中小學(xué)人工智能教育：何以探索與實(shí)踐

祁榮賓　王艷芳

隨著人工智能技術(shù)的迅猛崛起，人才培養(yǎng)正迎來(lái)一場(chǎng)前所未有的深刻變革。昔日，教育的重心在于傳授基礎(chǔ)知識(shí)和技能，以滿足工業(yè)時(shí)代的迫切需求。然而，隨著數(shù)字時(shí)代的翩然而至，教育的焦點(diǎn)已悄然轉(zhuǎn)變，更加聚焦于培養(yǎng)創(chuàng)新思維和數(shù)字素養(yǎng)等高階能力。

我國(guó)政府對(duì)人工智能領(lǐng)域的人才培養(yǎng)給予了高度重視，并將人工智能教育列為國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略的關(guān)鍵一環(huán)。特別是中小學(xué)階段的人工智能教育，作為孕育未來(lái)創(chuàng)新人才的搖籃，正逐漸受到社會(huì)各界的熱切關(guān)注。早在2017 年，國(guó)務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確提出在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程。2022 年，教育部印發(fā)的《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022 年版）》明確提出將人工智能作為課程內(nèi)容。

當(dāng)前，中小學(xué)人工智能教育正站在時(shí)代的風(fēng)口浪尖，既迎來(lái)了前所未有的發(fā)展機(jī)遇，也面臨著諸多挑戰(zhàn)與問題，亟待深入思考與解決。本文將從中小學(xué)人工智能教育的推進(jìn)之策，以及如何提升教師專業(yè)水平兩個(gè)方面進(jìn)行分析，以期為我國(guó)中小學(xué)人工智能教育實(shí)踐提供有益的參考和啟示。

中小學(xué)人工智能教育推進(jìn)之策

健全中小學(xué)人工智能教育生態(tài)

國(guó)家對(duì)中小學(xué)人工智能教育高度重視，但現(xiàn)實(shí)中仍面臨諸多挑戰(zhàn)。人工智能已作為教學(xué)內(nèi)容納入信息課程標(biāo)準(zhǔn)，但在課程標(biāo)準(zhǔn)、課時(shí)安排、教學(xué)評(píng)價(jià)等方面缺乏統(tǒng)一規(guī)范。地方區(qū)域?qū)用?，?jīng)費(fèi)和人力投入不足，缺乏自上而下的有效統(tǒng)籌；學(xué)校方面，人工智能教育尚處于摸索階段，資源和師資匱乏，且融入日常教學(xué)體系不足；企業(yè)和高校方面，盡管擁有豐富的教育產(chǎn)品和深厚的成果沉淀，但其提供的產(chǎn)品和服務(wù)與中小學(xué)人工智能教育的實(shí)際需求還有一定距離。因此，建立起一個(gè)健康、穩(wěn)定、可持續(xù)的中小學(xué)人工智能教育生態(tài)環(huán)境，需要政府、學(xué)校、企業(yè)、高校和科研機(jī)構(gòu)等多方面的協(xié)同努力。

教育相關(guān)部門應(yīng)出臺(tái)更加具體和有針對(duì)性的政策，明確中小學(xué)人工智能教育的建設(shè)目標(biāo)，做好頂層設(shè)計(jì)和統(tǒng)籌管理；對(duì)人工智能課程標(biāo)準(zhǔn)和各學(xué)段開設(shè)的課時(shí)量提供指導(dǎo)；組織專業(yè)力量，研發(fā)課程內(nèi)容；加強(qiáng)教師培訓(xùn)，提升教師的專業(yè)素養(yǎng)和教學(xué)能力；提供人工智能實(shí)驗(yàn)室建設(shè)規(guī)劃與指導(dǎo)，確保教育資源的合理配置和高效利用；對(duì)發(fā)展不平衡的區(qū)域，分層有序推進(jìn)人工智能教育落地。學(xué)校應(yīng)加強(qiáng)對(duì)人工智能教育的重視和投入，為教師提供足夠的發(fā)展空間，鼓勵(lì)和激勵(lì)教師積極開設(shè)人工智能相關(guān)課程，參與相關(guān)展示交流活動(dòng)，以學(xué)促教，以賽促學(xué)，提升教師和學(xué)生的獲得感和成就感。區(qū)域或?qū)W?？梢酝ㄟ^(guò)政策引導(dǎo)、建立合作機(jī)制、加強(qiáng)監(jiān)管和評(píng)估等措施，聯(lián)合企業(yè)和高校，提供更加優(yōu)質(zhì)的教育產(chǎn)品和服務(wù)。只有各方齊心協(xié)力、形成合力，才能推動(dòng)中小學(xué)人工智能教育走向更加美好的未來(lái)。

