以期幫助本領(lǐng)域的研究者和實(shí)踐者更好地進(jìn)行課程建設(shè)和教學(xué)實(shí)踐。

二、中小學(xué)人工智能教育的總體定位

如前所述，當(dāng)前中小學(xué)人工智能教育課程定位模糊，經(jīng)常與計(jì)算思維教育、STEM教育、機(jī)器人教育等混淆，通常是這些現(xiàn)有課程的照搬或混雜。本研究首先對(duì)人工智能教育與現(xiàn)有的相關(guān)教育進(jìn)行比較和辨析，進(jìn)而提出面向智能時(shí)代的中小學(xué)人工智能教育的總體定位。

（一）人工智能教育與相關(guān)教育的比較

1. 計(jì)算思維教育

計(jì)算思維教育強(qiáng)調(diào)用計(jì)算機(jī)科學(xué)的概念和方式把復(fù)雜問題拆解成為為簡(jiǎn)單、可操作的子問題，使用一系列清晰的步驟生成解決方案，然后將解決方案遷移運(yùn)用到類似問題中，從而使問題解決過程自動(dòng)化（Jeannette， 2006）。簡(jiǎn)言之，計(jì)算思維教育關(guān)注的是計(jì)算本身，研究一個(gè)問題中哪些可以計(jì)算并且怎樣進(jìn)行計(jì)算，是對(duì)數(shù)學(xué)思維和工程思維的補(bǔ)充。計(jì)算思維教育的基本理念是讓人能夠把實(shí)際問題轉(zhuǎn)化為可計(jì)算問題，并設(shè)計(jì)相應(yīng)的步驟讓計(jì)算機(jī)去執(zhí)行，計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)具體的運(yùn)算任務(wù)，這就是計(jì)算思維里的人機(jī)分工。而人工智能教育關(guān)注的核心之一是如何設(shè)計(jì)智能機(jī)器代替人解決實(shí)際問題，從而不再需要由人來完成計(jì)算思維中最困難的問題拆解與抽象表達(dá)。因此，兩者關(guān)注的重點(diǎn)有較大區(qū)別。

2. STEM 教育

在中小學(xué)階段，STEM教育重點(diǎn)強(qiáng)調(diào)對(duì)學(xué)生四個(gè)方面的培養(yǎng)：一是科學(xué)素養(yǎng)，即運(yùn)用科學(xué)知識(shí)（如物理、化學(xué)、生物科學(xué)和地球空間科學(xué)）理解自然界并參與影響自然界的過程;二是技術(shù)素養(yǎng)，即使用、管理、理解和評(píng)價(jià)技術(shù)的能力;三是工程素養(yǎng)，即對(duì)技術(shù)工程設(shè)計(jì)與開發(fā)過程的理解;四是數(shù)學(xué)素養(yǎng)，即學(xué)生發(fā)現(xiàn)、表達(dá)、解釋和解決多種情境下的數(shù)學(xué)問題的能力。STEM教育在發(fā)展過程中又逐漸增加了藝術(shù)、人文等素養(yǎng)（秦瑾若， 等， 2017）。STEM教育的基本理念之一是基于現(xiàn)有學(xué)科知識(shí)（科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)學(xué)科），跨學(xué)科并使用多學(xué)科的思維方式和知識(shí)解決實(shí)際問題。人工智能教育也同樣需要培養(yǎng)跨學(xué)科知識(shí)素養(yǎng)，但需要突破現(xiàn)有的學(xué)科知識(shí)和思維方式，從創(chuàng)建和實(shí)現(xiàn)類人智能機(jī)器的角度解決實(shí)際問題。

