人工智能教育的頂層設(shè)計(jì)：共識(shí)、差異與問題

鐘柏昌　詹澤慧

編者按：隨著智能技術(shù)的快速發(fā)展，人工智能已成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎。人工智能教育也被賦予迎接和應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)的重要職責(zé)并被視為一種可行途徑。當(dāng)前學(xué)術(shù)界關(guān)于人工智能教育的探討已有很多，但從國(guó)際和區(qū)域視角開展的人工智能教育的系統(tǒng)性研究并不多。為此，本刊邀請(qǐng)華南師范大學(xué)詹澤慧教授為特約主持人，與本刊共同策劃“人工智能教育”專欄系列文章。2022年第3期側(cè)重從國(guó)際視角和宏觀層面全面呈現(xiàn)國(guó)際人工智能教育應(yīng)用研究的圖景和熱點(diǎn)，并邀請(qǐng)到臺(tái)灣科技大學(xué)的黃國(guó)禎教授和嶺南大學(xué)的謝浩然副教授為本刊撰寫《人工智能教育應(yīng)用研究的全球圖景與趨勢(shì)》（黃國(guó)禎、方建文、涂蕓芳）和《人工智能賦能個(gè)性化學(xué)習(xí)：E-Learning推薦系統(tǒng)研究熱點(diǎn)與展望》（謝浩然、陳協(xié)玲、鄭國(guó)城、王富利）兩篇文章。2022年第4期將從區(qū)域視角和中觀層面深入分析中國(guó)內(nèi)地和澳門人工智能教育的開展情況，并邀請(qǐng)到華南師范大學(xué)鐘柏昌教授和澳門城市大學(xué)李樹英教授為本刊撰寫《人工智能教育的頂層設(shè)計(jì)：共識(shí)、差異與問題——基于4套標(biāo)準(zhǔn)文件的內(nèi)容分析》（鐘柏昌、詹澤慧）和《澳門中小學(xué)開展人工智能教育的經(jīng)驗(yàn)、問題與未來(lái)舉措》（李樹英）兩篇文章。4篇文章各有側(cè)重，期望能為人工智能教育的決策者、研究者和實(shí)踐者提供參考和裨益。

摘要：當(dāng)前，人工智能教育在全球范圍內(nèi)受到高度重視，各國(guó)雖然對(duì)于如何開展人工智能教育達(dá)成諸多共識(shí)，但仍未形成統(tǒng)一方案。對(duì)國(guó)內(nèi)外發(fā)布的促進(jìn)人工智能教育的頂層設(shè)計(jì)文件進(jìn)行內(nèi)容分析，挖掘其共識(shí)、明確其差異，有助于為持續(xù)優(yōu)化我國(guó)中小學(xué)人工智能教育的設(shè)計(jì)藍(lán)圖和實(shí)施路徑提供參考。通過對(duì)4套具有代表性的人工智能教育頂層設(shè)計(jì)文件進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，4份文件均包容了“人工智能與社會(huì)發(fā)展”“人工智能與人類智能”和“人工智能技術(shù)”三大主題，但各文件聚焦的培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)段要求既有共識(shí)，也體現(xiàn)出一定差異：在培養(yǎng)目標(biāo)方面，4份文件在總體目標(biāo)上有著高度共識(shí)，但具體內(nèi)容維度呈現(xiàn)多元化特色;在學(xué)段要求方面，部分文件存在起點(diǎn)時(shí)間設(shè)置不一、難度遞進(jìn)程度各異的特點(diǎn)。未來(lái)在推進(jìn)人工智能教育在中小學(xué)落地實(shí)施的過程中，不僅需重新審視學(xué)段內(nèi)容的設(shè)置方式和人工智能課程的設(shè)置模式，還需充分考量幼兒園開展人工智能教育的適切性，人文主義在人工智能教育中的重要性，中小學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能系統(tǒng)開發(fā)的必要性，以及人工智能課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的創(chuàng)新性等問題。

關(guān)鍵詞：人工智能教育;人工智能課程;頂層設(shè)計(jì);課程標(biāo)準(zhǔn);內(nèi)容分析

中圖分類號(hào)：G434? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? 文章編號(hào)：1009-5195（2022）04-0029-12? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2022.04.004

一、政策背景分析

人工智能是模擬、延伸和擴(kuò)展人類智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)。近年來(lái)，人工智能技術(shù)的發(fā)展促成了各行各業(yè)的重大變革。與此同時(shí)，人工智能教育也受到了全球的空前重視（詹澤慧等，2020）。2016年以來(lái)，美國(guó)（National Science and Technology Council，2016）、英國(guó)（UK Government Office for Science，2016）、日本（閣議決定，2019）、法國(guó)（AI for Humanity，2019）等紛紛發(fā)布各類教育政策，積極迎接人工智能技術(shù)帶來(lái)的機(jī)遇和挑戰(zhàn)（施云燕等，2021）。我國(guó)政府也在國(guó)家層面積極部署人工智能教育戰(zhàn)略，例如，在國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提出了普及人工智能教育的路線圖（中華人民共和國(guó)中央人民政府，2017）。但在實(shí)踐層面，我國(guó)義務(wù)教育階段的人工智能教育主要依托信息科技課程來(lái)開展，高中階段則主要依托信息技術(shù)課程來(lái)實(shí)施，仍未形成體系化的人工智能教育設(shè)計(jì)與實(shí)施方案。尤其是在基礎(chǔ)教育階段，人工智能教育作為普及性教育，不僅要發(fā)展學(xué)生的興趣，還應(yīng)培養(yǎng)其分析、理解、創(chuàng)造性解決問題的能力以及適應(yīng)智能化社會(huì)的公民素養(yǎng)。在此背景下，我們亟需對(duì)人工智能教育的培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)段要求等進(jìn)行頂層設(shè)計(jì)。

事實(shí)上，目前國(guó)內(nèi)已有相關(guān)的政府部門和學(xué)術(shù)組織從不同角度發(fā)布了系列的頂層設(shè)計(jì)或指導(dǎo)文件，例如：中央電化教育館組織編制的《中小學(xué)人工智能技術(shù)與素養(yǎng)框架》（2021年11月26日發(fā)布，以下簡(jiǎn)稱《素養(yǎng)框架》）（中央電化教育館，2021），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)組織編制的《中小學(xué)人工智能課程開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》（2021年10月20日發(fā)布，以下簡(jiǎn)稱《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》）（中國(guó)教育學(xué)會(huì)，2021），教育部印發(fā)的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年發(fā)布，2020年修訂，以下簡(jiǎn)稱高中《新課標(biāo)》）和《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年4月發(fā)布，以下簡(jiǎn)稱義務(wù)教育《新課標(biāo)》）。國(guó)際上，較具代表性的標(biāo)準(zhǔn)框架包括：由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)資助、美國(guó)人工智能促進(jìn)協(xié)會(huì)、美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)和卡耐基梅隆大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院聯(lián)合制定的《美國(guó)K-12人工智能教育行動(dòng)計(jì)劃指南》（2018年5月發(fā)布，以下簡(jiǎn)稱《AI4K12》），由美國(guó)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)開發(fā)的《CSTA K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年發(fā)布，以下簡(jiǎn)稱《CSTA課程標(biāo)準(zhǔn)》）（CSTA，2017），以及由聯(lián)合國(guó)教科文組織制定的《K-12人工智能課程：政府認(rèn)可的人工智能課程藍(lán)圖》（2022年2月發(fā)布，以下簡(jiǎn)稱《指導(dǎo)框架》）（UNESCO，2021）。

盡管上述標(biāo)準(zhǔn)文件的出發(fā)點(diǎn)不同，但均指向以課程為落腳點(diǎn)的人工智能教育教學(xué)。本研究將以這些標(biāo)準(zhǔn)文件為藍(lán)本，使用內(nèi)容分析法對(duì)其進(jìn)行全面分析，比較、歸納各份標(biāo)準(zhǔn)文件的共識(shí)與差異，并展開諸多對(duì)人工智能教育頂層設(shè)計(jì)問題的深入思考，以期為我國(guó)中小學(xué)人工智能教育的健康發(fā)展提供參考。