研究機(jī)構(gòu)可以充分發(fā)揮專業(yè)引領(lǐng)作用，為區(qū)域和學(xué)校人工智能教育發(fā)展提供有力支撐。比如課程教材研究所與上海人工智能實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合開展了“中小學(xué)人工智能教育實(shí)踐研究”項(xiàng)目，通過(guò)頂層設(shè)計(jì)，明確任務(wù)規(guī)劃，構(gòu)建了教材所—實(shí)驗(yàn)區(qū)—實(shí)驗(yàn)校三方聯(lián)動(dòng)的工作推進(jìn)機(jī)制，形成了專家指導(dǎo)—區(qū)教研引領(lǐng)—實(shí)驗(yàn)校全員參與—教師校本化實(shí)踐的教研機(jī)制，通過(guò)專業(yè)指導(dǎo)、示范引領(lǐng)，促進(jìn)區(qū)域人工智能教育實(shí)踐全方位發(fā)展。

規(guī)范中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容

中小學(xué)人工智能教育面臨課程內(nèi)容規(guī)范性不足的問題，課程缺乏標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)，課程定位不準(zhǔn)確。有的過(guò)于追求技術(shù)前沿，有的過(guò)于簡(jiǎn)單，還有的將編程、機(jī)器人、STEM 等課程等同于人工智能課程。此外，課程內(nèi)容零散、缺乏系統(tǒng)性，學(xué)生難以建構(gòu)人工智能思維模式；不同地區(qū)對(duì)課程內(nèi)容的深度和廣度需求差異大，規(guī)范建設(shè)難度高。不同地區(qū)可以結(jié)合自身發(fā)展水平和人工智能教育目標(biāo)規(guī)劃，組織專業(yè)的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程評(píng)價(jià)等方面進(jìn)行課程和資源開發(fā)，也可以結(jié)合企業(yè)或科研機(jī)構(gòu)研發(fā)的課程進(jìn)行優(yōu)選或本土化再加工。

中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容要體現(xiàn)基礎(chǔ)性、注重實(shí)踐性，課程內(nèi)容應(yīng)符合中小學(xué)生的知識(shí)體系和理解能力，強(qiáng)調(diào)以情境體驗(yàn)和動(dòng)手實(shí)踐驅(qū)動(dòng)知識(shí)習(xí)得。內(nèi)容選擇上需要與人工智能技術(shù)發(fā)展保持同步，應(yīng)有一定的前瞻性、開放性和靈活性。

課程體系設(shè)計(jì)以小學(xué)、初中、高中一體化為出發(fā)點(diǎn)，構(gòu)建具有高度連貫性的中小學(xué)人工智能課程體系。圍繞人工智能核心理念，數(shù)據(jù)、算法、算力三大要素，確保課程內(nèi)容合理貫穿于小、初、高全學(xué)段，各階段課程內(nèi)容能夠很好地銜接，使知識(shí)累積呈現(xiàn)循序漸進(jìn)的過(guò)程。依據(jù)《中小學(xué)人工智能課程指南》[1]，上海人工智能實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合一線教師研發(fā)了適合中小學(xué)階段開課的進(jìn)階式課程和項(xiàng)目，表1 列出了部分推薦的內(nèi)容。

提升中小學(xué)人工智能師資水平

中小學(xué)信息科技教師在人工智能教育中扮演關(guān)鍵角色，但專業(yè)背景的局限性成為他們面臨的一大挑戰(zhàn)。許多教師缺乏人工智能的核心知識(shí)和技能，他們更側(cè)重于編程技巧或工具使用。

首先，加強(qiáng)現(xiàn)有教師專業(yè)培訓(xùn)是關(guān)鍵，為教師提供系統(tǒng)的人工智能知識(shí)和教育教學(xué)方法的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)。同時(shí)，還可以建立教師學(xué)習(xí)共同體，通過(guò)聯(lián)合校內(nèi)和地區(qū)教師之間教研，進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)分享和交流，共同提升專業(yè)素養(yǎng)。建立人才梯隊(duì)，激勵(lì)有能力的教師脫穎而出，帶動(dòng)示范和引領(lǐng)其他教師的成長(zhǎng)。

