綜合實(shí)踐活動(dòng)視角下的高中人工智能教育創(chuàng)新實(shí)踐

姜正梅

摘要：本文針對(duì)高中如何實(shí)施人工智能教育進(jìn)行實(shí)踐研究，分析了采取課程化行動(dòng)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(jià)值，構(gòu)建了融合型人工智能主題綜合實(shí)踐活動(dòng)框架，開展了以網(wǎng)絡(luò)檢索、考察探究、設(shè)計(jì)制作、職業(yè)體驗(yàn)為形式的人工智能主題綜合實(shí)踐單元教學(xué)實(shí)踐，并將學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)融入高中學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)實(shí)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(jià)值體認(rèn)、智能社會(huì)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(shí)和能力。

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

人工智能是信息社會(huì)一個(gè)重要的維度，在強(qiáng)調(diào)教育立德樹人、加強(qiáng)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(huì)合格公民的培養(yǎng)，不可或缺。我國提出了實(shí)施全民智能教育項(xiàng)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(shí)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(shí)踐活動(dòng)課程實(shí)施視角，探索了高中實(shí)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(dòng)

2019年舉行的國際人工智能與教育大會(huì)形成的《北京共識(shí)》提出，“教育系統(tǒng)須預(yù)測(cè)和培養(yǎng)人工智能時(shí)代人人所需的技能和價(jià)值觀以及不同層次的人工智能技能……采取體制化的行動(dòng)，提高社會(huì)各個(gè)層面所需的基本人工智能素養(yǎng)”。[1]基于人工智能時(shí)代和課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，筆者認(rèn)為，高中學(xué)校必須預(yù)測(cè)和培養(yǎng)人工智能時(shí)代學(xué)生所需的人工智能技能，可以采取課程化行動(dòng)，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(jìn)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(huì)工作場(chǎng)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(shí)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(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，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(píng)價(jià)的內(nèi)容”。[3]課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，確立了學(xué)校人工智能教育課程化行動(dòng)方向，為所有高中生學(xué)習(xí)人工智能創(chuàng)造了機(jī)會(huì)，有利于推動(dòng)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(dú)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(jìn)行設(shè)置，其“選擇性必修”的定位則會(huì)導(dǎo)致“不選則不修”。因此，人工智能教育的課程化行動(dòng)，需要建立在科學(xué)制訂課程目標(biāo)、精心設(shè)計(jì)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(shí)代不同，社會(huì)對(duì)人才素養(yǎng)的要求也不一樣，人工智能時(shí)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(rèn)為，學(xué)生智能素養(yǎng)是在人工智能時(shí)代對(duì)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的時(shí)代發(fā)展，是對(duì)核心素養(yǎng)中的“信息意識(shí)”在人工智能時(shí)代的進(jìn)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(shí)代的素養(yǎng)?；诤诵乃仞B(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(shí)、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(shí)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(shí)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(shí)代對(duì)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(gè)性化發(fā)展層面。

2.精心設(shè)計(jì)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(shí)施，人工智能課程可能會(huì)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(rèn)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(dú)立思考、問題解決、實(shí)踐和創(chuàng)新創(chuàng)造能力，可以依據(jù)認(rèn)識(shí)、體驗(yàn)、理解、創(chuàng)新創(chuàng)造的認(rèn)知規(guī)律設(shè)計(jì)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(duì)高中人工智能課程內(nèi)容進(jìn)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(huì)參與三個(gè)維度，綜合表現(xiàn)為人文底蘊(yùn)、科學(xué)精神、學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)、健康生活、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、實(shí)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(duì)高中人工智能課程內(nèi)容進(jìn)行梳理，并基于三個(gè)維度、六大素養(yǎng)大致劃分教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)結(jié)合關(guān)鍵能力培養(yǎng)要求，提出了對(duì)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(shí)踐活動(dòng)，踐行智慧型人才培養(yǎng)