3. 機(jī)器人教育

機(jī)器人教育是指通過設(shè)計(jì)、組裝、編程、運(yùn)行機(jī)器人，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生綜合能力。機(jī)器人的構(gòu)建融合了機(jī)械原理、電子傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件及人工智能等眾多先進(jìn)技術(shù)。在中小學(xué)階段，機(jī)器人教育的形式多以搭建機(jī)器人結(jié)構(gòu)、編寫與調(diào)試控制程序、設(shè)計(jì)創(chuàng)意項(xiàng)目為主。機(jī)器人結(jié)構(gòu)、外形和配件相對(duì)固定，主要以插接積木式或標(biāo)準(zhǔn)件組合式為主。當(dāng)前的機(jī)器人教育更多強(qiáng)調(diào)通過程序設(shè)計(jì)與模塊組合完成某項(xiàng)既定任務(wù)或某個(gè)功能應(yīng)用，有時(shí)也被視為STEM教育或創(chuàng)客教育的工具（鐘柏昌， 2016）。智能機(jī)器人無疑是人工智能領(lǐng)域的重要代表成果之一，但是當(dāng)前大多數(shù)機(jī)器人教育并不涵蓋人工智能教育中應(yīng)涉及的大量基礎(chǔ)性知識(shí)和思想（如知識(shí)的推理與學(xué)習(xí)、道德與倫理等），相關(guān)的教學(xué)也不必由機(jī)器人作為載體來進(jìn)行。

4. 編程教育

編程教育主要是用編程的方法來解決問題，包括使用變量、循環(huán)、遞歸、程序調(diào)試和優(yōu)化等常見的編程概念和方法，一方面可以培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維，另一方面可以幫助學(xué)生提高程序設(shè)計(jì)的基本能力。在中小學(xué)階段，編程教育通?？梢酝ㄟ^編程游戲啟蒙、可視化圖形編程等方式開展。編程教育可以為中小學(xué)人工智能教育提供工具性支持，但不應(yīng)成為人工智能教育的主要內(nèi)容和唯一實(shí)踐形式。

5. 創(chuàng)客教育

創(chuàng)客教育的核心是支持學(xué)生開展基于創(chuàng)造的學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、自主探究，培養(yǎng)批判性思維，強(qiáng)調(diào)在解決問題的過程中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和藝術(shù)創(chuàng)作能力。在中小學(xué)教育階段，創(chuàng)客教育通常融合信息技術(shù)，以某種電腦開源硬件為平臺(tái)，進(jìn)行創(chuàng)意設(shè)計(jì)、作品開發(fā)，可以為培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力提供有效路徑（鄭燕林， 2015）。創(chuàng)客教育強(qiáng)調(diào)發(fā)展人的智能性，而中小學(xué)人工智能教育則強(qiáng)調(diào)探索和理解機(jī)器的智能性，這兩者存在本質(zhì)的區(qū)別。

（二）人工智能教育的總體定位

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，大規(guī)模、高效率、深層次的人機(jī)協(xié)同成為趨勢(shì)，同時(shí)也會(huì)帶來更為靈活、開放、聯(lián)通的社會(huì)形態(tài)，人類將進(jìn)入智能時(shí)代。智能時(shí)代對(duì)公民的能力素養(yǎng)提出了新的要求，包含人工智能在內(nèi)的信息素養(yǎng)以及對(duì)智能化社會(huì)生活方式的深度認(rèn)知，是智能時(shí)代公民所必備的（陳凱泉， 等， 2018）。新的時(shí)代需要有與之相適應(yīng)的教育。人工智能教育需要讓學(xué)生在體驗(yàn)實(shí)踐中了解“人工智能技術(shù)可以用來解決什么問題”，在理論學(xué)習(xí)中掌握“人工智能學(xué)科有哪些重要概念和思維方式”，在深入思考中體會(huì)“人工智能在解決實(shí)際問題的過程中會(huì)帶來什么新的問題”。只有在這些方面對(duì)人工智能有了較為深入的認(rèn)知，學(xué)生才能成為智能技術(shù)的駕馭者和協(xié)作者，才能主動(dòng)構(gòu)建人機(jī)協(xié)同的新型生產(chǎn)與生活關(guān)系（李政濤， 等， 2019），最終促進(jìn)技術(shù)與社會(huì)的進(jìn)一步發(fā)展。

換言之，中小學(xué)階段的人工智能課程需要促使學(xué)生樂于進(jìn)行相關(guān)的理論探索和動(dòng)手實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生重視智能技術(shù)所帶來的社會(huì)倫理與道德等問題，最終幫助學(xué)生適應(yīng)未來的智能化學(xué)習(xí)與生活方式。在當(dāng)前中小學(xué)人工智能課程的教學(xué)設(shè)計(jì)中，可以將“機(jī)器人”“編程”等作為基本工具，以“創(chuàng)意設(shè)計(jì)”“作品開發(fā)”等為補(bǔ)充形式，但人工智能教育的總體定位要遵從人工智能學(xué)科本身的知識(shí)體系、思想方法和發(fā)展趨勢(shì)。

