開蒙啟智 嵌入融合——論人工智能教育的定位與實施策略

李 巖

在互聯(lián)的環(huán)境日漸形成，大數(shù)據(jù)、云計算等技術(shù)日益發(fā)展的基礎(chǔ)上，歷經(jīng)半個世紀(jì)的人工智能科學(xué)研究在近十年取得重大突破，迎來又一個春天。人工智能技術(shù)迅速而又廣泛的應(yīng)用，對人類社會產(chǎn)生了重大且深遠的影響。在政策引導(dǎo)、多方參與和基層探索中，人工智能教育呈蓬勃之勢。但由于定位模糊，義務(wù)教育階段人工智能教育內(nèi)容分化、形式紛繁、目標(biāo)模糊等問題較為突出。在國家課程框架下厘清定位成為人工智能教育的當(dāng)務(wù)之急。

潮起浪涌的人工智能教育

人工智能的發(fā)展始終受到國家的高度關(guān)注，寫入了2016年“十三五”規(guī)劃綱要和2017年全國兩會政府工作報告?！缎乱淮斯ぶ悄馨l(fā)展規(guī)劃》《教育信息化2.0行動計劃》等宏觀政策發(fā)布，課程政策持續(xù)跟進，中小學(xué)人工智能教育潮頭漸起。

人工智能展現(xiàn)出的強大能力和美好前景，為人工智能教育描繪了一個由技術(shù)價值向教育市場拓展的藍海，引來眾多資本參與。涵蓋科普教育、科創(chuàng)競技、社團活動、課程教學(xué)等，人工智能教育的市場迅速擴展，推動人工智能教育在校外和校內(nèi)展開。

2019年教育部裝備中心、中央電教館發(fā)布相關(guān)研究成果，組織實驗校開展課程教學(xué)探路。北京、上海、溫州、南京、廣州、青島等較早開展區(qū)域探索，初具規(guī)模。一批學(xué)校先行實驗，結(jié)合自身的特點和優(yōu)勢，以不同的路徑，開展了人工智能教育教學(xué)嘗試。

應(yīng)當(dāng)說，政策引導(dǎo)、市場參與和多層級探索合力，推動了人工智能教育破冰開局。但也必須清醒地認(rèn)識到，由于政策宏觀性、市場趨利性，以及部門、區(qū)域或?qū)W校初期探索尚不完備，人工智能教育潮起浪涌之際也遇到一些問題，甚至還有魚目混珠的現(xiàn)象。

人工智能教育實施邏輯的審視

人工智能教育健康、持續(xù)地實施，有必要審視實施開展中內(nèi)容各異、形式多樣等現(xiàn)象，分析找尋其背后的邏輯。

1.體驗和應(yīng)用導(dǎo)向的“黑箱”邏輯

人工智能教育的實施多以成套的產(chǎn)品（系統(tǒng)）和日常應(yīng)用技術(shù)的體驗形式為主，滿足了學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。隨著技術(shù)發(fā)展、相關(guān)部件開源發(fā)布，如AI攝像頭、語音識別板卡等，一些開放接口的AI模型訓(xùn)練平臺推出，人工智能技術(shù)產(chǎn)品大量應(yīng)用于科創(chuàng)課程、創(chuàng)客教育、STEM教育項目，實現(xiàn)了作品智能化應(yīng)用。體驗和應(yīng)用便于實施，能展示人工智能的價值和作用，豐富學(xué)生經(jīng)驗。但人工智能被視為拿來即用的工具，其輸入與輸出是關(guān)注的重點而非內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和運作原理，在這里人工智能是一個“黑箱”。因而體驗和應(yīng)用導(dǎo)向容易受到“是不是”人工智能教育的質(zhì)疑。

2.知識系統(tǒng)主導(dǎo)的學(xué)科邏輯

人工智能作為計算機學(xué)科的一個分支，與數(shù)學(xué)、生物學(xué)、信息學(xué)等多個學(xué)科深度交叉。有學(xué)者建議按照美國“K-12人工智能教學(xué)指南”的五個主題：“感知、表示和推理、機器學(xué)習(xí)、人機交互、社會影響”組織實施。也有部分中小學(xué)或有專業(yè)的師資，或與高?？蒲袡C構(gòu)合作，選擇預(yù)測、分類、機器學(xué)習(xí)、圖像識別、語音識別等基礎(chǔ)知識板塊和典型應(yīng)用等組織教學(xué)。上述的框架雖有組織視角的不同，但基于人工智能學(xué)科嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捏w系，保持學(xué)科知識專業(yè)性是兩者的共同特點，其目的是讓學(xué)生“知其所以然”。與新修訂的高中信息技術(shù)課程“人工智能初步”模塊相比，更為強調(diào)人工智能學(xué)科的邏輯。這不僅有教學(xué)實施的難度，也有專業(yè)教育之嫌。