當(dāng)前，高中實(shí)施人工智能教育面臨課時(shí)、師資、軟硬件環(huán)境等諸多挑戰(zhàn)。研究發(fā)現(xiàn)，綜合實(shí)踐活動(dòng)作為國家必修課程有遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于信息技術(shù)必修課的課時(shí)，課程內(nèi)容是學(xué)校和教師基于學(xué)生發(fā)展的實(shí)際需求去設(shè)計(jì)活動(dòng)主題和具體內(nèi)容，其實(shí)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(jìn)行自主、合作、探究學(xué)習(xí)，對(duì)教師的學(xué)科知識(shí)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(shí)踐活動(dòng)方式開展人工智能教育，可以緩解課時(shí)、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(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和實(shí)踐操作性。

1.建構(gòu)融合型的人工智能主題綜合實(shí)踐活動(dòng)實(shí)施框架

根據(jù)上文對(duì)高中實(shí)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(shí)踐活動(dòng)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(shí)踐活動(dòng)課程考察探究、設(shè)計(jì)制作、職業(yè)體驗(yàn)等活動(dòng)方式，開展人工智能主題綜合實(shí)踐活動(dòng)單元教學(xué)實(shí)踐，建構(gòu)了如圖2所示的人工智能主題綜合實(shí)踐活動(dòng)實(shí)施框架，以期讓學(xué)生在親歷和體驗(yàn)中建構(gòu)人工智能知識(shí)，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(shí)踐活動(dòng)單元教學(xué)

基于人工智能主題綜合實(shí)踐活動(dòng)實(shí)施框架，筆者進(jìn)行了基于單元教學(xué)方式的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)（如下頁表2），并開展了教學(xué)實(shí)踐。

（1）網(wǎng)絡(luò)檢索，初識(shí)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(shí)），網(wǎng)絡(luò)檢索成為師生獲取相關(guān)知識(shí)的共同的、重要的途徑。面對(duì)人工智能師資隊(duì)伍還不成熟的客觀現(xiàn)實(shí)，教師可充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，發(fā)揮其主觀能動(dòng)性開展人工智能信息檢索活動(dòng)，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(shí)，讓學(xué)生親歷獲取人工智能知識(shí)的過程與方法，這是一種可行的教學(xué)方式。在活動(dòng)實(shí)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(jìn)實(shí)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(shí)代人類怎么學(xué)習(xí)三個(gè)活動(dòng)分層遞進(jìn)實(shí)施。通過本單元學(xué)習(xí)，學(xué)生學(xué)會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)媒體獲取信息，形成對(duì)人工智能的定義、發(fā)展、技術(shù)、應(yīng)用及價(jià)值等基礎(chǔ)知識(shí)的初步印象，同時(shí)也會(huì)產(chǎn)生進(jìn)一步探究運(yùn)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(dòng)自適應(yīng)未來學(xué)習(xí)與建構(gòu)人工智能知識(shí)，有利于提升信息意識(shí)和認(rèn)知能力。

（2）考察探究，理解人工智能

學(xué)習(xí)人工智能知識(shí)，不能只通過網(wǎng)絡(luò)或書刊搜集資料而回避或者遠(yuǎn)離學(xué)生生活實(shí)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(shí)地考察、調(diào)查、實(shí)驗(yàn)（體驗(yàn)）等活動(dòng)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(yàn)的過程中，感受科學(xué)探究的快樂與成長。本單元可分三個(gè)階段六個(gè)關(guān)鍵要素設(shè)計(jì)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(gè)活動(dòng)進(jìn)行實(shí)施。