三、中小學(xué)人工智能教育的核心內(nèi)容領(lǐng)域

當(dāng)前中小學(xué)人工智能教育經(jīng)常涉及機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、自然語言處理、機(jī)器人等多方面的內(nèi)容，并經(jīng)常以不同的組合在課堂中進(jìn)行講授。這種方式看似包含豐富的內(nèi)容，但由于缺乏對(duì)核心內(nèi)容領(lǐng)域進(jìn)行科學(xué)界定和清晰完整的描述，導(dǎo)致課程結(jié)構(gòu)松散且整體邏輯混亂，極不利于學(xué)生系統(tǒng)地學(xué)習(xí)、理解和應(yīng)用人工智能。學(xué)科教學(xué)中的核心內(nèi)容領(lǐng)域應(yīng)是該學(xué)科在理論和實(shí)踐中均已達(dá)成共識(shí)的奠基性思想表述和具有組織功能的關(guān)鍵內(nèi)容和概念。同時(shí)，核心內(nèi)容應(yīng)可以作為基礎(chǔ)工具，幫助學(xué)習(xí)者探究更復(fù)雜的本學(xué)科知識(shí)與問題，并可以與實(shí)際生活進(jìn)行關(guān)聯(lián)。

總體而言，人工智能學(xué)科的核心任務(wù)是構(gòu)建智能體（intelligent agent）。智能體是人工智能學(xué)術(shù)領(lǐng)域主要的研究對(duì)象，指能同外部環(huán)境或社會(huì)進(jìn)行自主交互的各類型實(shí)體（entity）。實(shí)體既可以是硬件形態(tài)，如服務(wù)類機(jī)器人，也可以是軟件形態(tài)，如棋類博弈程序。北京大學(xué)等高校在其人工智能課程中以“構(gòu)建完整的智能體”為核心脈絡(luò)進(jìn)行教學(xué)，課程內(nèi)容涵蓋了所需的理論與關(guān)鍵技術(shù)，章節(jié)之間彼此聯(lián)系，在課程實(shí)施中取得了良好效果（羅定生， 等， 2019）。完整講述如何構(gòu)建智能體需要涉及智能控制、知識(shí)工程、機(jī)器決策等復(fù)雜的理論和模型，顯然不適宜作為中小學(xué)階段的教學(xué)內(nèi)容。然而，可以從已經(jīng)構(gòu)建完成的智能體出發(fā)，梳理智能體所具備的多種基本能力，進(jìn)而定義適合中小學(xué)人工智能課程的核心內(nèi)容領(lǐng)域。

典型的智能體需要對(duì)外部世界進(jìn)行觀察和理解，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行新知識(shí)的生成和學(xué)習(xí)，最終通過多種方式與外部世界完成交流。智能體具備的這些基本能力可以簡(jiǎn)單概括為“感知”“推理”“學(xué)習(xí)”“決策”“交互”。這些基本能力的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)涵蓋了當(dāng)前人工智能的大多數(shù)子領(lǐng)域，也有一定的理論和實(shí)踐深度。同時(shí)，這些基本能力已廣泛應(yīng)用于社會(huì)日常生活之中，是讓學(xué)生了解人工智能的絕佳入口和接觸更抽象理論模型的有力支撐。這些基本能力兼具學(xué)科顯著性、可解釋性與一般性，且可與生活實(shí)際緊密關(guān)聯(lián)，適合作為中小學(xué)階段人工智能學(xué)科的核心內(nèi)容領(lǐng)域。另外，隨著智能技術(shù)所帶來的社會(huì)倫理與道德問題的增多，研究者在探索逐漸增強(qiáng)智能體的道德能力，這也是智能時(shí)代人機(jī)協(xié)同的基礎(chǔ)和保障。因此，在中小學(xué)人工智能教育中也應(yīng)該將其作為智能體的基本能力引入。以上各項(xiàng)基本能力的具體闡述如下：