針對(duì)人工智能師資不足的問題，可以從校內(nèi)轉(zhuǎn)化或引進(jìn)校外服務(wù)。很多數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)等學(xué)科教師，因?yàn)橛斜容^深厚的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)和理工科思維，能夠快速進(jìn)入人工智能領(lǐng)域的學(xué)習(xí)，同時(shí)又能運(yùn)用人工智能技術(shù)解決本學(xué)科的問題，可以通過(guò)引導(dǎo)參與人工智能的教學(xué)。其次，可以借助企業(yè)或高校師范生等人工智能技術(shù)與教育相關(guān)專業(yè)的人員進(jìn)校協(xié)同授課，與本校教師在教學(xué)和人工智能技術(shù)方面做到互補(bǔ)，形成邊教學(xué)、邊培養(yǎng)、邊成長(zhǎng)的良性發(fā)展模式。

優(yōu)化中小學(xué)人工智能教育實(shí)踐環(huán)境

人工智能作為一門實(shí)踐學(xué)科，其實(shí)施與落實(shí)離不開完善的實(shí)踐環(huán)境和配套設(shè)備。當(dāng)前，中小學(xué)在推進(jìn)人工智能教育時(shí)，面臨硬件設(shè)施落后、必要設(shè)備缺乏的瓶頸，計(jì)算機(jī)陳舊、硬件設(shè)備不足、網(wǎng)絡(luò)條件不佳，都嚴(yán)重影響學(xué)生的體驗(yàn)和課程普及。

相關(guān)部門應(yīng)盡快制定中小學(xué)人工智能教育實(shí)驗(yàn)場(chǎng)所建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)范學(xué)校實(shí)驗(yàn)室建設(shè)，促進(jìn)不同地區(qū)、學(xué)校、企業(yè)之間的深入合作，共同推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)步伐。同時(shí)還要注重實(shí)驗(yàn)室與人工智能課程資源的配合使用，優(yōu)化資源配置，提升使用效率。

學(xué)校需要著力提升人工智能教學(xué)的軟硬件配置水平，包括性能良好的計(jì)算機(jī)、開源硬件、本地訓(xùn)練需要的算力資源等。選擇功能全面，性能穩(wěn)定，滿足日常教學(xué)、項(xiàng)目實(shí)踐、資源共享的一體化人工智能平臺(tái)也至關(guān)重要。此外，還需優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，提升網(wǎng)絡(luò)帶寬和穩(wěn)定性，確保教學(xué)平臺(tái)的流暢訪問，為學(xué)生提供良好的在線學(xué)習(xí)環(huán)境。

重視開展中小學(xué)人工智能科普實(shí)踐活動(dòng)

人工智能教育的核心在于全面促進(jìn)學(xué)生的培養(yǎng)與發(fā)展，這是一項(xiàng)集優(yōu)質(zhì)課程內(nèi)容、專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)、適宜實(shí)踐環(huán)境及良好教育生態(tài)于一體的系統(tǒng)工程?？破諏?shí)踐活動(dòng)在其中扮演著重要的角色，作為連接各關(guān)鍵要素的橋梁與紐帶，可有效推動(dòng)各要素間的深度融合與提升。通過(guò)科普實(shí)踐活動(dòng)不僅能促進(jìn)人工智能的教與學(xué)，還可助力構(gòu)建創(chuàng)新人才評(píng)價(jià)體系，使優(yōu)秀成果得以反哺課程內(nèi)容，形成正向循環(huán)。同時(shí)，實(shí)踐活動(dòng)應(yīng)注重內(nèi)容的豐富多彩，吸引學(xué)生積極參與，并通過(guò)廣泛輻射效應(yīng)推動(dòng)各地區(qū)人工智能教育協(xié)同發(fā)展。

由中國(guó)科協(xié)青少年科技中心、中國(guó)青少年科技教育工作者協(xié)會(huì)、上海人工智能實(shí)驗(yàn)室和地方科協(xié)主辦的全國(guó)青少年人工智能創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)就是一個(gè)非常典型的科普實(shí)踐活動(dòng)案例。該活動(dòng)以“與AI 共創(chuàng)未來(lái)”為主題，面向青少年開展人工智能藝術(shù)生成、人工智能交互設(shè)計(jì)、人工智能工程實(shí)踐及人工智能算法挑戰(zhàn)等實(shí)踐活動(dòng)，普及推廣人工智能相關(guān)知識(shí)和技能，通過(guò)線上線下的人工智能學(xué)習(xí)體驗(yàn)和創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)，引導(dǎo)青少年在當(dāng)今“人機(jī)共智時(shí)代”，更好地運(yùn)用人工智能技術(shù)為社會(huì)和人類未來(lái)的發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。在2023 年的全國(guó)青少年人工智能創(chuàng)新實(shí)踐活動(dòng)中，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格評(píng)選，來(lái)自全國(guó)31 個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）及澳門特別行政區(qū)的8 000 余份參賽作品中，最終有238項(xiàng)優(yōu)秀人工智能科技實(shí)踐作品脫穎而出，參與現(xiàn)場(chǎng)展示與交流環(huán)節(jié)。這些作品充分展現(xiàn)了青少年在人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新精神和卓越才華，共同見證了他們?cè)诳萍记把氐耐黄婆c成長(zhǎng)。