3.編程發(fā)展計算思維的邏輯

以編程為主要形式的人工智能教育，在中小學(xué)校尤其是校外培訓(xùn)目前最為普遍。學(xué)生通過學(xué)習(xí)編程語言規(guī)范、基本概念和基礎(chǔ)方法，進行圖形化或代碼編程實驗，訓(xùn)練智能模型并調(diào)用識別手勢、手寫字體或語音控制等，鍛煉程序設(shè)計的基本能力。學(xué)生經(jīng)歷編程解決問題的過程，體悟按計算機科學(xué)的概念、方式對復(fù)雜問題進行分解、抽象、概括、算法設(shè)計、評估，進而加以解決的計算思維，在循環(huán)、遞歸、迭代等編程活動中發(fā)展計算思維。計算思維是信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)的重要構(gòu)成，編程是信息技術(shù)學(xué)科的重要內(nèi)容和學(xué)習(xí)形式。編程發(fā)展計算思維對人工智能教育有支持作用，但它們聚焦的核心確有顯著的差異，無法替代。

開蒙啟智的人工智能教育定位

教育的使命是面向?qū)W生未來發(fā)展，義務(wù)教育階段實施人工智能教育應(yīng)啟蒙理性，培養(yǎng)智能時代的公民而非技術(shù)的“操作員”；應(yīng)啟迪智慧，培養(yǎng)學(xué)生人工智能思維和問題解決方法而非學(xué)科的“專業(yè)人”；應(yīng)啟示威脅，明晰人工智能帶來的影響和挑戰(zhàn)，不做智能時代的“旁觀者”。

1.啟蒙：培養(yǎng)智能時代的理性公民

今天，中小學(xué)生在體驗和享受指紋解鎖、人臉識別、聽歌識曲、看花知名、掃圖成文等日常的應(yīng)用服務(wù)中，常常為人工智能技術(shù)的神奇所驚嘆，被技術(shù)的“魅力”所吸引，容易形成片面認(rèn)知，對技術(shù)產(chǎn)生“膜拜”。這也正是“黑箱”邏輯潛在的最大弊端。教師應(yīng)該通過人工智能發(fā)展的歷程、典型技術(shù)和人物的介紹，引導(dǎo)學(xué)生確立人是技術(shù)創(chuàng)新主體的觀念，適度打開人工智能的“黑箱”，學(xué)習(xí)人工智能科學(xué)的基礎(chǔ)知識、基本原理，在知識上“去昧”，應(yīng)用人工智能技術(shù)時主動選擇、比較不同的產(chǎn)品，在觀念上“祛魅”，經(jīng)過啟蒙而成為未來智能時代的理性公民。

2.啟迪：汲取人工智能思維和問題解決方法的智慧

人工智能以數(shù)據(jù)為學(xué)習(xí)對象，運用機器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)等方式訓(xùn)練生成諸如分類、識別乃至于推理、類人化交互等智能模型，不僅有實用的工具價值，還有豐厚的教育價值。教師要引導(dǎo)學(xué)生走進監(jiān)督學(xué)習(xí)等可行的典型性技術(shù)實踐，體悟人工智能思維和解決問題的智慧，了解其不同于工業(yè)經(jīng)濟時代強調(diào)因果關(guān)系的確定性思維模式，也不同于互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟大數(shù)據(jù)的計算思維模式。教師要讓學(xué)生感受人工智能以動態(tài)的世界中不確定性問題的解決為目標(biāo)，人工智能思維超越確定性思維和計算思維，在既有常識和邏輯規(guī)則框架下，發(fā)現(xiàn)并形成一套知識表征的觀念及相應(yīng)的推理引擎，如圍棋的新定式、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測等，生成新知識觀念、新規(guī)則框架，從而為復(fù)雜的、不確定性的問題解決開創(chuàng)新的思維模式、提供更強大的工具。這樣的啟迪對發(fā)展中小學(xué)生的世界觀、知識觀、技術(shù)觀，促進其智慧生長大有裨益。

3.啟示：認(rèn)識人工智能發(fā)展應(yīng)用的影響和潛在威脅

如今，人工智能的廣泛應(yīng)用對工作崗位產(chǎn)生了巨大影響，形成就業(yè)與轉(zhuǎn)業(yè)問題，如機器人代替流水線上的工人、無人駕駛在區(qū)域試行已經(jīng)成為現(xiàn)實等。人們使用信息化設(shè)備檢索信息、計算判斷、決策選擇，背后的人工智能系統(tǒng)可能會構(gòu)建一個“信息蠶房”，讓人們陷落在人為構(gòu)造的智能系統(tǒng)之中，引發(fā)人與智能技術(shù)之間的多元主體關(guān)系的混亂。近期，國家處罰了一些運用人工智能算法“殺熟”牟利的大型壟斷平臺。國外一些不法分子采用“人臉交換”智能技術(shù)，制造假視頻和假新聞引發(fā)重大輿情，負面影響巨大。信息時代個體的行為信息被各種傳感器大量精準(zhǔn)地獲取并云端存儲，成為人工智能系統(tǒng)分析的“素材”，對個體的所有數(shù)據(jù)進行關(guān)聯(lián)分析和推理，將導(dǎo)致個體的隱私無處可藏。信息一旦泄漏，個人和家庭的日常生活、財產(chǎn)、社會聲譽甚至安全等出現(xiàn)重大的風(fēng)險敞口。人工智能教育應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生，關(guān)注身邊人工智能技術(shù)濫用的危險，警惕人工智能的數(shù)據(jù)采集與分析引發(fā)的隱私泄漏等風(fēng)險，以主體的身份參與智能技術(shù)的評價、選擇，成為智能時代的共建者。

