人工智能教育現狀與未來發(fā)展

郭紹青

隨著人工智能技術的突破，世界各國紛紛將人工智能技術作為基礎教育的重要教學內容。2017年，國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確提出，要在中小學階段設置人工智能相關課程?；谶@一背景，我們開始思考人工智能教育當前在我國的實施情況以及未來的發(fā)展方向。

一、人工智能教育千姿百態(tài)

當前在基礎教育領域，人工智能教育可謂是千姿百態(tài)，有企業(yè)產品推動的，有專家研究推動的，還有學校自主研發(fā)的。目前中小學人工智能教育主要有三種開展形式：STEAM教育、創(chuàng)客教育、編程機器人教育。在實際教學中，一些培訓機構和學校簡單地將Python編程語言、Scratch軟件操作、機器人搭建等認為是人工智能教育。針對這種誤解和偏差，我們需要明確的是，編程是人工智能教育的關鍵技術，編程教育只是人工智能教育的一個組成部分，不能完全代表人工智能教育。

基礎教育領域人工智能教材更是琳瑯滿目。課堂教學是實施人工智能教育的重要途徑，而教材作為課程教學的根基，承擔著正本清源的作用。2018年以來，一批涵蓋中小學各學段的人工智能教材相繼涌現。這些教材各具特色，但由于國家層面至今未制定人工智能課程標準，教材的目標定位和編寫思路各有差異，這就使得教材的編寫存在一定的隨意性，導致部分教材的系統(tǒng)性和全面性有所欠缺?，F存人工智能教材主要可以分為兩類：人工智能技術、實現人工智能技術（編程）。人工智能技術包含機器學習、自然語言處理等，從技術維度全面闡釋技術的發(fā)展；實現人工智能技術（編程）是通過人工智能技術對視頻、語音等進行處理。這兩類教材都是將人工智能教育等同于人工智能技術，這顯然是錯誤的。

人工智能教育到底需要從哪些方面開展呢？中小學生學習人工智能課程的目的是什么？可以肯定的是，我們的目的既不是將學生培養(yǎng)成人工智能專家，也不是讓學生升入高等教育院校的人工智能軟件工程等相關專業(yè)。因此，在基礎教育領域開展人工智能教育，我們的初心應該是著重培養(yǎng)學生的人工智能素養(yǎng)，使之明白如何正確、恰當地使用人工智能。

二、人工智能概念含糊不清

【案例一】某學生設計了一款“自動澆花神器”，能夠在土壤濕度低于50%的情況下自動澆水。該作品運用濕度傳感器將信息送入控制單元，再輸出到水泵，由此形成了一個控制系統(tǒng)，解決了工業(yè)自動化方面的問題。

【案例二】某學生設計了一款“智能五彩樹”，能夠運用Mind+實現根據光線強弱自動開關彩燈。該作品通過光敏電阻輸出電壓信號，從而使控制單元進行開關動作，實現自動開關彩燈的效果。

通過分析我們可以看出，以上兩個案例都屬于創(chuàng)客作品，整個操作過程沒有使用任何與人工智能相關的技術，這是在基礎教育領域普遍存在的問題。

三、STEAM教育、創(chuàng)客教育、編程機器人教育與人工智能教育的關系

STEAM是科學、技術、工程藝術、數學五門學科英文首字母的縮寫。STEAM教育是一種跨學科教育模式，旨在打破學科疆域，通過對學科素養(yǎng)的綜合應用解決實際問題，培養(yǎng)綜合型人才。創(chuàng)客文化起源于美國的車庫文化，創(chuàng)客教育是創(chuàng)客文化與教育的結合，遵循“創(chuàng)新和實踐”理念，基于學生興趣，以項目學習的方式，使用數字化工具，倡導造物，鼓勵分享，培養(yǎng)跨學科解決問題能力、團隊協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。編程機器人教育通常是指學習機器人的基本知識與基本技能，或利用教育機器人優(yōu)化教育教學效果的理論與實踐，主要分成工程、邏輯、創(chuàng)新三個思維開發(fā)模式階段。人工智能教育包括利用人工智能賦能的教育和以人工智能為學習內容的教育。其中，人工智能賦能的教育強調人工智能與教育的融合，強調利用人工智能賦能教育變革，需要進行智能化教育環(huán)境與生態(tài)建設、模式探討、制度建設，不斷提高教學績效；以人工智能為學習內容的教育屬于面向智能社會公民的智能素養(yǎng)教育，包括不同層次人工智能科學、人工智能技術、人工智能應用方法等方面的知識、能力與情感教育。