理論與實(shí)踐全方位提升教師專業(yè)水平

如何從一個(gè)對(duì)人工智能知之甚少的“小白”，成長(zhǎng)為具備人工智能素養(yǎng)的優(yōu)秀教師呢？可以從認(rèn)知轉(zhuǎn)變、學(xué)習(xí)提升、教學(xué)實(shí)踐、團(tuán)隊(duì)協(xié)作入手，從被動(dòng)接受到主動(dòng)擁抱，從基礎(chǔ)入門到深入鉆研，從教學(xué)研究到課程落地，從單兵作戰(zhàn)到合作共贏，實(shí)現(xiàn)教師的自我成長(zhǎng)。

認(rèn)知轉(zhuǎn)變：從被動(dòng)接受到主動(dòng)擁抱

在數(shù)字化浪潮席卷而來(lái)的今天，信息科技教師正在面臨一場(chǎng)深刻的認(rèn)知轉(zhuǎn)變。曾經(jīng)，許多教師可能將人工智能視作一個(gè)遙不可及的高科技領(lǐng)域，與自己的教學(xué)工作關(guān)系不大。然而，隨著技術(shù)的飛速進(jìn)步與廣泛普及，人工智能已悄然融入我們?nèi)粘Ｉ畹拿總€(gè)角落，教育領(lǐng)域亦不可避免地受到了深刻影響。

人工智能對(duì)基礎(chǔ)教育的重要意義不言而喻。它不僅是國(guó)家戰(zhàn)略發(fā)展的基石，更是培養(yǎng)未來(lái)創(chuàng)新型人才的關(guān)鍵所在。因此，教師要深刻認(rèn)識(shí)到人工智能技術(shù)發(fā)展對(duì)教育教學(xué)帶來(lái)的前所未有的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，摒棄過(guò)去的陳舊觀念，積極擁抱新時(shí)代的科技力量。保持開放的心態(tài)和持續(xù)學(xué)習(xí)的熱情，保持對(duì)人工智能領(lǐng)域最新技術(shù)進(jìn)展的敏銳嗅覺，時(shí)刻關(guān)注前沿研究成果和應(yīng)用案例，緊跟時(shí)代步伐，不斷拓展視野，豐富認(rèn)知，更新知識(shí)體系，為學(xué)生提供高質(zhì)量的教學(xué)和指導(dǎo)。

學(xué)習(xí)提升：從基礎(chǔ)入門到深入鉆研

要成為一名具備人工智能素養(yǎng)的教師，學(xué)習(xí)無(wú)疑是開啟成功之門的金鑰匙。在眾多學(xué)習(xí)路徑中，有的以活動(dòng)和項(xiàng)目為航標(biāo)，在解決問題的過(guò)程中按需學(xué)習(xí)，逐步深化對(duì)人工智能的領(lǐng)悟；有的則從人工智能工具的使用和應(yīng)用體驗(yàn)切入，在熟練掌握操作技巧的同時(shí)，深究其背后的原理；還有的以專業(yè)系統(tǒng)學(xué)習(xí)為目標(biāo)，致力于掌握人工智能的核心知識(shí)與技術(shù)，構(gòu)建完整的知識(shí)體系。無(wú)論選擇哪條學(xué)習(xí)路徑，它們之間都相互交織、相互促進(jìn)，通識(shí)性學(xué)習(xí)、案例實(shí)踐及視野拓展都是共同的追求。

通識(shí)性學(xué)習(xí)在人工智能入門階段尤為重要，它涵蓋了人工智能的基本概念、基本任務(wù)、基本應(yīng)用及研究領(lǐng)域等，為教師提供了全面而基礎(chǔ)性的認(rèn)知框架。案例實(shí)踐始終是學(xué)習(xí)的核心，它不僅是檢驗(yàn)學(xué)習(xí)成果的試金石，更是提升解決問題能力的不二法門。通過(guò)實(shí)踐，教師能夠更好地將理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)際應(yīng)用，不斷提升自己在人工智能領(lǐng)域的核心素養(yǎng)。華東師范大學(xué)出版的《人工智能基礎(chǔ)》系列讀本，每個(gè)單元都圍繞真實(shí)問題展開，采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的方式，讓人工智能學(xué)以致用[2]。