下面以“探尋機(jī)器翻譯應(yīng)用”為例進(jìn)行簡要說明。①活動(dòng)一（研究性學(xué)習(xí)）：探尋機(jī)器翻譯應(yīng)用研究。首先，教師指導(dǎo)學(xué)生針對(duì)探尋機(jī)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(jì)劃與方案。然后，教師組織學(xué)生按方案采取行動(dòng)，通過查閱文獻(xiàn)資料、觀察、問卷、訪談、體驗(yàn)等途徑，獲取機(jī)器翻譯應(yīng)用所需要的資料信息。最后，學(xué)生對(duì)搜集到的資料信息進(jìn)行組織和加工處理，得出機(jī)器翻譯應(yīng)用相關(guān)結(jié)構(gòu)，并形成研究性學(xué)習(xí)報(bào)告。此活動(dòng)可分成四個(gè)任務(wù)分步實(shí)施：提出問題，設(shè)計(jì)研究方案;調(diào)查研究，獲取應(yīng)用證據(jù);體驗(yàn)應(yīng)用，解釋翻譯原理;總結(jié)梳理，撰寫研究報(bào)告。②活動(dòng)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(bào)、板報(bào)、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(huì)，并進(jìn)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(píng)價(jià)。本單元的考察探究活動(dòng)，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(shí)，增強(qiáng)了信息加工與表達(dá)的能力，建構(gòu)了人工智能應(yīng)用領(lǐng)域、場(chǎng)景和技術(shù)等智能知識(shí)，有利于培養(yǎng)學(xué)生信息意識(shí)、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(jì)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(yàn)，可基于真實(shí)情境與問題解決，開展編程、機(jī)器人制作、數(shù)據(jù)分析案例或項(xiàng)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(jìn)行創(chuàng)意表達(dá)，提升學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造和計(jì)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(jì)制作活動(dòng)。面向全體學(xué)生可以開展體驗(yàn)用人工智能開發(fā)或創(chuàng)作工具進(jìn)行簡單數(shù)字化作品創(chuàng)作活動(dòng)，而對(duì)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(chǎng)景解決方案、制作人工智能機(jī)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(jìn)階篇分層設(shè)計(jì)體驗(yàn)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(dá)兩類活動(dòng)，完成基礎(chǔ)篇任務(wù)之后，學(xué)生可按需選擇參與進(jìn)階篇活動(dòng)。本單元的設(shè)計(jì)制作活動(dòng)，讓學(xué)生初步了解通過編程實(shí)現(xiàn)人工智能創(chuàng)意的過程，有利于培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維、實(shí)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(yàn)，體悟人工智能

新高考改革，教育關(guān)注轉(zhuǎn)向?qū)W生個(gè)人的未來發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生將學(xué)習(xí)與社會(huì)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(duì)人工智能迅猛發(fā)展帶來的社會(huì)變革和未來職業(yè)變遷，學(xué)生主動(dòng)提前了解未來職業(yè)意義重大。對(duì)于本單元活動(dòng)，教師可組織學(xué)生開展職業(yè)論壇等活動(dòng)，學(xué)生可利用課余或寒暑假空閑時(shí)間開展崗位體驗(yàn)實(shí)踐活動(dòng)，在體驗(yàn)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(yàn)角度開展學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生體驗(yàn)人工智能職業(yè)角色，增強(qiáng)實(shí)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(shí)、信息社會(huì)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(píng)價(jià)開展學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

人工智能課程具有很強(qiáng)的實(shí)操性，學(xué)生經(jīng)歷學(xué)習(xí)的過程就是評(píng)價(jià)的重要依據(jù)，學(xué)?？梢圆捎秒娮幼髌窓n案袋、學(xué)習(xí)平臺(tái)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(shí)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(dá)成設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)內(nèi)容，建立如表3所示的評(píng)價(jià)量表，組織開展表現(xiàn)性評(píng)價(jià)和檔案袋評(píng)價(jià)等多形式的、師生都參與的多環(huán)節(jié)評(píng)價(jià)活動(dòng)。

學(xué)習(xí)活動(dòng)結(jié)束后，教師還可組織學(xué)生對(duì)主題綜合實(shí)踐活動(dòng)過程所做、所思、所獲進(jìn)行全面梳理與回顧，整理出有價(jià)值的資料，遴選具有代表性的重要活動(dòng)記錄、典型事實(shí)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(píng)價(jià)內(nèi)容要求進(jìn)行歸檔，記入學(xué)生綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)檔案，為高校招生錄取提供參考。

總之，在高中實(shí)施人工智能教育，可以幫助學(xué)生養(yǎng)成人工智能價(jià)值體認(rèn)、智能社會(huì)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(shí)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(shí)代發(fā)展的必備品格與關(guān)鍵能力。這是順應(yīng)智能時(shí)代發(fā)展人才培養(yǎng)和踐行國家實(shí)施全民智能教育戰(zhàn)略的學(xué)校主渠道實(shí)踐，可以有效促進(jìn)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(shí)踐。

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