總而言之，傳統(tǒng)教育分學科學習滿足不了面向未來人才需求的培養(yǎng)，所以提出了STEAM教育，但是STEAM教育并不能完全解決傳統(tǒng)教育的不足，在此基礎上又提出了創(chuàng)客教育，而編程機器人教育是在創(chuàng)客教育的范疇中更聚焦先進技術，更聚焦面向未來的創(chuàng)客教育。人工智能教育是在STEAM教育、創(chuàng)客教育、編程機器人教育的基礎上，向學生傳授更多的人工智能應用知識和原理，解決人工智能運用的真實場景和實際問題。所以我們不能簡單地認為STEAM教育、創(chuàng)客教育、編程機器人教育就是人工智能教育。

四、人工智能教育錯誤認識存在的原因

缺少規(guī)范引領 2003年，教育部頒布了《普通高中信息技術課程標準（實驗）》，“人工智能初步”的內容首次被納入信息技術課程中，并以選修模塊開設。《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》要求，以數據、算法、網絡、信息處理、信息安全、人工智能為課程邏輯主線，按照義務教育階段學生的認知發(fā)展規(guī)律，統(tǒng)籌安排各學段學習內容，并從第四學段開始涉及“人工智能與智慧社會”課程內容。人工智能課程與信息科技課程雖已實現了整合，但鑒于人工智能的跨學科特性，下一步是否需要“拔高”人工智能課程的定位，增強其在基礎教育課程體系的附著性和滲透性？這些問題都值得商榷。

缺乏教育視角研究 智能時代，教育的表征形態(tài)、理論基礎與研究范式正在發(fā)生改變，人工智能教育具備了時代新內涵與新內容。當前，諸多學者更多是從技術視角定義并開展人工智能教育，卻忽略了對教育本質的培養(yǎng)。

企業(yè)產品導向錯誤 企業(yè)根據自己的理解開發(fā)產品，將許多能充電、能跑、能動的產品統(tǒng)一稱為智能產品，濫用“人工智能”這一名詞。同時，企業(yè)以營利導向為基礎，而中小學公益性強，二者有機融合不夠深入，缺乏長期的協(xié)同合作，導致教學目標與產業(yè)需求錯位，改革創(chuàng)新教學模式孤掌難鳴。

人工智能教育的內涵

一、國家戰(zhàn)略

2017年國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》在“戰(zhàn)略態(tài)勢”中指出：我國發(fā)展人工智能具有良好基礎。國家部署了智能制造等國家重點研發(fā)計劃重點專項，印發(fā)實施了《“互聯網+”人工智能三年行動實施方案》。經過多年的持續(xù)積累，我國在人工智能領域取得重要進展，國際科技論文發(fā)表量和發(fā)明專利授權量已居世界第二，部分領域核心技術實現重要突破。語音識別、視覺識別技術世界領先，自適應自主學習、直覺感知、綜合推理、混合智能和群體智能等初步具備跨越發(fā)展的能力，中文信息處理、智能監(jiān)控、生物特征識別、工業(yè)機器人、服務機器人、無人駕駛逐步進入實際應用，人工智能創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)日益活躍。這一戰(zhàn)略態(tài)勢體現了未來社會轉型和發(fā)展的大方向，國家數字經濟的發(fā)展離不開人工智能技術的支持?？萍几偁帤w根結底是人才的競爭，要加快培養(yǎng)聚集人工智能高端人才、加大高端人工智能人才引進力度、建設人工智能學科。

二、素養(yǎng)框架

2021年，中央電化教育館正式發(fā)布的《中小學人工智能技術與工程素養(yǎng)框架》，旨在明確中小學人工智能學科核心素養(yǎng)的基本內容與要求，為人工智能課程標準制定、教材編寫和課程開設提供參考和依據。

1.人工智能與人類的關系

未來，人工智能定會和人類產生諸如輔助、協(xié)作、競爭、超越等復雜的關系。人工智能需要以人為本，以增進人類共同福祉為目標，最終實現與人類的和諧共存。然而，沙特阿拉伯授予機器人“索菲亞”公民身份，特別是“索菲亞”揚言要“毀滅人類”，已經引發(fā)了人們的擔憂。機器人擁有公民身份之后，是否和人類享有同樣的權利？是否應該承擔同樣的義務？人們對此各執(zhí)己見。為此，我們需要關注人工智能技術對人們的深刻影響，包括倡導積極影響與控制負面影響，意識到人工智能技術將與人類發(fā)生沖突，確保人們對人工智能技術的決策是負責任、可問責的。

2.人工智能與社會的關系

一方面，人工智能是社會發(fā)展的產物；另一方面，人工智能可以改造社會，使社會變得更加高效、智能，最終可能變革社會成為新的智能社會，與人類共同創(chuàng)建智慧社會。因此，人工智能不僅是一次技術層面的革命，未來也必將與社會經濟變革、教育變革、思想文化變革等同步，掀起一輪新的產業(yè)革命。但每一項新技術的出現，在對社會產生積極影響的同時，也會產生消極的影響。人工智能本質上是一種建立在大數據基礎上的自我學習、判斷和決策的技術，為了保證決策推理的公平、公正，我們必須確保大數據資源及其決策算法的透明公正。