二、分析框架思路

1.分析對(duì)象

可供本研究比較的文件共有6份，即前文提到的《素養(yǎng)框架》《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》《新課標(biāo)》《CSTA課程標(biāo)準(zhǔn)》《AI4K12》和《指導(dǎo)框架》。其中，《素養(yǎng)框架》旨在明確中小學(xué)人工智能學(xué)科核心素養(yǎng)的基本內(nèi)容與要求，為在中小學(xué)階段普及人工智能教學(xué)提供課程標(biāo)準(zhǔn)制定、教材編寫、課程開設(shè)和素養(yǎng)評(píng)價(jià)的參考和依據(jù)?！堕_發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》則指向課程設(shè)計(jì)與教學(xué)實(shí)施，明確了中小學(xué)人工智能課程的培養(yǎng)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容，為基礎(chǔ)教育階段人工智能課程的有效落地提供了指導(dǎo)?！禖STA課程標(biāo)準(zhǔn)》是當(dāng)前美國(guó)基礎(chǔ)教育計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)的《新課標(biāo)》（包括義務(wù)教育和普通高中兩個(gè)階段）是國(guó)家政策文本，具有權(quán)威性和強(qiáng)制性。其中，義務(wù)教育階段設(shè)置了“模塊九：人工智能與智慧社會(huì)”，而高中階段設(shè)置了“選擇性必修四：人工智能初步”?！禔I4K12》是一份系統(tǒng)的推進(jìn)方案，包括：（1）為在K-12階段開展人工智能教學(xué)制定了國(guó)家指南;（2）為K-12教師開發(fā)了一套精心策劃的人工智能資源目錄;（3）推動(dòng)形成了K-12人工智能資源的開發(fā)社區(qū)（方圓媛等，2020）?！吨笇?dǎo)框架》明確界定了中小學(xué)人工智能素養(yǎng)和人工智能能力，旨在為全球的中小學(xué)人工智能教育提供參考性指南，鼓勵(lì)各國(guó)和各地區(qū)將人工智能相關(guān)素養(yǎng)和能力納入基礎(chǔ)教育、職業(yè)教育、高等教育和各類培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的相關(guān)課程中（苗逢春，2022）。

以上6份文件中，我國(guó)的《新課標(biāo)》可以對(duì)標(biāo)美國(guó)的《CSTA課程標(biāo)準(zhǔn)》（熊露瑩，2021）。然而，這2份文件都只是局部提到人工智能教育的內(nèi)容，并不是人工智能教育的專門標(biāo)準(zhǔn)。故此，本文不擬將兩者納入橫向比較的樣本，而是作為參照標(biāo)準(zhǔn)供輔助論證之需。與之相反，另外4份文件均以人工智能教育為核心議題。其中，我國(guó)的《素養(yǎng)框架》可以對(duì)標(biāo)聯(lián)合國(guó)教科文組織的《指導(dǎo)框架》，而我國(guó)的《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》則與美國(guó)的《AI4K12》類同。盡管四者的出發(fā)點(diǎn)不盡相同，但均指向以課程為落腳點(diǎn)的人工智能教育教學(xué)。在這一層面上，這4份文件具有可比性，這也正是本研究的邏輯基礎(chǔ)。簡(jiǎn)言之，以4份文件為主、2份標(biāo)準(zhǔn)為輔展開分析，大體可以勾勒出國(guó)內(nèi)外人工智能教育頂層設(shè)計(jì)框架的異同和可資借鑒之處。

拋開具體的內(nèi)容觀點(diǎn)，僅從文件包含的內(nèi)容維度而言，《新課標(biāo)》不僅包含了人工智能課程資源的開發(fā)建議，也包含了素養(yǎng)目標(biāo)和課程內(nèi)容的框架設(shè)計(jì)，因此覆蓋范圍最廣，囊括了《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》和《素養(yǎng)框架》的內(nèi)容維度?！禖STA課程標(biāo)準(zhǔn)》與《AI4K12》《指導(dǎo)框架》也具有類似的關(guān)系。因此，前述6份文件的屬性關(guān)系可以用一個(gè)韋恩圖來(lái)表示（如圖1所示）。

2.研究問題與編碼思路

作為頂層政策設(shè)計(jì)類文件，主要需要解決“培養(yǎng)什么人”和“如何培養(yǎng)人”的問題。由于在“如何培養(yǎng)人”的問題上幾份文件著墨甚少，缺乏可比性，故本文將聚焦于“培養(yǎng)什么人”，即人工智能教育培養(yǎng)目標(biāo)應(yīng)當(dāng)如何定位的問題。鑒于培養(yǎng)目標(biāo)的定位與年齡段息息相關(guān)，為此本文將做兩方面的分析：首先從培養(yǎng)目標(biāo)的整體框架角度分析《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》《素養(yǎng)框架》《AI4K12》《指導(dǎo)框架》的中外異同，其次考察4個(gè)文件中培養(yǎng)目標(biāo)的學(xué)段差異。由于4份文件都沒有獨(dú)立描述學(xué)習(xí)內(nèi)容，而是將培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容混合在一起，故在進(jìn)行培養(yǎng)目標(biāo)比較時(shí)，間或夾帶對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容的比較。

（1）培養(yǎng)目標(biāo)的分類

《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》中，培養(yǎng)目標(biāo)（含學(xué)習(xí)內(nèi)容）涵蓋3個(gè)主題（即人工智能與社會(huì)、人工智能與人類智能、人工智能原理與技術(shù)），共9個(gè)模塊，由此展開人、人工智能技術(shù)與社會(huì)生活三者及之間關(guān)系的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，其中“人工智能原理與技術(shù)”為核心主題?！端仞B(yǎng)框架》中，學(xué)習(xí)內(nèi)容涉及4個(gè)主題（即人工智能與社會(huì)、人工智能與人類、人工智能技術(shù)、人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)），共12個(gè)一級(jí)指標(biāo)和31個(gè)二級(jí)指標(biāo)。《AI4K12》則重點(diǎn)圍繞5個(gè)領(lǐng)域大概念展開，分別是感知（Perception）、表示和推理（Representation and Reasoning）、機(jī)器學(xué)習(xí)（Machine Learning）、人機(jī)交互（Natural Interaction）、社會(huì)影響（Social Impact）?！吨笇?dǎo)框架》將與人工智能能力及素養(yǎng)相關(guān)的因素劃分為知識(shí)、技能、情感態(tài)度3個(gè)產(chǎn)出維度，其中知識(shí)和技能維度包括人工智能基礎(chǔ)（AI Foundations），理解、使用和開發(fā)人工智能（Understanding，Using and Developing AI），倫理和社會(huì)影響（Ethics and Social Impact）;情感態(tài)度維度包括個(gè)人價(jià)值觀（Personal Values）、社會(huì)價(jià)值觀（Social Values）、社會(huì)性價(jià)值觀（Societal Values）、人類價(jià)值觀（Human Values）4個(gè)模塊。為便于比較，本研究將4份文件的培養(yǎng)目標(biāo)與學(xué)習(xí)內(nèi)容維度進(jìn)行重新歸類，按人工智能與社會(huì)發(fā)展、人工智能與人類智能、人工智能技術(shù)與開發(fā)3個(gè)主題進(jìn)行劃分，其與4份文件內(nèi)容的映射關(guān)系見表1。

（2）學(xué)段編碼

在學(xué)段分類上，《素養(yǎng)框架》和《指導(dǎo)框架》均從理論與實(shí)踐兩個(gè)方面對(duì)小學(xué)、初中、高中3個(gè)學(xué)段應(yīng)掌握的培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容作了詳細(xì)的界定?！堕_發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》考慮了4個(gè)難度遞進(jìn)的階段，依次是預(yù)備階段、階段一、階段二與階段三?！禔I4K12》將學(xué)生按年齡分為4個(gè)學(xué)段，分別是幼兒園～2年級(jí)、3～5年級(jí)、6～8年級(jí)、9～12年級(jí)。為方便比較，在分析文件內(nèi)容的基礎(chǔ)上，本研究將學(xué)段劃分為幼兒園、小學(xué)、初中和高中4個(gè)階段，其與4份文件所列學(xué)段的映射關(guān)系見表2。

三、培養(yǎng)目標(biāo)比較與分析

4份文件在人工智能教育目標(biāo)方面達(dá)成三點(diǎn)共識(shí)：一是人工智能素養(yǎng)不是一門專業(yè)學(xué)科，而是21世紀(jì)人人必備的一種基本生存能力;二是每個(gè)未來(lái)公民都需要對(duì)人工智能技術(shù)有正確的基本了解，而不是只針對(duì)少數(shù)人的教育;三是應(yīng)讓學(xué)生盡可能早地建立對(duì)人工智能的認(rèn)知。

