指向智能素養(yǎng)培育的小初高貫通人工智能項(xiàng)目式課程設(shè)計(jì)

隨著科技的飛速發(fā)展，人工智能已成為推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步和國家富強(qiáng)的重要力量。教育領(lǐng)域應(yīng)跟上時(shí)代的發(fā)展趨勢，著力培養(yǎng)學(xué)生的人工智能素養(yǎng)，以適應(yīng)未來社會(huì)。2017年，國務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指出，要“完善人工智能教育體系，加強(qiáng)人才儲(chǔ)備和梯隊(duì)建設(shè)”“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”^[1]。2018年，教育部《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃》提到“在中小學(xué)引入人工智能普及教育”^[2]。2024年11月，教育部辦公廳發(fā)布《關(guān)于加強(qiáng)中小學(xué)人工智能教育的通知》，要求構(gòu)建系統(tǒng)化課程體系、實(shí)施常態(tài)化教學(xué)與評(píng)價(jià)、開發(fā)普適化教學(xué)資源等^[3]，計(jì)劃2030年前在中小學(xué)基本普及人工智能教育。

在中小學(xué)開展人工智能教育，提高學(xué)生人工智能素養(yǎng)，進(jìn)行小初高貫通式培養(yǎng)是較好的途徑。本文以十二年制公辦學(xué)校首都師范大學(xué)附屬回龍觀育新學(xué)校為例，對此進(jìn)行了設(shè)計(jì)與實(shí)施。學(xué)校面向全體學(xué)生開展人工智能教育，在每個(gè)年級(jí)的信息科技課程教學(xué)中均開展人工智能項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。依據(jù)《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》，各年級(jí)在完成規(guī)定模塊學(xué)習(xí)任務(wù)的基礎(chǔ)上，特別引入與人工智能相關(guān)的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行與課程模塊相關(guān)的人工智能項(xiàng)目實(shí)踐，旨在讓學(xué)生在掌握信息科技基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，深入理解人工智能的學(xué)科方法和思想，從而有效提升學(xué)生的智能素養(yǎng)。

一、不同學(xué)段智能素養(yǎng)培養(yǎng)要求

學(xué)科育人的本質(zhì)在于培育學(xué)生樹立健全的價(jià)值觀，塑造必備的道德品質(zhì)，發(fā)展關(guān)鍵技能。這一切都凝聚在核心素養(yǎng)之中。《中小學(xué)人工智能課程指南》提出，中小學(xué)人工智能核心素養(yǎng)由智能意識(shí)、智能思維、智能應(yīng)用與創(chuàng)造、智能社會(huì)責(zé)任四個(gè)核心要素構(gòu)成^[4]。智能意識(shí)是對人工智能的敏感度、理解力和價(jià)值判斷；智能思維是運(yùn)用人工智能技術(shù)方法形成問題解決方案過程中產(chǎn)生的思維；智能應(yīng)用與創(chuàng)造是將智能技術(shù)應(yīng)用于實(shí)踐并創(chuàng)造新知的能力；智能社會(huì)責(zé)任是在社會(huì)中使用人工智能技術(shù)的責(zé)任感和使命感。

最新修訂的《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》^[5]和《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》^[6]中已有對人工智能的教學(xué)要求，提取這些內(nèi)容，按上述智能素養(yǎng)進(jìn)行梳理，可得到課程標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于小初高貫通的人工智能素養(yǎng)培養(yǎng)要求（掃碼見表1）。