（一）智能體的感知

智能體使用各類傳感器，對(duì)外部世界的信息進(jìn)行采集并提取有意義的知識(shí)，使自己了解世界，具備諸如“看”“聽”等能力。如果期望智能體達(dá)到像人類一樣的感知能力，就需要讓智能體具備常識(shí)性的知識(shí)。例如，需要讓智能體了解正在“聽”的某種語言具有怎樣的語法結(jié)構(gòu)和使用習(xí)慣。如果不具備這樣的常識(shí)性知識(shí)，智能體的信息感知能力很難達(dá)到和超越人類。同時(shí)，智能體可以感知很多人類所不能或難以精確感知到的信息維度，如地理位置（GPS）、地磁方向、加速度等。智能體信息感知能力的提升，是人工智能領(lǐng)域迄今為止最重要的成就之一。該項(xiàng)能力可以被簡(jiǎn)單概括為“采集信息、了解世界”。

（二）智能體的推理

基于采集到的知識(shí)，智能體模擬人類邏輯思維和求解問題的過程，最終得到新的信息和知識(shí)。無論對(duì)于人類智能還是人工智能，推理都是智能直接且最重要的表現(xiàn)形式之一。知識(shí)推理能力是建立在已有知識(shí)基礎(chǔ)上的。例如，已知“康熙是雍正的父親”和“雍正是乾隆的父親”，那么智能體可以通過知識(shí)推理得到“康熙是乾隆的祖父”。知識(shí)通常以數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行表示和存儲(chǔ)，便于智能體運(yùn)行相應(yīng)的算法、實(shí)現(xiàn)推理的過程。雖然智能體已經(jīng)可以進(jìn)行非常復(fù)雜的邏輯推理和問題求解，但他們目前仍然不能像人類一樣進(jìn)行創(chuàng)造性思考。很多人類輕而易舉就可以完成的推理，最先進(jìn)的人工智能推理系統(tǒng)也很難完成。該項(xiàng)能力可以被簡(jiǎn)單概括為“邏輯思維、求解問題”。

（三）智能體的學(xué)習(xí)

智能體在很多任務(wù)中，不能僅僅依靠知識(shí)推理而達(dá)成目標(biāo)，還需要通過不斷觀察客觀世界，從中尋找規(guī)律或模式，進(jìn)而改善和提高自身的性能。被觀察的客觀世界通常需要以大量數(shù)據(jù)的形式表現(xiàn)，這些數(shù)據(jù)既可以由人們提供，也可以由機(jī)器自己獲取。智能體用特定的統(tǒng)計(jì)推斷的方式找到適用于新情況的規(guī)律或模式，這個(gè)過程就是機(jī)器學(xué)習(xí)。統(tǒng)計(jì)推斷可以有很多方式，基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的方式是迄今為止最接近人類大腦學(xué)習(xí)機(jī)制的一種。該項(xiàng)能力可以被簡(jiǎn)單概括為“觀察世界、尋找規(guī)律”。

（四）智能體的決策

智能體在行動(dòng)之前需要設(shè)定“特定目標(biāo)”，并為達(dá)到該目標(biāo)做出決定或選取具體方案。人類的決策通常是一種認(rèn)知過程，可以根據(jù)個(gè)人信念或綜合考慮各項(xiàng)因素而完成，而智能體則需要設(shè)計(jì)和量化特定的目標(biāo)，然后根據(jù)該既定目標(biāo)和環(huán)境信息計(jì)算出當(dāng)前最優(yōu)的決策結(jié)果。做出高質(zhì)量的決策，無論對(duì)于人類還是智能體來說，都不是一件容易的事情。例如，著名的“囚徒困境”問題就反映了即使個(gè)體做出理性的決策，也可能導(dǎo)致在集體層面上非理性的結(jié)果。該項(xiàng)能力可以被簡(jiǎn)單概括為“權(quán)衡利弊、做出決定”。

（五）智能體的交互

智能體需要用人類可以理解并感到舒適的方式與外部進(jìn)行溝通和交流。這就要求其可以全方位理解人類，包括理解人類復(fù)雜的自然語言、多變的情緒以及隱含的想法或意圖。這種能力即使對(duì)于很多正常人來說也并不完全具備，因此構(gòu)建智能體的交互能力，尤其是與人類進(jìn)行自然交互的能力，是人工智能領(lǐng)域最具挑戰(zhàn)性的問題之一。當(dāng)前的各種智能音箱和智能助理（如蘋果手機(jī)的Siri）等，都是智能體與人類進(jìn)行自然交互的重要嘗試。但智能體的交互能力目前仍停留在初級(jí)階段，其自然交流和溝通的能力可能只相當(dāng)于幼兒的水平。該項(xiàng)能力可以被簡(jiǎn)單概括為“理解人類、溝通交流”。