在具體培養(yǎng)維度上，《素養(yǎng)框架》的覆蓋面最廣，從“理解人工智能技術(shù)原理、制定解決人工智能問題的方案并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、溝通與協(xié)作”三個(gè)實(shí)踐原則衡量學(xué)生的人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng);且描述非常細(xì)致，不但對(duì)所有的一級(jí)指標(biāo)和二級(jí)指標(biāo)都作了內(nèi)涵界定，而且還針對(duì)每一指標(biāo)區(qū)分了不同學(xué)段的能力要求（即應(yīng)該知道什么，能夠做到什么）。《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》則針對(duì)每一指標(biāo)將學(xué)習(xí)內(nèi)容與能力描述進(jìn)行對(duì)應(yīng)，從人工智能意識(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)方面出發(fā)制定培養(yǎng)目標(biāo)，并列出了相應(yīng)的實(shí)踐活動(dòng)。相較而言，國(guó)外2份文件的表述較為簡(jiǎn)略。《AI4K12》是基于人工智能教育的5個(gè)學(xué)科大概念進(jìn)行分學(xué)段素養(yǎng)目標(biāo)的描述，除了在“數(shù)據(jù)素養(yǎng)”方面涉及較少外，其余部分基本涵蓋?！吨笇?dǎo)框架》則基于知識(shí)、技能、情感態(tài)度三個(gè)維度對(duì)人工智能教育相關(guān)的能力與素養(yǎng)進(jìn)行分學(xué)段闡述。根據(jù)前述三大分類維度，下文將首先對(duì)4份文件的培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行定位分析，然后再作進(jìn)一步的中外比較。

1.基于三個(gè)維度的分析

在“人工智能與社會(huì)發(fā)展”這一維度下，4份文件主要聚焦于“人工智能與社會(huì)的交互”與“人工智能對(duì)社會(huì)的影響”兩個(gè)方面，同時(shí)也非常重視人工智能安全、倫理、責(zé)任、社會(huì)規(guī)范相關(guān)案例的學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)技術(shù)德育和技術(shù)理性的培養(yǎng)（見表3）。《素養(yǎng)框架》和《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》都將“人工智能與社會(huì)”作為獨(dú)立的一級(jí)指標(biāo)。其中，《素養(yǎng)框架》將這一維度劃分為AI社會(huì)交互、AI社會(huì)影響和社會(huì)規(guī)范三個(gè)部分。《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》主要包括社會(huì)影響和社會(huì)倫理兩個(gè)部分，其意義在于能夠從生產(chǎn)生活的多個(gè)維度與層面來(lái)培養(yǎng)學(xué)習(xí)者參與智能社會(huì)的技能，樹立正確的價(jià)值觀念與責(zé)任擔(dān)當(dāng)。相較而言，《指導(dǎo)框架》更加側(cè)重于價(jià)值觀的層面，將這一維度劃分為倫理與社會(huì)、社會(huì)價(jià)值觀、社會(huì)性價(jià)值觀三個(gè)部分以及更為詳細(xì)的子類?！禔I4K12》側(cè)重社會(huì)影響維度，強(qiáng)調(diào)人工智能會(huì)以積極和消極的方式影響社會(huì)。

在“人工智能與人類智能”這一維度下，4份文件的內(nèi)容劃分見表4。其中，《素養(yǎng)框架》將該維度劃分為人工智能與人類關(guān)系和倫理道德兩個(gè)子維度。《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)學(xué)習(xí)內(nèi)容作了詳細(xì)設(shè)計(jì)，此維度下要求學(xué)生認(rèn)識(shí)人腦和計(jì)算機(jī)“腦”的區(qū)別，理解人工智能和人類智能的關(guān)系?！禔I4K12》將人工智能與人類智能的內(nèi)容歸于“人機(jī)交互”這一大概念下，涵蓋了自然語(yǔ)言理解、情感計(jì)算、常識(shí)推理、意識(shí)與心靈哲學(xué)、人機(jī)交互及其局限性等內(nèi)容。《指導(dǎo)框架》則將該維度劃分為個(gè)人價(jià)值觀（涉及對(duì)信息和通信技術(shù)的興趣、持久性/復(fù)原力、個(gè)人能力的提高、批判性思維和反思、創(chuàng)業(yè)精神）和人類價(jià)值觀（涉及尊重環(huán)境/可持續(xù)發(fā)展的思維方式、對(duì)公平的承諾）兩個(gè)子維度。

在“人工智能技術(shù)與開發(fā)”維度下，4份文件的內(nèi)容劃分如表5所示。其中，《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》重點(diǎn)關(guān)注人工智能的原理與技術(shù)，包含了機(jī)器感知、表達(dá)與推理、機(jī)器學(xué)習(xí)、自然交互4個(gè)學(xué)習(xí)模塊。《素養(yǎng)框架》則設(shè)計(jì)了人工智能技術(shù)和人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)兩方面的內(nèi)容，且后者是其他文件所沒有涉及的內(nèi)容，旨在讓學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)的應(yīng)用過程有完整的認(rèn)識(shí)?！禔I4K12》從感知、表示和推理、機(jī)器學(xué)習(xí)三個(gè)方面設(shè)計(jì)了相應(yīng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容。《指導(dǎo)框架》將這一維度劃分為人工智能基礎(chǔ)以及理解、使用和開發(fā)人工智能兩個(gè)方面。其中，人工智能基礎(chǔ)包括算法、編程、問題解決和數(shù)據(jù)素養(yǎng);理解、使用和開發(fā)人工智能則主要指向人工智能技術(shù)、人工智能科技和人工智能發(fā)展。這里的人工智能技術(shù)特指具體的技術(shù)和技巧，例如，能夠按特征對(duì)物體進(jìn)行分類，構(gòu)建一棵決策樹或設(shè)計(jì)一個(gè)工作流程來(lái)訓(xùn)練和測(cè)試人工智能算法等;而人工智能科技則泛指生產(chǎn)工藝和科學(xué)技術(shù)，例如，為現(xiàn)有的人工智能算法設(shè)定一個(gè)新的目標(biāo)，或使用現(xiàn)有的人工智能技術(shù)來(lái)開發(fā)新產(chǎn)品等。

2.國(guó)內(nèi)外差異分析

根據(jù)培養(yǎng)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容的對(duì)應(yīng)程度，可分為兩種情況：目標(biāo)與學(xué)習(xí)內(nèi)容直接一對(duì)一關(guān)聯(lián);目標(biāo)與學(xué)習(xí)內(nèi)容有邏輯聯(lián)系，但并不顯性關(guān)聯(lián)?！禔I4K12》屬于前者，其學(xué)習(xí)目標(biāo)的主題即為學(xué)習(xí)內(nèi)容的主題。如此處理的優(yōu)點(diǎn)在于：一方面，便于教師通過一條完整路徑（選擇主題→選擇目標(biāo)→選擇教學(xué)內(nèi)容→選擇活動(dòng)→實(shí)施→學(xué)生能力形成/職業(yè)規(guī)劃形成）展開教學(xué);另一方面，不斷強(qiáng)調(diào)精簡(jiǎn)的五大主題能夠讓學(xué)生形成較強(qiáng)的系統(tǒng)性框架。中國(guó)的兩份文件都屬于后者，所描述的培養(yǎng)目標(biāo)與課程內(nèi)容之間存在隱性的多對(duì)多關(guān)系。由于缺乏一條明晰的由目標(biāo)到教學(xué)內(nèi)容的路線，因而更需要教師具備較高的人工智能素養(yǎng)才能找到它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，這也給一線教師帶來(lái)一定挑戰(zhàn)。