二、人工智能項(xiàng)目式課程體系設(shè)計(jì)原則

（一）課程模式：貫通與整合

小初高貫通的人工智能課程應(yīng)圍繞上述智能素養(yǎng)，以學(xué)科內(nèi)整合、跨學(xué)科整合等多種方式設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)課程體系的整體優(yōu)化。同時(shí)，應(yīng)基于學(xué)生發(fā)展的階段性，針對小學(xué)、初中、高中不同學(xué)段學(xué)生分別設(shè)計(jì)人工智能課程，螺旋式提升學(xué)生智能素養(yǎng)。小學(xué)階段學(xué)生主要以感受、了解人工智能為主；初中階段學(xué)生要親身體驗(yàn)人工智能，能利用人工智能解決生活中的簡單問題^[7]；高中階段學(xué)生進(jìn)入創(chuàng)新層面，要學(xué)會(huì)利用人工智能API（應(yīng)用程序接口）、SDK（軟件開發(fā)工具包）、應(yīng)用平臺(tái)等工具，創(chuàng)新性地開發(fā)實(shí)用的人工智能產(chǎn)品，以解決學(xué)習(xí)和生活中的實(shí)際問題^[8]。

（二）課程實(shí)踐活動(dòng)：自主性、多樣性、優(yōu)勢性

人工智能課程應(yīng)突出實(shí)踐活動(dòng)內(nèi)容，以適應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律，提高其學(xué)習(xí)興趣與成效。人工智能課程實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)要體現(xiàn)自主性、多樣性和優(yōu)勢性。自主性是指在實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)中培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立性和主動(dòng)性。教師要通過設(shè)計(jì)基于真實(shí)問題情境的項(xiàng)目活動(dòng)，以學(xué)生為中心，以項(xiàng)目活動(dòng)為載體，引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑、調(diào)查、探究，體驗(yàn)真實(shí)的工作模式和思考方式，促進(jìn)學(xué)生自主性學(xué)習(xí)。多樣性是指借助多樣的實(shí)踐活動(dòng)形式和學(xué)習(xí)資源，支撐人工智能課程的開發(fā)及主題學(xué)習(xí)的有效達(dá)成，關(guān)注個(gè)體差異，滿足不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。優(yōu)勢性是指人工智能課程實(shí)踐活動(dòng)的設(shè)計(jì)要發(fā)掘和展示每位學(xué)生自身的優(yōu)勢，幫助學(xué)生優(yōu)勢更顯著、特色更突出，以成就感激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力。

（三）課程重點(diǎn)：堅(jiān)持創(chuàng)新性原則

創(chuàng)造力是人工智能時(shí)代人區(qū)別于機(jī)器的核心能力。課程內(nèi)容應(yīng)滲透、體現(xiàn)、引入人工智能的前沿技術(shù)與發(fā)展趨勢，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的基礎(chǔ)原理與技能，體現(xiàn)課程的前沿性、時(shí)代性、動(dòng)態(tài)性。人工智能課程要通過教學(xué)內(nèi)容和形式的創(chuàng)新，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造力，鼓勵(lì)學(xué)生積極參與并投入創(chuàng)新實(shí)踐，生產(chǎn)出新穎且有價(jià)值的成果，并逐步讓學(xué)生的創(chuàng)新思維成為常態(tài)，從而提升學(xué)生智能創(chuàng)新能力。

三、人工智能項(xiàng)目式課程體系設(shè)計(jì)與實(shí)施

學(xué)校利用信息科技課開展小初高貫通人工智能項(xiàng)目式課程，將人工智能教育融入信息科技課程的日常教學(xué)之中。各年級(jí)在完成模塊學(xué)習(xí)任務(wù)的同時(shí)，在信息科技課上引入與人工智能相關(guān)的真實(shí)問題并創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生感悟人工智能學(xué)科的方法與思想，拓展課程內(nèi)容的廣度、深度和問題情境的復(fù)雜度，從而提升學(xué)生的智能素養(yǎng)。

遵循上述課程設(shè)計(jì)原則，學(xué)校從小學(xué)到高中，在各個(gè)年級(jí)信息科技課程模塊中融入人工智能主題，設(shè)計(jì)出如圖1所示的小初高貫通人工智能項(xiàng)目式課程體系。