3.人工智能技術

人工智能是計算機科學與其他學科交叉的新型學科，也是一門極富挑戰(zhàn)性的學科。人工智能本身很難給學生帶來情境化、物化的體驗，這給中小學生理解人工智能帶來了障礙。因此，人工智能技術成為一個載體，幫助人們解決身邊、社會、國家甚至世界的相關問題，并通過學習人工智能技術的原理和過程方法，思考如何利用這些技術解決具體的問題，如何選擇和利用人工智能工具解決問題，如何使用合適的人工智能產品方便人們的生活，從而真正達到服務人類和社會的目的。

4.人工智能系統(tǒng)設計與開發(fā)

在系統(tǒng)開發(fā)過程中，要著重培養(yǎng)系統(tǒng)性思維，從工程角度出發(fā)，對系統(tǒng)及系統(tǒng)各個組成部分進行分析、預測、評價，并使系統(tǒng)達到最優(yōu)。人工智能系統(tǒng)設計與開發(fā)旨在運用系統(tǒng)工程的思想和方法，研究問題的解決方案，以設計出最大限度滿足人類需求的系統(tǒng)。同時，需要對人工智能系統(tǒng)進行維護、保養(yǎng)，以有效地診斷、修復和優(yōu)化不可預測的故障，制定預防人工智能對人類和社會產生危害的機制。這一領域對提升學生解決復雜問題的能力以及創(chuàng)新思維等高階思維能力是很有幫助的。

人工智能教育的未來

一、全球布局

當前，人工智能已經全方位滲透進人類社會的不同行業(yè)和生活環(huán)節(jié)，智能制造、物流倉儲、智慧醫(yī)療等逐漸推動著社會的變革，智能閱卷、考試機器人、發(fā)音測評、學習行為分析等促進了教育工作和教育系統(tǒng)的不斷發(fā)展與革新?？傊?，人工智能已經成為服務國計民生的變革性技術，也是世界各國搶占的科技新高地。美國在人工智能的研究領域一直處于最前沿，除了主要得益于聯邦研究基金和政府實驗室的支持外，更離不開政府的高度重視。德國推行以“智能工廠”為重心的“工業(yè)4.0”計劃，并設定了三大目標：將德國和歐洲打造成人工智能的領先基地，以此來確保德國未來的競爭力；實現負責任、以共同福祉為導向的人工智能開發(fā)和利用；在廣泛社會對話和積極政策架構下，通過道德、法律、文化和制度把人工智能嵌入到整個社會中。日本將物聯網、人工智能和機器人作為第四次產業(yè)革命的核心，并將2017年定為日本的“人工智能元年”。俄羅斯更偏向于發(fā)展和資助人工智能在軍事與國防領域的應用，致力于發(fā)展圖像識別、語音識別、自主軍事系統(tǒng)控制以及武器生命信息支持等人工智能技術。我國在《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確提出了“設立人工智能專業(yè)”和“在原有基礎上拓寬人工智能專業(yè)教育內容”等要求以及我國新一代人工智能“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。我國人工智能的發(fā)展正按照“構建一個體系、把握雙重屬性、堅持三位一體、強化四大支撐”的總體部署，逐步形成健康持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略路徑。

二、發(fā)展趨勢

世界各國都很重視人工智能的發(fā)展，因此將人工智能課程納入中小學必修課程是十分必要的。未來，人工智能教育三個發(fā)展趨勢。首先，人工智能素養(yǎng)培養(yǎng)將趨于社會化和綜合化，人工智能技術將融入各學科教學過程。學生將在多學科中體驗人工智能，培養(yǎng)人工智能素養(yǎng)。其次，構建智能創(chuàng)新教育課程體系，將STEAM教育、創(chuàng)客教育、編程機器人教育整合成一個課程體系，實現智能創(chuàng)新課程體系的解構、重組、再造，逐步形成以人工智能教育為核心，各學科交叉融合的創(chuàng)新教育。最后，構建智能創(chuàng)新教育中心體系，形成線上線下融合，各學校自行選擇，融合AI、STEAM、創(chuàng)客主題模塊的智能創(chuàng)新教育中心。

當今社會已向人工智能時代邁進，教育必須順勢而行。未來，學生們面對的世界將遠遠超過我們的認知邊界，加強人工智能基礎教育建設是未雨綢繆應對未來社會發(fā)展的必然選擇和要求，更是幫助中國崛起的偉大武器。