為幫助使用者理解課程目標(biāo)和內(nèi)容，《AI4K12》提供了“示例”，《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》設(shè)計(jì)了“實(shí)踐活動(dòng)”，《素養(yǎng)框架》描述了“應(yīng)該知道”和“應(yīng)該做到”的指標(biāo)。就《AI4K12》的“示例”與《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》的“實(shí)踐活動(dòng)”而言，前者更聚焦、操作性更強(qiáng)，如在“表示和推理”部分，示例之一為“設(shè)計(jì)校車路線”，這樣的例子教師可以直接拿來(lái)使用，學(xué)生也可用以自測(cè)。而后者需要教師根據(jù)“實(shí)踐指導(dǎo)”進(jìn)一步聯(lián)系具體教學(xué)來(lái)確定教學(xué)示例，如“觀察和體驗(yàn)生活中的人工智能產(chǎn)品”，具體觀察和體驗(yàn)什么產(chǎn)品需要教師自己來(lái)確定。從操作的方便性來(lái)看，“示例”更有優(yōu)勢(shì);但“實(shí)踐活動(dòng)”能為教師提供更多的自主空間，便于不同地區(qū)、不同學(xué)校開展多元的人工智能教學(xué)。

值得注意的是，在4份文件中，人工智能技術(shù)都是教學(xué)重點(diǎn)，占比最大。除《素養(yǎng)框架》中的內(nèi)容設(shè)置較為均衡外，其余3份文件都是人工智能技術(shù)的占比遠(yuǎn)大于倫理道德、社會(huì)關(guān)聯(lián)等內(nèi)容。但4份文件都包含了倫理道德等人文內(nèi)容，且基本將這一內(nèi)容貫穿所有學(xué)段。由此可見，人工智能技術(shù)的學(xué)習(xí)是人工智能教育的重點(diǎn)或核心內(nèi)容，但也不可忽視倫理道德的熏陶。所謂“熏陶”，就是不必獨(dú)立講授，而可以選擇滲透式的課程思政方式，浸潤(rùn)于利用人工智能技術(shù)解決實(shí)際問題的過程中，以達(dá)到春風(fēng)化雨的效果。

在給教師的教學(xué)建議方面，4份文件都注重與真實(shí)問題相關(guān)聯(lián)的教學(xué)方式，以及學(xué)生跨學(xué)科深層次能力的培養(yǎng)，但在具體教學(xué)建議方面非常多元，需要教師綜合采用。《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》與《新課標(biāo)》一脈相承，不要求每個(gè)算法都由學(xué)生實(shí)現(xiàn)，避免了不必要的編程知識(shí)的學(xué)習(xí)。《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》強(qiáng)調(diào)教師要圍繞學(xué)科關(guān)鍵能力和核心主題開展創(chuàng)新教學(xué)，例如：重視學(xué)生初始能力，選擇學(xué)生感興趣的人工智能技術(shù)讓其進(jìn)行體驗(yàn);通過任務(wù)設(shè)定及項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，結(jié)合多個(gè)學(xué)科進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì);通過開發(fā)智能機(jī)器人的教學(xué)過程培養(yǎng)學(xué)生深層次跨學(xué)科能力?！禔I4K12》在“教學(xué)指南”中為教師提供了操作性較強(qiáng)的教學(xué)建議，主張采用4類學(xué)習(xí)活動(dòng)：實(shí)驗(yàn)類活動(dòng)、手工模擬算法的活動(dòng)（或不插電活動(dòng)）、設(shè)計(jì)類活動(dòng)、案例分析類活動(dòng)?！端仞B(yǎng)框架》主要從課程標(biāo)準(zhǔn)與“素養(yǎng)框架”的實(shí)施關(guān)系角度給出了建議：教師應(yīng)整體把握課程標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)思路，結(jié)合學(xué)校情況，選擇課程內(nèi)容與教學(xué)活動(dòng)，并將“素養(yǎng)框架”作為教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施的準(zhǔn)則，通過體驗(yàn)、理解、應(yīng)用、創(chuàng)新、反思5個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)課堂教學(xué)?！吨笇?dǎo)框架》則針對(duì)不同的學(xué)習(xí)內(nèi)容提供了講座教學(xué)、小組學(xué)習(xí)、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)、基于活動(dòng)的學(xué)習(xí)4種教學(xué)法指引。

四、學(xué)段要求比較與分析

4份文件對(duì)不同學(xué)段學(xué)生的要求存在差異。在學(xué)習(xí)起點(diǎn)時(shí)間上，《AI4K12》是唯一一個(gè)在幼兒園階段就要求學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)的文件，而另外3份文件的學(xué)習(xí)起點(diǎn)時(shí)間均從小學(xué)階段開始。

1.人工智能與社會(huì)發(fā)展維度聚焦產(chǎn)品應(yīng)用與社會(huì)影響

從圖2可以看出，“人工智能”與“社會(huì)”在各階段的頻次都是最高的，表明各階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容與該主題都密切相關(guān)。幼兒園階段，學(xué)習(xí)內(nèi)容較少，主要讓幼兒了解日常生活中的智能化應(yīng)用，辨別“好事”與“壞事”;小學(xué)階段，學(xué)習(xí)內(nèi)容的高頻詞有產(chǎn)品、影響、應(yīng)用、安全等;初中階段，學(xué)習(xí)內(nèi)容的高頻詞有產(chǎn)品、發(fā)展、影響、技術(shù)等;高中階段，學(xué)習(xí)內(nèi)容的高頻詞有發(fā)展、產(chǎn)品、影響、系統(tǒng)、應(yīng)用等。由此可見，人工智能產(chǎn)品的應(yīng)用和社會(huì)影響是貫穿這一主題的最重要內(nèi)容。

幼兒園階段為《AI4K12》所獨(dú)有。《AI4K12》在此學(xué)段對(duì)學(xué)生的要求是：能識(shí)別日常生活中的人工智能應(yīng)用;討論人工智能應(yīng)用的價(jià)值與局限。這些內(nèi)容均在《新課標(biāo)》《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》與《素養(yǎng)框架》的小學(xué)階段中有所體現(xiàn)。

在小學(xué)階段，除《AI4K12》外，其他文件均要求感悟人工智能的應(yīng)用價(jià)值與局限，但側(cè)重與組織方式有所不同?！端仞B(yǎng)框架》的內(nèi)容設(shè)計(jì)循序漸進(jìn)，邏輯緊密，且大量學(xué)習(xí)目標(biāo)要求學(xué)生通過舉例來(lái)說明。例如，面對(duì)人工智能可能帶來(lái)正負(fù)面影響的問題，讓學(xué)生列舉人工智能產(chǎn)品應(yīng)用產(chǎn)生正面影響的例子，以及減少某一人工智能產(chǎn)品負(fù)面影響的有效措施?！堕_發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》主要集中在“認(rèn)知”層面，且描述最為詳細(xì)。例如，“理解人工智能社會(huì)的優(yōu)勢(shì)、價(jià)值”“認(rèn)識(shí)人工智能存在的潛在威脅”等，相關(guān)描述具體到了工農(nóng)業(yè)、教育、醫(yī)療、娛樂等應(yīng)用領(lǐng)域?！吨笇?dǎo)框架》主要體現(xiàn)在倫理與價(jià)值觀方面。例如，強(qiáng)調(diào)為人工智能開發(fā)者編寫指南，確保人工智能產(chǎn)品的制作符合道德規(guī)范等。如果說《指導(dǎo)框架》聚焦價(jià)值觀，那么《AI4K12》則聚焦于公平性。由于該文件在幼兒園階段已經(jīng)討論過人工智能的價(jià)值與局限，因此小學(xué)階段的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步提升至技術(shù)應(yīng)用的公平性。例如，讓學(xué)生討論“偏見”（用于訓(xùn)練人工智能的原始數(shù)據(jù)的偏差）是如何影響人工智能決策進(jìn)而影響社會(huì)的?！捌姟边@一內(nèi)容并未出現(xiàn)在其他文件的小學(xué)階段，但在《素養(yǎng)框架》的初中和高中階段均有涉及，可見《AI4K12》對(duì)于教育公平性的討論具有超前性。另外，《素養(yǎng)框架》要求學(xué)生學(xué)習(xí)“法律規(guī)定”相關(guān)內(nèi)容，此內(nèi)容出現(xiàn)在《新課標(biāo)》和《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》的高中階段，而在《AI4K12》中并無(wú)要求，可見《素養(yǎng)框架》更早地考慮了對(duì)學(xué)生人工智能相關(guān)法律法規(guī)意識(shí)的培養(yǎng)。