（六）智能體的道德

各類智能體正在讓我們的生活和工作更加方便和高效，但同時(shí)也可能給我們的社會(huì)帶來負(fù)面影響和危害。例如，智能體無法保證決策或行動(dòng)百分之百的準(zhǔn)確，也可能會(huì)侵犯?jìng)€(gè)人的隱私和數(shù)據(jù)安全，其從人類社會(huì)學(xué)習(xí)到的知識(shí)可能帶有選擇性的“歧視”或非故意的“偏見”等。因此，需要引導(dǎo)學(xué)生深入認(rèn)識(shí)和討論這些問題，并從道德層面對(duì)智能體進(jìn)行設(shè)計(jì)和約束，從而對(duì)其行為進(jìn)行規(guī)范，使智能體具備符合人類社會(huì)標(biāo)準(zhǔn)的道德能力。該項(xiàng)能力可以被簡(jiǎn)單概括為“公平安全、摒棄偏見”。

綜上所述，本研究提出現(xiàn)階段我國(guó)中小學(xué)人工智能教育的六個(gè)核心內(nèi)容領(lǐng)域，即“智能體的感知”“智能體的推理”“智能體的學(xué)習(xí)”“智能體的決策”“智能體的交互”“智能體的道德”。所提出的每個(gè)內(nèi)容領(lǐng)域都易于中小學(xué)階段學(xué)生的理解和掌握，且有一定的理論和實(shí)踐深度，可以幫助學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)更抽象和復(fù)雜的人工智能理論與概念。在此基礎(chǔ)上，當(dāng)前中小學(xué)人工智能教育的目標(biāo)可以被簡(jiǎn)單概括為“了解人工智能的基本能力并認(rèn)識(shí)它的正面和負(fù)面影響”。圖1給出了上述各項(xiàng)核心內(nèi)容領(lǐng)域以及其與中小學(xué)人工智能教育目標(biāo)的關(guān)系示意圖。

四、基于核心內(nèi)容領(lǐng)域的課程設(shè)計(jì)基本原則

基于以上提出的核心內(nèi)容領(lǐng)域，本研究提出人工智能課程設(shè)計(jì)的三條基本原則，希望有助于組織和規(guī)范教學(xué)內(nèi)容，更加科學(xué)合理地構(gòu)建當(dāng)前中小學(xué)人工智能課程體系。

（一）強(qiáng)調(diào)核心內(nèi)容的掌握：求基不求全，求實(shí)不求新

人工智能學(xué)科涵蓋了計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、神經(jīng)科學(xué)、心理學(xué)、控制科學(xué)、語言學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)和哲學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域，學(xué)科跨度大且覆蓋范圍廣。在人工智能學(xué)科中相當(dāng)數(shù)量的算法和模型，需要較深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)積累才能完全理解和掌握，如大部分機(jī)器學(xué)習(xí)模型依靠?jī)?yōu)化算法進(jìn)行訓(xùn)練，而即使優(yōu)化算法中較簡(jiǎn)單的隨機(jī)梯度下降法也需要微積分與隨機(jī)過程等高等數(shù)學(xué)知識(shí)。同時(shí)，當(dāng)前人工智能領(lǐng)域知識(shí)正處在快速演進(jìn)和革新的過程之中，幾乎每個(gè)月都有舊知識(shí)被替代或者淘汰。另外，與傳統(tǒng)學(xué)科（如數(shù)學(xué)、物理等）不同，人工智能領(lǐng)域的很多新理論和新知識(shí)還沒有經(jīng)過長(zhǎng)期的實(shí)踐檢驗(yàn)，缺乏經(jīng)典性和穩(wěn)定性。例如，當(dāng)前對(duì)于深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（deep neural network）的理解正在被快速發(fā)展的可解釋人工智能（explainable artificial intelligence）所改變。因此，中小學(xué)階段的人工智能教育，應(yīng)該讓學(xué)生掌握人工智能學(xué)科中的核心內(nèi)容，而不能急于將大量仍處于探索階段或深?yuàn)W難懂的人工智能知識(shí)搬進(jìn)課堂，陷入盲目“求新”或“求全”的誤區(qū)中。