嵌入融合的人工智能教育實施策略

1.立足人工智能教育議題的特點

人工智能教育是當(dāng)代的教育議題之一，關(guān)乎每一位學(xué)生，為走進智能時代的未來社會奠基，所以人工智能教育應(yīng)該普及。人工智能科學(xué)研究和技術(shù)迭代發(fā)展迅猛，因此人工智能教育的內(nèi)容、載體、技術(shù)路徑等有較強的動態(tài)性。人工智能是一門交叉綜合的學(xué)科，我們要挖掘?qū)W科交叉點，發(fā)揮綜合教學(xué)的價值。其落地實施要以學(xué)生為本，依據(jù)啟蒙理性、啟迪智慧、啟示威脅的定位，對人工智能的知識框架、技術(shù)線路等內(nèi)容加以選擇，設(shè)定適合的要求。把握人工智能教育的普及性、動態(tài)性、綜合性和選擇性，是制定實施策略的前提。

2.嵌入關(guān)聯(lián)的國家課程

日前，教育部在回復(fù)政協(xié)的中小學(xué)人工智能教育提案中明確指出，人工智能的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容在科學(xué)、信息技術(shù)、綜合實踐活動等課程中有呈現(xiàn)。學(xué)校應(yīng)加強教師人工智能專業(yè)知識培訓(xùn)，開展專項技術(shù)產(chǎn)品和平臺的實訓(xùn)，強化普及性的編程和應(yīng)用人工智能的實踐教學(xué)。

不僅如此，由于人工智能與數(shù)學(xué)、生物等國家課程密切關(guān)聯(lián)，如機器學(xué)習(xí)中線性回歸和基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計的分類與數(shù)學(xué)課程、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理與生物課程等，人工智能教育需要發(fā)揮知識交叉綜合的優(yōu)勢，將基礎(chǔ)概念、基本原理嵌入到關(guān)聯(lián)課程的相關(guān)內(nèi)容中，既為國家課程學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)了人工智能的情境，促進知識的理解和應(yīng)用，又為人工智能開蒙去昧，認(rèn)識基本原理、體悟思想找到扎實的基礎(chǔ)。

3.融合學(xué)校的其他課程

人工智能的科學(xué)原理、技術(shù)手段和社會應(yīng)用等還與學(xué)生的多個學(xué)習(xí)領(lǐng)域相關(guān)，學(xué)校應(yīng)加以整體設(shè)計，在諸多課程中融合人工智能教育。如在語文課程上開設(shè)人與智能設(shè)備關(guān)聯(lián)的科技文學(xué)作品閱讀及寫作，歷史課程中回溯技術(shù)變革、展望發(fā)展帶來的深刻社會影響，道德與法治課程中角色扮演，揭示人工智能應(yīng)用帶來的道德和倫理挑戰(zhàn)等。學(xué)校要從科技和人文等多個視角，為中小學(xué)生人工智能教育啟蒙，奠定知識技能、思想方法和道德責(zé)任的基礎(chǔ)。

4.開展技術(shù)實踐賦能學(xué)生特長發(fā)展

對于學(xué)有余力并有志于人工智能探究學(xué)習(xí)的部分學(xué)生，項目或問題式教學(xué)是個有效的策略。如水果無人零售項目是學(xué)校人工智能校本課程的一個專題，學(xué)生們經(jīng)歷人工智能模型訓(xùn)練的一般過程：采集整理一定量的各種水果圖片，手動標(biāo)注水果類別的標(biāo)簽，選取通用的目標(biāo)分類算法，借助人工智能平臺訓(xùn)練水果識別模型，驗證評估模型識別性能；了解機器學(xué)習(xí)的基本類型，理解監(jiān)督學(xué)習(xí)的原理，認(rèn)識線預(yù)測和分類的基本算法，體會機器從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)規(guī)律和事物特征的奧秘；再結(jié)合開源的軟硬件裝置，編程調(diào)用智能模型，解決智能識別水果自動稱重計價，實現(xiàn)無人零售的功能。在技術(shù)實踐中，專業(yè)的原理滲透在問題解決的過程中，分專題漸進學(xué)習(xí)相關(guān)的專業(yè)知識，基礎(chǔ)知識技能和基本方法與項目問題實際解決相結(jié)合，編程調(diào)試、項目作品制作等一系列綜合性的學(xué)習(xí)活動，賦能學(xué)生的特長發(fā)展，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。

總之，人工智能教育應(yīng)面向每一位中小學(xué)生，結(jié)合學(xué)校課程教學(xué)的實際，開蒙啟智普及展開；立足國家課程框架，采取嵌入與融合等切實策略有效實施，為智能時代培養(yǎng)有理性、有智慧和有道德責(zé)任的公民。