在初中階段，《AI4K12》要求學(xué)生從開發(fā)者角度繼續(xù)深入對(duì)公平性的認(rèn)識(shí)和理解。小學(xué)階段簡(jiǎn)單了解“偏見”后，《AI4K12》要求初中生能夠“解釋偏見的來(lái)源”“理解人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的權(quán)衡因素”，旨在引導(dǎo)學(xué)生從開發(fā)者的角度理解“偏見”進(jìn)而間接體會(huì)人工智能對(duì)社會(huì)的影響，而非直接告知成人設(shè)定的“答案”，因而具有很強(qiáng)的建構(gòu)性?！端仞B(yǎng)框架》與《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生更透徹地理解人工智能與社會(huì)的關(guān)系：2份文件都要求學(xué)生透過表象關(guān)系，認(rèn)識(shí)到關(guān)系背后的社會(huì)原理與技術(shù)支撐等。例如，《素養(yǎng)框架》要求“通過闡述特定人工智能產(chǎn)品功能，說明這些人工智能產(chǎn)品如何促進(jìn)社會(huì)發(fā)展與進(jìn)步”“人工智能進(jìn)步既來(lái)源于過去社會(huì)發(fā)展的積累，也源于當(dāng)前社會(huì)新元素的推動(dòng)”?！堕_發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》則要求“理解人工智能產(chǎn)品背后的基本原理，認(rèn)識(shí)人工智能技術(shù)在人類社會(huì)的發(fā)展前景”?！吨笇?dǎo)框架》要求學(xué)生加深對(duì)“倫理與社會(huì)影響”的理解。例如，理解知識(shí)產(chǎn)權(quán)的內(nèi)涵，提高對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全的認(rèn)識(shí)程度。整體而言，與《AI4K12》相比，另外3份文件對(duì)“人工智能與社會(huì)發(fā)展”的描述較為籠統(tǒng)和生硬，這一點(diǎn)在其他學(xué)段都有體現(xiàn)。

在高中階段，4份文件對(duì)學(xué)生均提出了更高要求：《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生在人工智能與社會(huì)的關(guān)系方面形成自己的認(rèn)知觀念，在相關(guān)道德倫理方面形成自覺的規(guī)范意識(shí)?！禔I4K12》除了要求學(xué)生形成自己的認(rèn)知觀念以外，還要具備設(shè)計(jì)人工智能系統(tǒng)解決社會(huì)問題的能力。《素養(yǎng)框架》要求學(xué)生能夠根據(jù)人工智能與社會(huì)的關(guān)系，分析人工智能未來(lái)的發(fā)展方向?！吨笇?dǎo)框架》除了要求學(xué)生更加重視對(duì)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的理解和應(yīng)用外，還要求學(xué)生能夠辨別虛假信息。

2.人工智能與人類智能維度聚焦外在技術(shù)對(duì)人的內(nèi)在影響

從圖3可以看出，在幼兒園階段，凸顯的關(guān)鍵詞包括識(shí)別、表情、情感等;在小學(xué)、初中和高中階段，“人工智能”與“人類”均為凸顯的關(guān)鍵詞;除此之外，小學(xué)和初中階段均強(qiáng)調(diào)“智能”“工作”和“產(chǎn)品”，高中階段更強(qiáng)調(diào)“發(fā)展”。整體而言，不同學(xué)段都強(qiáng)調(diào)人工智能作為一種外在技術(shù)對(duì)人的內(nèi)在發(fā)展產(chǎn)生了某種影響（包括消極影響）。

僅《AI4K12》設(shè)計(jì)了幼兒園階段的教學(xué)內(nèi)容，側(cè)重于對(duì)人類情感的理解。例如，要求學(xué)生識(shí)別故事中暗含積極或消極態(tài)度的詞，或?qū)⑷四槺砬榍‘?dāng)?shù)刈R(shí)別和標(biāo)注為某種情感，并能解釋其原因。

在小學(xué)階段，各文件的教學(xué)內(nèi)容都分為人類智能與人工智能兩個(gè)方面，不同之處體現(xiàn)在從人類智能到人工智能的展開方式：《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》從講解底層原理（如大腦組成與神經(jīng)結(jié)構(gòu)、二進(jìn)制等）展開;《AI4K12》從學(xué)生的感知（如識(shí)別、解釋、描述）展開;《素養(yǎng)框架》在具體產(chǎn)品或場(chǎng)景中對(duì)人類與人工智能進(jìn)行了對(duì)比;《指導(dǎo)框架》從人類價(jià)值觀（如對(duì)公平的承諾）展開。整體而言，《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》不僅要求學(xué)生對(duì)人工智能與人類智能從根本原理上進(jìn)行理解，還要求學(xué)生對(duì)人工智能的含義、發(fā)展等有所了解，因此其要求最高、難度最大。

在初中階段，各文件均要求學(xué)生對(duì)人工智能有更深入的了解。例如，《素養(yǎng)框架》要求學(xué)生知道人工智能更多的作用，辯證認(rèn)識(shí)人工智能給人類帶來(lái)的便利與競(jìng)爭(zhēng);《指導(dǎo)框架》要求學(xué)生能夠用計(jì)算思維解決現(xiàn)實(shí)生活中的問題，對(duì)信息和數(shù)字內(nèi)容進(jìn)行比較、分析和批判性評(píng)價(jià);《AI4K12》則要求學(xué)生自己建構(gòu)簡(jiǎn)單機(jī)器人，通過人類智能探索如何判斷人工智能;在《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》中無(wú)此相關(guān)內(nèi)容。整體而言，《AI4K12》對(duì)學(xué)生的應(yīng)用能力有較高要求，不再停留于理論比較與理解層面，而是要求學(xué)生“建構(gòu)一個(gè)簡(jiǎn)單的聊天機(jī)器人”。

在高中階段，《素養(yǎng)框架》及《AI4K12》均要求學(xué)生對(duì)人工智能、人工智能與人類有更宏觀的理解?！端仞B(yǎng)框架》要求學(xué)生有預(yù)見性理解，例如，認(rèn)識(shí)到目前尚處于弱人工智能階段以及預(yù)測(cè)未來(lái)可能的發(fā)展階段，分析未來(lái)人工智能在賦能人類方面的更多可能性，以及未來(lái)可能出現(xiàn)的人機(jī)競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系等?！禔I4K12》則要求學(xué)生探索谷歌知識(shí)圖譜?！吨笇?dǎo)框架》要求學(xué)生進(jìn)一步挖掘?qū)е氯斯ぶ悄馨l(fā)展不公平的原因?！堕_發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》則缺少相關(guān)描述。

3.人工智能技術(shù)維度聚焦人工智能的核心技術(shù)與思想

從圖4可以看出，除去核心主題詞“人工智能”以外，小學(xué)階段的突顯關(guān)鍵詞有產(chǎn)品、問題、實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)、感知等，初中階段的突顯關(guān)鍵詞有技術(shù)、實(shí)現(xiàn)、設(shè)計(jì)、應(yīng)用、問題等，高中階段的突顯關(guān)鍵詞有系統(tǒng)、技術(shù)、實(shí)現(xiàn)、發(fā)展、解決、局限性等。整體而言，不同學(xué)段的人工智能所需要的核心技術(shù)并不相同，其背后所折射出的思想亦不盡相同。

在小學(xué)階段，4份文件均聚焦人工智能技術(shù)的具體內(nèi)容——“機(jī)器感知”和“表達(dá)與推理”等，但程度不同：在“機(jī)器感知”部分，《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》的要求較為基礎(chǔ)，如“體驗(yàn)機(jī)器的感知功能”“理解什么是感知”等，對(duì)應(yīng)于《AI4K12》幼兒園階段的部分教學(xué)內(nèi)容。正因?yàn)橛杏變簣@基礎(chǔ)教學(xué)的鋪墊，《AI4K12》在小學(xué)階段的要求相對(duì)較高，如需要學(xué)生“描述傳感器輸入如何轉(zhuǎn)變?yōu)槟M或數(shù)字信號(hào)”“使用機(jī)器感知構(gòu)建應(yīng)用程序”等?！端仞B(yǎng)框架》則較為循序漸進(jìn)，從“了解人工智能產(chǎn)品通過模擬人的思維和行動(dòng)”到“使用人工智能產(chǎn)品解決簡(jiǎn)單的感知問題”逐步深入。在“表達(dá)與推理”部分呈現(xiàn)出類似的區(qū)別。此外，各文件也有各自特有的學(xué)習(xí)內(nèi)容，例如，《AI4K12》要求學(xué)生學(xué)習(xí)“機(jī)器學(xué)習(xí)”相關(guān)內(nèi)容，而此部分內(nèi)容在《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》中為初中內(nèi)容，其他文件則未涉及?！堕_發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生學(xué)習(xí)“自然交互”相關(guān)內(nèi)容，《素養(yǎng)框架》中的“交流與討論”部分也有類似要求，其他文件則未涉及?！端仞B(yǎng)框架》特有的教學(xué)內(nèi)容有算力和人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)，其中系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)中的部分內(nèi)容只在《新課標(biāo)》的高中階段出現(xiàn)，其他文件則未有涉及?！吨笇?dǎo)框架》與其強(qiáng)調(diào)數(shù)字人文的主基調(diào)一致，特別強(qiáng)調(diào)設(shè)計(jì)思維和數(shù)據(jù)素養(yǎng)等內(nèi)容。