人工智能作為一門高度交叉與融合的學(xué)科，其深度與廣度超越了單一學(xué)科的界限，它融合了計(jì)算機(jī)科學(xué)的算法邏輯、高等數(shù)學(xué)的理論基石、神經(jīng)科學(xué)的生物基礎(chǔ)，以及社會(huì)學(xué)與心理學(xué)的人文洞見。對(duì)于有志于深入探究人工智能奧妙的教師而言，夯實(shí)前置知識(shí)基礎(chǔ)是不可或缺的，這不僅有助于教師更好地理解人工智能的內(nèi)在邏輯與應(yīng)用價(jià)值，更能為未來(lái)在人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新與發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

教學(xué)實(shí)踐：從教學(xué)研究到課程落地

教師不僅需要持續(xù)提升自身的人工智能素養(yǎng)，更應(yīng)通過(guò)教學(xué)研究做好課程設(shè)計(jì)，提升教學(xué)方法，改變傳統(tǒng)育人模式，有效培養(yǎng)學(xué)生的人工智能素養(yǎng)。

在課程設(shè)計(jì)方面，教師應(yīng)緊密結(jié)合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，設(shè)計(jì)層次清晰、實(shí)踐導(dǎo)向的人工智能大單元教學(xué)案例。這些案例應(yīng)涵蓋問題分析、方案設(shè)計(jì)、實(shí)施驗(yàn)證和迭代優(yōu)化等環(huán)節(jié)，旨在引導(dǎo)學(xué)生逐步深入理解和掌握人工智能的核心方法。同時(shí)，教師需不斷汲取他人的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)，通過(guò)開展公開課、仔細(xì)打磨課程細(xì)節(jié)，并接受同行和專家的評(píng)議與指導(dǎo)，以完善課程設(shè)計(jì)。

在教學(xué)方法上，教師應(yīng)注重采用多樣化、創(chuàng)新性的教學(xué)手段，通過(guò)真實(shí)場(chǎng)景的構(gòu)建，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和主動(dòng)性；利用創(chuàng)意設(shè)計(jì)吸引學(xué)生的注意力，提升課堂的趣味性；借助交互平臺(tái)增強(qiáng)師生間的互動(dòng)，提高教學(xué)效果。此外，項(xiàng)目實(shí)踐是提升學(xué)生人工智能素養(yǎng)的重要途徑，教師應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生直面挑戰(zhàn)，自主思考，通過(guò)解決實(shí)際問題深化對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用。

在育人模式上，教師應(yīng)實(shí)現(xiàn)從注重知識(shí)傳遞向注重創(chuàng)新能力培養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。通過(guò)問題導(dǎo)向、項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)等教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索與實(shí)踐，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新思維和解決問題的能力。同時(shí)，教師還應(yīng)關(guān)注學(xué)生的個(gè)體差異，因材施教，為每個(gè)學(xué)生提供適合自己的學(xué)習(xí)路徑和發(fā)展空間。此外，鑒于人工智能技術(shù)的倫理、法律和社會(huì)影響，教師在教學(xué)過(guò)程中還需注重培養(yǎng)學(xué)生的倫理意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感，引導(dǎo)他們正確看待和應(yīng)用人工智能技術(shù)。

團(tuán)隊(duì)協(xié)作：從單兵作戰(zhàn)到合作共贏

在當(dāng)下這個(gè)日新月異的時(shí)代，中小學(xué)人工智能教師若固守單兵作戰(zhàn)的模式，顯然無(wú)法跟上時(shí)代的步伐。人工智能教育不僅要求教師擁有深厚的專業(yè)知識(shí)，更應(yīng)積極參與合作，在合作過(guò)程中獲得更多實(shí)踐鍛煉的機(jī)會(huì)，與更多優(yōu)秀人才和組織攜手共進(jìn)。同時(shí)，教師可以共享優(yōu)質(zhì)教育資源，互通有無(wú)，形成強(qiáng)大的教育合力，共同推動(dòng)人工智能教育的普及和發(fā)展。

通過(guò)探索與實(shí)踐，我們共同期待中小學(xué)人工智能教育能夠蓬勃發(fā)展，為國(guó)家的未來(lái)注入更多智慧與創(chuàng)新力量。

參考文獻(xiàn)

[1] 中小學(xué)人工智能課程指南課題組．中小學(xué)人工智能課程指南[J]．華東師范大學(xué)學(xué)報(bào)（教育科學(xué)版），2023，41（03），121-134．

[2] 湯曉鷗，潘云鶴，姚期智．人工智能基礎(chǔ)．上海：華東師范大學(xué)出版社，2022．