（二）以核心內(nèi)容領(lǐng)域?yàn)橹骶€：橫向聯(lián)系，縱向連續(xù)

中小學(xué)階段人工智能的課程內(nèi)容之間不應(yīng)該是相互獨(dú)立的，在教學(xué)中突出不同核心內(nèi)容領(lǐng)域的同時(shí)，需要強(qiáng)調(diào)內(nèi)容領(lǐng)域間的橫向聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生的系統(tǒng)思維。要使學(xué)生能夠逐步認(rèn)識(shí)到不同內(nèi)容領(lǐng)域之間的內(nèi)在聯(lián)系和相互關(guān)系，由淺入深，促進(jìn)學(xué)生的知識(shí)整合與遷移，使學(xué)生能夠綜合運(yùn)用所學(xué)的屬于不同內(nèi)容領(lǐng)域的人工智能知識(shí)，進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)際問題的解決。在實(shí)際教學(xué)中可以將“智能體或智能機(jī)器如何完成（某項(xiàng)）任務(wù)”作為主題，以核心內(nèi)容領(lǐng)域?yàn)橹骶€，逐步講解感知、推理、決策、學(xué)習(xí)、交互和道德等核心領(lǐng)域，促進(jìn)學(xué)生對(duì)人工智能進(jìn)行系統(tǒng)化的深入學(xué)習(xí)。

（三）圍繞核心內(nèi)容領(lǐng)域展開：步步進(jìn)階，逐層分解

隨著學(xué)生年級(jí)的逐步提高，數(shù)學(xué)、信息技術(shù)等學(xué)科學(xué)習(xí)的更加深入，學(xué)生的理解認(rèn)知能力、邏輯思維能力和實(shí)踐應(yīng)用能力均會(huì)有所提升。圍繞已經(jīng)確立的內(nèi)容領(lǐng)域，中小學(xué)人工智能教育可以有針對(duì)性地對(duì)每個(gè)學(xué)段的學(xué)生制定符合其認(rèn)知規(guī)律的具體教學(xué)內(nèi)容和目標(biāo)，不同學(xué)段之間的教學(xué)目標(biāo)要有明顯的區(qū)分和承接。例如在小學(xué)階段對(duì)于內(nèi)容領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，主要以體驗(yàn)和討論為主，在初中階段則更多側(cè)重于理解和動(dòng)手實(shí)踐這些內(nèi)容領(lǐng)域。同時(shí)，在中小學(xué)階段課程實(shí)施過程中要強(qiáng)調(diào)將復(fù)雜的“黑匣化”的智能體的工作過程，進(jìn)行逐層分解、分層次地向?qū)W生進(jìn)行傳授，并盡量借助生活中可以接觸到的實(shí)例進(jìn)行教學(xué)，讓學(xué)生容易接受并產(chǎn)生使用和深入探索的興趣。在具體教學(xué)實(shí)施過程中，引導(dǎo)性案例的講授應(yīng)以為學(xué)生提供思路為主，盡量避免讓學(xué)生機(jī)械模仿，要激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考的意識(shí)。如表1所示，本研究選取了三個(gè)核心內(nèi)容領(lǐng)域，給出了分學(xué)段進(jìn)階教學(xué)的部分示例。在實(shí)際教學(xué)中，可以在知識(shí)層面與實(shí)踐層面做進(jìn)一步擴(kuò)展。

五、總結(jié)與展望

我國(guó)人工智能教育在中小學(xué)階段的研究和實(shí)踐仍處于起步階段，當(dāng)前面臨課程定位模糊、教學(xué)內(nèi)容分化、學(xué)科體系與資源龐雜等現(xiàn)實(shí)問題。本研究面向中小學(xué)教育階段，首先對(duì)國(guó)內(nèi)外人工智能教育的現(xiàn)狀進(jìn)行了較深入調(diào)研，將人工智能教育與現(xiàn)有的相關(guān)教育進(jìn)行了系統(tǒng)比較和辨析，并從智能時(shí)代對(duì)公民素養(yǎng)要求的角度闡述了中小學(xué)人工智能課程的總體定位。在此基礎(chǔ)上，基于人工智能學(xué)科本身的知識(shí)體系與思想方法，本研究提出了適用于中小學(xué)階段人工智能教育的六個(gè)核心內(nèi)容領(lǐng)域。圍繞這些內(nèi)容領(lǐng)域，進(jìn)一步探討了課程設(shè)計(jì)的基本原則。為更好地開展中小學(xué)人工智能教育，本研究提出以下建議：