在初中階段，4份文件都將“算法”納入學(xué)習(xí)內(nèi)容，但側(cè)重點(diǎn)不同：《AI4K12》強(qiáng)調(diào)算法與感知的聯(lián)系，要求學(xué)生“解釋智能感知系統(tǒng)可能利用多種算法”?！堕_發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》將算法與機(jī)器學(xué)習(xí)聯(lián)系在一起，要求學(xué)生“了解什么是決策樹算法并進(jìn)行簡(jiǎn)單運(yùn)用”。《素養(yǎng)框架》對(duì)算法與算力都有要求，學(xué)習(xí)的具體內(nèi)容都與人工智能相關(guān)，且大多從某個(gè)具體人工智能產(chǎn)品出發(fā)，如“用程序模塊實(shí)現(xiàn)某個(gè)具體人工智能產(chǎn)品的功能”?！吨笇?dǎo)框架》對(duì)算法與編程內(nèi)容提出了要求，讓學(xué)生“能夠描述數(shù)據(jù)和信息的特點(diǎn)”“能夠分析算法的執(zhí)行流程”。整體而言，4份文件均對(duì)“機(jī)器感知”“表達(dá)與推理”兩部分內(nèi)容提出了更高的要求：在感知部分，《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)初中生的要求集中在了解機(jī)器感知的生活應(yīng)用或綜合應(yīng)用場(chǎng)景，如圖像識(shí)別等計(jì)算機(jī)視覺感知的生活應(yīng)用?！禔I4K12》較小學(xué)階段提出了更綜合的學(xué)習(xí)要求，如使用多種傳感器和感知類型構(gòu)建應(yīng)用程序。《素養(yǎng)框架》要求學(xué)生能夠針對(duì)某個(gè)具體的人工智能應(yīng)用，分析該應(yīng)用具有哪些感知、交流與行動(dòng)的能力?！吨笇?dǎo)框架》提出要能夠區(qū)分計(jì)算機(jī)感知和人類感知。在表達(dá)與推理部分，各個(gè)文件都強(qiáng)調(diào)要形成對(duì)表達(dá)與推理方式的深入認(rèn)識(shí)。

在高中階段，4份文件在學(xué)習(xí)內(nèi)容的層次上都上升到系統(tǒng)化的高度，不再停留于較淺層次的感知、了解與理解，而要求學(xué)生從差異比較、實(shí)際應(yīng)用、認(rèn)識(shí)局限性等方面進(jìn)行學(xué)習(xí)，在充分了解基礎(chǔ)知識(shí)的情況下，形成系統(tǒng)性的視野，擁有辯證思維。其中，《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》在高中階段不再單列機(jī)器學(xué)習(xí)的內(nèi)容，主要強(qiáng)化機(jī)器感知、表達(dá)與推理、自然交互?！端仞B(yǎng)框架》最為系統(tǒng)全面，除了包含《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》單列的4個(gè)模塊外，還額外設(shè)置了人工智能支撐技術(shù)、工具選擇和使用、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)、系統(tǒng)評(píng)估及維護(hù)等內(nèi)容?！吨笇?dǎo)框架》尤其強(qiáng)調(diào)理解數(shù)據(jù)趨勢(shì)、理解和評(píng)估各類學(xué)習(xí)算法的適用性。《AI4K12》則側(cè)重于讓學(xué)生了解“感知、表示和推理、機(jī)器學(xué)習(xí)”3個(gè)大概念中所涉及到的執(zhí)行過程、算法差異，以及技術(shù)局限性問題。

五、人工智能教育的六大問題省思

當(dāng)前，人工智能早已逐步滲透到人們的學(xué)習(xí)、生活和工作中，人工智能教育已成蔚然之勢(shì)。對(duì)于中小學(xué)生來(lái)說，抓住人工智能教育的黃金時(shí)期，培養(yǎng)學(xué)生的人工智能素養(yǎng)至關(guān)重要。對(duì)國(guó)內(nèi)外頂層設(shè)計(jì)文件進(jìn)行內(nèi)容分析，挖掘其中的共識(shí)與差異，有助于厘清人工智能教育的思路，兼容并包，持續(xù)優(yōu)化我國(guó)中小學(xué)人工智能教育的設(shè)計(jì)藍(lán)圖和實(shí)施路徑。

本研究選擇4份國(guó)內(nèi)外人工智能教育的頂層設(shè)計(jì)類文件進(jìn)行了橫向比較，并將人工智能教育的目標(biāo)和內(nèi)容分為“人工智能與社會(huì)發(fā)展”“人工智能與人類智能”“人工智能技術(shù)”三大主題，盡管前兩個(gè)主題都是與社會(huì)人文緊密相關(guān)的“軟領(lǐng)域”，但所有文件均把側(cè)重點(diǎn)放在了硬核的“人工智能技術(shù)”維度：所有文件都強(qiáng)調(diào)感知、人機(jī)交互、程序設(shè)計(jì)、開源硬件，《素養(yǎng)框架》還特別增加了“人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)”模塊。中小學(xué)教育強(qiáng)調(diào)教育的基礎(chǔ)性，4份文件對(duì)此均有較好呼應(yīng)，較為系統(tǒng)好地勾勒出了人工智能教育體系的知識(shí)基礎(chǔ)和素養(yǎng)體系。其中《素養(yǎng)框架》內(nèi)容涵蓋最廣，且從小學(xué)到高中學(xué)段的變化中，體現(xiàn)出從具體到抽象、從知道到評(píng)價(jià)的轉(zhuǎn)變，在認(rèn)知廣度、高度、深度上都具有明顯變化，在高中階段更強(qiáng)調(diào)學(xué)生的邏輯思維能力、批判性思維能力、評(píng)價(jià)反思能力等高階思維能力的培養(yǎng)?！禔I4K12》更加聚焦人工智能技術(shù)領(lǐng)域，注重從低學(xué)段開始培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力，其歸納的5個(gè)人工智能學(xué)科大概念（即感知、表示和推理、機(jī)器學(xué)習(xí)、人機(jī)交互、社會(huì)影響），是對(duì)人工智能教育核心內(nèi)容的較好表征，但與其他三個(gè)文件相比具有較明顯的技術(shù)傾向?！堕_發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》在內(nèi)容上偏向人工智能技術(shù)領(lǐng)域，但在對(duì)學(xué)生動(dòng)手操作能力的要求上沒有達(dá)到《AI4K12》的高度，且主要集中在知道和領(lǐng)會(huì)層面，盡管階段三有對(duì)應(yīng)用層面的要求，但在分析、綜合、評(píng)價(jià)層面的要求相對(duì)較少。《指導(dǎo)框架》有著明顯的數(shù)字人文傾向，更為重視對(duì)學(xué)生價(jià)值觀的培養(yǎng)。

整體而言，四者各具特色和優(yōu)缺點(diǎn)，也尚需接受實(shí)踐的檢驗(yàn)?；趯?duì)4份文件的系統(tǒng)分析，筆者認(rèn)為在全面推進(jìn)我國(guó)中小學(xué)人工智能教育的過程中亟需澄清如下6個(gè)問題。