（一）小學(xué)階段

1.三年級(jí)：我的智能生活

三年級(jí)的信息科技課程聚焦于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)與日常生活主題，培育學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)解決問題的技能，因此可以開展“我的智能生活”主題項(xiàng)目學(xué)習(xí)，如在線翻譯、聽歌識(shí)曲、人臉識(shí)別、語音識(shí)別、AI繪畫、AI寫詩、AI聊天等。學(xué)生通過體驗(yàn)豐富多樣的人工智能技術(shù)，不僅可以培養(yǎng)他們利用在線方式解決問題的能力，還能提升他們網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下用人工智能工具解決問題的智能知識(shí)與技能。通過體驗(yàn)生活中常見的人工智能應(yīng)用，學(xué)生可以認(rèn)識(shí)到人工智能給學(xué)習(xí)和生活帶來的便利，提升智能意識(shí)。學(xué)生通過小組討論暢想未來人工智能產(chǎn)品的功能和外觀，可以激發(fā)他們的智能創(chuàng)新意識(shí)。

2.四年級(jí)：預(yù)測學(xué)習(xí)成績的人工智能

四年級(jí)信息科技課程聚焦于數(shù)據(jù)與編碼，讓學(xué)生理解數(shù)據(jù)在現(xiàn)代信息交流中的核心價(jià)值，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注數(shù)據(jù)安全。在此基礎(chǔ)上，教師可以開展“預(yù)測學(xué)習(xí)成績的人工智能”項(xiàng)目學(xué)習(xí)。學(xué)生以“什么因素影響學(xué)生成績”展開討論和想象，通過問卷調(diào)查、數(shù)據(jù)分析探究影響學(xué)習(xí)成績的因素，繪制影響學(xué)生學(xué)習(xí)成績數(shù)據(jù)的思維導(dǎo)圖；基于數(shù)字用戶畫像設(shè)計(jì)預(yù)測學(xué)習(xí)成績的人工智能產(chǎn)品界面及其數(shù)據(jù)處理流程，開展智能創(chuàng)新，提升數(shù)據(jù)意識(shí)；借助人工智能平臺(tái)開展實(shí)驗(yàn)，探究“錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)標(biāo)簽會(huì)有什么后果”，從而發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)對預(yù)測的影響，理解數(shù)據(jù)是人工智能的三大技術(shù)基礎(chǔ)之一；圍繞“用戶數(shù)據(jù)安全嗎”開展頭腦風(fēng)暴，重視數(shù)據(jù)安全與用戶隱私，了解人工智能帶來的倫理與安全挑戰(zhàn)，增強(qiáng)學(xué)生的自我判斷意識(shí)和責(zé)任感，提升學(xué)生的智能倫理和數(shù)據(jù)安全意識(shí)。

3.五年級(jí)：聰明的人工智能

五年級(jí)信息科技課程聚焦于身邊的算法，培養(yǎng)學(xué)生形成設(shè)計(jì)與分析簡單算法的能力。在此基礎(chǔ)上，教師可以開展“聰明的人工智能”項(xiàng)目。教師通過黑箱探究實(shí)踐方式，讓學(xué)生用可視化編程工具開發(fā)簡單的人工智能作品，不僅可以幫助學(xué)生形成設(shè)計(jì)與分析簡單算法的能力，還能幫助學(xué)生理解算法是人工智能的三大技術(shù)基礎(chǔ)之一，提升學(xué)生用人工智能技術(shù)設(shè)計(jì)簡單作品解決問題的智能意識(shí)以及相關(guān)的知識(shí)與技能，激發(fā)學(xué)生智能創(chuàng)新。

4.六年級(jí)：我的智能控制系統(tǒng)

六年級(jí)信息科技課程聚焦于過程與控制，旨在引導(dǎo)學(xué)生理解生活中普遍存在的各類過程與控制機(jī)制。因此，在五年級(jí)“聰明的人工智能”基礎(chǔ)上，教師可以使用“輸入—智能計(jì)算—輸出”的計(jì)算模式，將人工智能技術(shù)應(yīng)用到過程與控制系統(tǒng)中，開展“我的智能控制系統(tǒng)”項(xiàng)目，使學(xué)生不僅理解反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程與控制的原理，還能合理地將人工智能技術(shù)應(yīng)用到控制系統(tǒng)中，提升學(xué)生的智能意識(shí)和知識(shí)技能。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注人工智能安全問題，關(guān)注在保障智慧社會(huì)安全發(fā)展中自主可控技術(shù)的必要性。