1. 自上而下：開展協(xié)同育人，培養(yǎng)專業(yè)師資

相關(guān)政府部門可以聯(lián)合高校專家團(tuán)隊(duì)、行業(yè)協(xié)會(huì)、科技企業(yè)、一線中小學(xué)等共同組成工作組，發(fā)揮各方優(yōu)勢(shì)，從課程內(nèi)容設(shè)計(jì)、資源平臺(tái)開發(fā)、教師培養(yǎng)培訓(xùn)等方面進(jìn)行規(guī)范化與系統(tǒng)化建設(shè)。政府部門進(jìn)行總體規(guī)劃，高校專家團(tuán)隊(duì)與行業(yè)協(xié)會(huì)提供理論和實(shí)踐指導(dǎo)，有資質(zhì)的科技企業(yè)承擔(dān)平臺(tái)與工具的開發(fā)。同時(shí)，針對(duì)當(dāng)前大多數(shù)中小學(xué)一線信息技術(shù)教師尚不具備人工智能學(xué)科基本知識(shí)和素養(yǎng)的現(xiàn)狀，開展大規(guī)模在職教師培訓(xùn)，并積極變革教育技術(shù)專業(yè)師范生培養(yǎng)方案。另外，可以搭建多種形式的國(guó)際交流平臺(tái)，鼓勵(lì)不同層次骨干人才開展國(guó)際交流、研討與合作，以促進(jìn)本學(xué)科先進(jìn)教學(xué)理念的傳播和成果分享，從而提高我國(guó)人工智能教育人才的整體水平。

2. 自下而上：挖掘典型成果，輻射帶動(dòng)區(qū)域

開展全國(guó)性的征選評(píng)選，挖掘來自一線的人工智能教育成果，包括課程體系、創(chuàng)新項(xiàng)目、綜合實(shí)踐活動(dòng)、研究型學(xué)習(xí)活動(dòng)等多種形式，積極評(píng)選示范區(qū)、示范校、示范班與示范教師，并開展線上線下宣傳和交流分享活動(dòng)。在此過程中，對(duì)不科學(xué)、不規(guī)范、不合理的課程和工具資源進(jìn)行整改與規(guī)范。最終可以將優(yōu)質(zhì)教案、資源、課堂實(shí)錄等加工整理形成體系化、結(jié)構(gòu)化的案例集、資源庫(kù)、教案庫(kù)，免費(fèi)向社會(huì)和一線教師開放，并在大規(guī)模教學(xué)實(shí)踐中持續(xù)迭代與優(yōu)化，最終構(gòu)建具有中國(guó)特色的國(guó)家級(jí)中小學(xué)人工智能教育共享與示范平臺(tái)。

“教育是人類應(yīng)對(duì)人工智能挑戰(zhàn)的根本力量”（曹培杰， 2018），在中小學(xué)階段科學(xué)、合理地設(shè)計(jì)和開展人工智能課程，不僅可以幫助學(xué)生應(yīng)對(duì)智能時(shí)代的變革和挑戰(zhàn)，也是國(guó)家培養(yǎng)高科技人才及應(yīng)對(duì)國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的迫切需要。因此，需要教育領(lǐng)域與人工智能領(lǐng)域的研究者和實(shí)踐者共同努力，為我國(guó)中小學(xué)人工智能教育的健康、有序發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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收稿日期：2021-01-08

定稿日期：2021-01-29

作者簡(jiǎn)介：盧宇，博士，副教授，博士生導(dǎo)師;宋佳宸，碩士研究生;余勝泉，博士，教授，博士生導(dǎo)師。北京師范大學(xué)未來教育高精尖創(chuàng)新中心（100875）。

湯筱玙，碩士研究生，北京師范大學(xué)教育技術(shù)學(xué)院（100875）。

責(zé)任編輯 劉 莉