1.學(xué)段內(nèi)容設(shè)置應(yīng)當(dāng)是模塊式還是螺旋式

學(xué)段內(nèi)容的劃分主要有兩種方式：一種是每個(gè)學(xué)段各有側(cè)重的主題，即不同主題的內(nèi)容放在不同的學(xué)段，沒有或只有少數(shù)主題貫穿所有學(xué)段，這種方式也稱為模塊式課程內(nèi)容設(shè)計(jì);另一種是各學(xué)段共享相同或相似的主題框架，但每個(gè)學(xué)段的學(xué)習(xí)內(nèi)容的難易程度不同，即每個(gè)主題的內(nèi)容在不同學(xué)段間遵循由易到難、螺旋上升的原則，這就是所謂螺旋式課程內(nèi)容設(shè)計(jì)。《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》和《新課標(biāo)》屬于前者，而《素養(yǎng)框架》和《AI4K12》屬于后者。前者內(nèi)容邊界明確，教師在教學(xué)目標(biāo)的設(shè)定上有較大發(fā)揮空間，但由于其本質(zhì)上是一種“拼圖式”課程，容易造成學(xué)段之間的割裂，不利于循序漸進(jìn)、系統(tǒng)地實(shí)現(xiàn)育人目標(biāo)。后者與之相反，是一種比較理想的設(shè)計(jì)思路，但在教材開發(fā)和實(shí)踐教學(xué)中可能會(huì)出現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的漂移，因此對(duì)教師教學(xué)能力的要求較高，如果處理不當(dāng)，則容易導(dǎo)致不同學(xué)段間的重復(fù)學(xué)習(xí)。從這個(gè)意義上說，適度平衡兩者，兼容并蓄，也許是更好的做法。

2.幼兒園是否適合開展人工智能教育

從初始學(xué)段來(lái)看，歐洲大部分國(guó)家一般從小學(xué)一年級(jí)開始學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，國(guó)內(nèi)最新發(fā)布的義務(wù)教育《新課標(biāo)》是從小學(xué)三年級(jí)開始獨(dú)立設(shè)置信息科技課程，而美國(guó)的《AI4K12》建議從幼兒園開始學(xué)習(xí)人工智能。相比5年前，人工智能教育的低齡化現(xiàn)象比較明顯，但幼兒園階段是否適合開展人工智能教育，尚缺少?gòu)V泛的實(shí)踐和研究。從人工智能的教育范疇來(lái)看，興趣與意識(shí)方面的內(nèi)容是可以在低齡段培養(yǎng)的。事實(shí)上，幼兒也會(huì)在生活中認(rèn)識(shí)很多智能化的設(shè)備，初步培養(yǎng)其對(duì)人工智能的興趣，可能會(huì)對(duì)其后續(xù)階段學(xué)習(xí)人工智能產(chǎn)生積極的影響。例如，在幼兒園教育中，可以結(jié)合生活中常用的物品（如智能測(cè)溫槍、入校門的人臉檢測(cè)設(shè)備等），讓幼兒關(guān)注到身邊的人工智能。然而，幼兒園階段的孩子尚處在認(rèn)知發(fā)展的前運(yùn)算階段，不具備抽象思維能力，并不適合開展數(shù)據(jù)編碼、編程、算法等抽象程度較高的教學(xué)，但可以嘗試使用一些不插電設(shè)備或具身體驗(yàn)，讓幼兒體驗(yàn)?zāi)承┧惴ㄒ?guī)則（如通過幼兒排隊(duì)體驗(yàn)排隊(duì)算法等）。幼兒階段因?yàn)樗麄兊木?xì)動(dòng)作和手眼協(xié)調(diào)性尚未發(fā)展好，所以也不適合開展自主探究等動(dòng)手操作性太強(qiáng)的智能項(xiàng)目（如搭建小組件、操縱無(wú)人機(jī)等），但可以通過觀看無(wú)人機(jī)表演、實(shí)用磁性拼接類電子套件等視頻來(lái)彌補(bǔ)，重在培養(yǎng)他們對(duì)人工智能學(xué)習(xí)的興趣。

3.采用獨(dú)立課程還是融合課程開展人工智能教育？

我國(guó)《新課標(biāo)》和美國(guó)《CSTA課程標(biāo)準(zhǔn)》等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件都將人工智能教育作為信息技術(shù)/信息科技課的一部分來(lái)開展。然而，人工智能在未來(lái)社會(huì)的重要性也引發(fā)了許多“將人工智能單獨(dú)設(shè)課”的呼吁。那么，在基礎(chǔ)教育階段，人工智能教育應(yīng)當(dāng)作為獨(dú)立課程開設(shè)，還是作為部分內(nèi)容融合在現(xiàn)有課程體系當(dāng)中？對(duì)這一問題的回答需要結(jié)合學(xué)科發(fā)展和現(xiàn)實(shí)情況兩方面來(lái)看。一方面，就人工智能教育學(xué)科發(fā)展而言，在課時(shí)允許的情況下，作為獨(dú)立課程開設(shè)無(wú)疑是學(xué)科發(fā)展的最優(yōu)選擇。另一方面，就國(guó)內(nèi)而言，國(guó)家課程體系已經(jīng)滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，在已有義務(wù)教育信息科技課程和高中信息技術(shù)課程的基礎(chǔ)上，不大可能新增獨(dú)立的人工智能國(guó)家課程。在無(wú)法作為獨(dú)立的國(guó)家課程開設(shè)的情況下，人工智能教育的主戰(zhàn)場(chǎng)主要有兩個(gè)：一是作為現(xiàn)有信息技術(shù)/信息科技課程的重要組成部分。遺憾的是，從現(xiàn)有《新課標(biāo)》對(duì)人工智能內(nèi)容的包容情況來(lái)看，依然存在重點(diǎn)弱化、主線模糊、銜接不暢的問題，從這個(gè)角度上說，如何強(qiáng)化人工智能相關(guān)內(nèi)容的一體化設(shè)計(jì)將成為未來(lái)《新課標(biāo)》修訂的一個(gè)重要任務(wù)。二是作為國(guó)家三級(jí)課程體系的有機(jī)組成部分，人工智能教育還可以通過地方課程和校本課程來(lái)開展。例如，廣州市全域推廣的人工智能課程就是典型的地方課程，而像江蘇無(wú)錫一中、浙江溫州中學(xué)、廣州南武中學(xué)等師資和軟硬件條件較好的學(xué)校，早已先行開展了人工智能教育的校本探索。此外，學(xué)科融合類課程也是開展人工智能教育的一種載體。事實(shí)上，人工智能教育本身就是一種跨學(xué)科教育，它跨越了信息技術(shù)、計(jì)算科學(xué)、數(shù)學(xué)、科學(xué)、工程等學(xué)科，強(qiáng)調(diào)在多學(xué)科領(lǐng)域中運(yùn)用計(jì)算工具和方法來(lái)解決問題，核心是為了培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算思維。因此可以通過程序設(shè)計(jì)、機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)與應(yīng)用來(lái)開展科學(xué)探究和工程實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)、物理、生物、創(chuàng)客教育、STEM教育和人工智能教育的深度融合，尤其是低齡段的人工智能教育更適合采用跨學(xué)科教育的方式來(lái)開展。值得慶幸的是，教育部最新發(fā)布的《義務(wù)教育課程方案（2022年版）》和各學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)，首次設(shè)立了跨學(xué)科主題學(xué)習(xí)活動(dòng)，占各門課程10%以上的課時(shí)，為基于跨學(xué)科的人工智能教育提供了豐富的落地空間。

4.人文主義在人工智能教育中為何重要

在4份文件中，《指導(dǎo)框架》最強(qiáng)調(diào)人文主義在人工智能教育中的重要性。在2021年的國(guó)際人工智能與教育會(huì)議上，聯(lián)合國(guó)教科文組織將用人文主義指導(dǎo)人工智能與教育領(lǐng)域的政策和實(shí)踐確立為國(guó)際共識(shí)，并倡議世界各國(guó)為此付出努力。同時(shí)，該會(huì)議還提出包容性、公平性和性別平等是人工智能與教育領(lǐng)域最重要的人文主義目標(biāo)（苗逢春，2022）。在基礎(chǔ)教育階段，引導(dǎo)中小學(xué)生從人與自然的關(guān)系、人與人的關(guān)系、人與社會(huì)的關(guān)系、人與技術(shù)的關(guān)系等方面建構(gòu)個(gè)體價(jià)值觀，讓他們?cè)谌松脑缙陔A段就建立起正確的人機(jī)互動(dòng)倫理觀，能夠正確地理解機(jī)器、數(shù)據(jù)、算法背后技術(shù)對(duì)人類社會(huì)的影響，是非常重要的。4份文件均有人文主義的考慮，具體體現(xiàn)在“人工智能與人類智能”“人工智能與社會(huì)發(fā)展”兩個(gè)主題中。“人工智能與人類智能”是《素養(yǎng)框架》和《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》中共同涉及的內(nèi)容，但每個(gè)文件觸及到的維度及學(xué)段有所不同：《素養(yǎng)框架》主要涉及“人工智能與人類的關(guān)系問題”和“人工智能倫理道德”維度，且這部分內(nèi)容滲透在各個(gè)學(xué)段當(dāng)中;《開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)》主要涉及“人類智能”和“人工智能”維度，且僅對(duì)預(yù)備階段和階段一的學(xué)生提出要求，旨在讓初學(xué)者認(rèn)識(shí)人工智能與人類的關(guān)系，要求相對(duì)較低。從整個(gè)內(nèi)容體系而言，“人工智能與人類的關(guān)系問題”和“人工智能倫理道德”等內(nèi)容可以和“人工智能與人類社會(huì)”合并為一個(gè)完整的主題，并貫穿于整個(gè)人工智能教育的體系之中，從而與“人工智能技術(shù)與開發(fā)”形成并列的兩大主題，一文一理（人文+技術(shù)）、雙輪驅(qū)動(dòng)人工智能教育的可持續(xù)發(fā)展。此外，人工智能也可以作為課程思政的載體，解決為誰(shuí)培養(yǎng)人的問題，實(shí)現(xiàn)人工智能教育立德樹人的價(jià)值（馮士海，2021）。

5.中小學(xué)生是否需要學(xué)習(xí)人工智能系統(tǒng)的開發(fā)

與其他3份文件不同，《素養(yǎng)框架》是唯一一份單列了“人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)”模塊的文件，且這一模塊的內(nèi)容從小學(xué)貫穿至高中，主要包括“系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)”和“系統(tǒng)評(píng)估與維護(hù)”，強(qiáng)調(diào)人工智能是一項(xiàng)系統(tǒng)工程。這種情況與筆者2020年分析的4本《人工智能初步》國(guó)標(biāo)教材的情況有一些相似之處（詹澤慧等，2020）：在4本國(guó)標(biāo)教材中，只有粵教版教材有專門一章介紹人工智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，其他3本教材則只是在闡述人工智能典型應(yīng)用（如文字識(shí)別和圖像識(shí)別）時(shí)，以開放平臺(tái)為例作初步講解，并未深入介紹系統(tǒng)開發(fā)。從高中《人工智能初步》教材的使用情況和一線教師的反饋來(lái)看，在實(shí)際教學(xué)中確實(shí)很少涉及人工智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，一般只是停留于人工智能技術(shù)和典型應(yīng)用的介紹。然而，作為滿足學(xué)生個(gè)性化發(fā)展的需要，部分學(xué)有余力的學(xué)生可以將人工智能系統(tǒng)開發(fā)作為課外拓展學(xué)習(xí)內(nèi)容。那么，小學(xué)和初中生有必要學(xué)習(xí)人工智能系統(tǒng)開發(fā)嗎？如果以高中階段為參照，同時(shí)考慮到師資力量薄弱的小學(xué)和初中的現(xiàn)實(shí)情況，答案是不言而喻的。但是，如果以我國(guó)義務(wù)教育《新課標(biāo)》中設(shè)計(jì)的“過程與控制”“物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索”等模塊內(nèi)容為例，將人工智能系統(tǒng)“簡(jiǎn)化”為軟硬件結(jié)合的自動(dòng)化控制系統(tǒng)，同樣可以培養(yǎng)中小學(xué)生對(duì)人工智能系統(tǒng)組成要素、協(xié)同機(jī)制、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、迭代優(yōu)化等初步概念與基本思想的認(rèn)識(shí)與理解（顧佳敏，2019）。從這個(gè)意義上說，中小學(xué)人工智能教育不是人工智能的專業(yè)教育，需要突出基礎(chǔ)性特征，其實(shí)現(xiàn)路徑和內(nèi)容也應(yīng)當(dāng)具有包容性和多樣性（鐘柏昌等，2022）。

6.如何創(chuàng)新人工智能課程的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)

由于部分文件缺少針對(duì)評(píng)價(jià)建議的具體描述，故本文并沒有從評(píng)價(jià)角度對(duì)4份文件進(jìn)行比較分析，但鑒于評(píng)價(jià)是決定人工智能教育能否有效落地的關(guān)鍵問題，因此有必要對(duì)其作進(jìn)一步討論。首先需要明確的是，究竟什么才是人工智能課程學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的重點(diǎn)？人工智能課程與傳統(tǒng)科目的一個(gè)重要差異在于其特別強(qiáng)調(diào)做中學(xué)、創(chuàng)中學(xué)、學(xué)中做、學(xué)中創(chuàng)，即做到“做學(xué)創(chuàng)合一”。因此，對(duì)其學(xué)習(xí)效果的評(píng)價(jià)應(yīng)當(dāng)是證據(jù)導(dǎo)向的素養(yǎng)評(píng)價(jià)，而不是結(jié)果導(dǎo)向的知識(shí)測(cè)試。為此，在評(píng)價(jià)維度的設(shè)計(jì)上，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生“做”的表現(xiàn)和“創(chuàng)”的表現(xiàn)，實(shí)際上就是在真實(shí)情境中以人工智能技術(shù)為核心兼顧人文藝術(shù)的綜合應(yīng)用能力。學(xué)生參與的實(shí)踐、探究、合作、創(chuàng)造的過程及其結(jié)果，都應(yīng)納入評(píng)價(jià)的范圍。那么問題的關(guān)鍵在于，我們應(yīng)如何獲得學(xué)生的這些過程性和結(jié)果性“證據(jù)”并形成有效的學(xué)習(xí)歷程檔案？顯然，完全依賴人工的方式很難做到。從這個(gè)意義上說，人工智能課程的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)離不開人工智能技術(shù)的支持，也離不開智能化評(píng)價(jià)方法的構(gòu)建。例如，筆者團(tuán)隊(duì)在立體化人工智能教材開發(fā)實(shí)踐中設(shè)計(jì)的智能化學(xué)歷案，初步打通了紙質(zhì)教材和線上學(xué)習(xí)平臺(tái)的銜接，不僅能夠方便地采集和加工數(shù)據(jù)，而且能夠?yàn)閷W(xué)生的合作探究和實(shí)踐創(chuàng)新提供學(xué)習(xí)支架。此外，學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)不應(yīng)是孤立的，需要倡導(dǎo)教、學(xué)、評(píng)一體化的評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)，以學(xué)定教、以評(píng)促學(xué)，唯此才能維持三者必要的張力（詹澤慧等，2022）。

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Top-Level Design of Artificial Intelligence Education： Consensus， Differences and Issues

——Content Analysis Based on Four Sets of Standard Documents

ZHONG Baichang，ZHAN Zehui

Abstract： Currently， AI education is highly valued worldwide， and although countries have reached a consensus on how to carry out AI education， a unified program has not yet formed. A content analysis of the top-level design documents released at home and abroad to promote AI education is carried out in order to uncover their consensus and clarify their differences， which can help provide a reference for the design blueprint and implementation path for the continuous optimization of K-12 AI education in China. Through the analysis of four sets of representative top-level design documents on AI education， it is found that all four documents embrace the three main themes of “AI and social development”“AI and human intelligence” and “AI technology”， but the training objectives and the requirements of academic segments focused on by the documents reflect consensus and some differences. In terms of training objectives， the four documents have a high degree of consensus on the general objectives， but the specific content dimensions show diversified characteristics; in terms of the requirements of the academic segments， some documents have different starting time settings and varying degrees of difficulty progression. In the implementation of AI education in primary and secondary schools in the future， it is necessary not only to re-examine the way of setting the content of school sections and the mode of setting the AI curriculum， but also to fully consider the appropriateness of AI education in kindergartens， the importance of humanism in AI education， the necessity of learning AI system development for primary and secondary school students， and the innovation of AI curriculum learning assessment.

Keywords： Artificial Intelligence Education; Artificial Intelligence Curriculum; Top-Level Design; Curriculum Standard; Content Analysis