（二）初中階段

1.七年級(jí)：AIGC助力視頻制作

七年級(jí)信息科技課程聚焦于互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用與創(chuàng)新，培育學(xué)生借助互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施和計(jì)算思維技巧來解決學(xué)習(xí)及日常生活中難題的能力。教師可以讓學(xué)生體驗(yàn)生成式人工智能技術(shù)助力視頻制作，感受信息處理的巨大進(jìn)步和應(yīng)用潛力，關(guān)注人工智能的發(fā)展趨勢。教師通過組織學(xué)生思考和討論生成式人工智能帶來的安全問題，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)人工智能對人類社會(huì)未來發(fā)展的巨大價(jià)值和潛在威脅，了解人工智能帶來的倫理與安全挑戰(zhàn)，增強(qiáng)學(xué)生對人工智能的自我判斷意識(shí)和責(zé)任感，學(xué)會(huì)與人工智能良好共處。

2.八年級(jí)：能聽會(huì)說的物聯(lián)網(wǎng)

八年級(jí)信息科技課程聚焦于物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索。學(xué)生通過設(shè)計(jì)和構(gòu)建簡易的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)了解物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)搜集、分析和反饋調(diào)節(jié)等核心功能方面的應(yīng)用。“能聽會(huì)說的物聯(lián)網(wǎng)”項(xiàng)目在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn)用語音與物聯(lián)網(wǎng)開展人性化交互，通過“原理揭示實(shí)踐”讓學(xué)生探究語音識(shí)別與語言合成的原理，通過“AI硬件設(shè)計(jì)實(shí)踐”讓學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意，使用語音識(shí)別、語音合成實(shí)現(xiàn)人性化交互，感知物聯(lián)網(wǎng)與人工智能的關(guān)系，提升學(xué)生的智能素養(yǎng)。

（三）高中階段

高中必修模塊以數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)、信息社會(huì)為學(xué)科大概念，培養(yǎng)學(xué)生成為數(shù)字化時(shí)代的合格公民。在高中必修二的“信息系統(tǒng)與社會(huì)”模塊開展“班級(jí)人臉識(shí)別簽到系統(tǒng)”項(xiàng)目，學(xué)生以“信息系統(tǒng)”為大概念展開學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)信息系統(tǒng)的組成與應(yīng)用的同時(shí)，通過“原理揭示實(shí)踐”項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)用人臉識(shí)別功能搭建簡單的班級(jí)人臉識(shí)別簽到系統(tǒng)，認(rèn)識(shí)人工智能對社會(huì)的價(jià)值和潛在威脅，提升學(xué)生智能素養(yǎng)。

四、實(shí)施效果

在實(shí)施過程中，學(xué)生對人工智能主題的學(xué)習(xí)內(nèi)容表現(xiàn)出較高的興趣和熱情，在課堂上積極參與互動(dòng)，取得符合課程設(shè)計(jì)目標(biāo)的學(xué)習(xí)效果。

以八年級(jí)課程為例，教師設(shè)計(jì)了學(xué)生自評(píng)量表，了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。自評(píng)量表主要通過智能素養(yǎng)的四個(gè)方面讓學(xué)生進(jìn)行自評(píng)，回收有效量表212份。量表針對智能意識(shí)設(shè)計(jì)三道題目對學(xué)生進(jìn)行調(diào)查。調(diào)查數(shù)據(jù)表明，96%的學(xué)生認(rèn)為課程讓自己更加關(guān)注人工智能技術(shù)在生活中的應(yīng)用；92%的學(xué)生表示通過此次學(xué)習(xí)，在以后解決問題時(shí)會(huì)主動(dòng)使用人工智能技術(shù)；97%的學(xué)生期待有更多通過語音與機(jī)器進(jìn)行交互的場景。關(guān)于培養(yǎng)學(xué)生智能倫理，98%的學(xué)生在人工智能采集信息時(shí)知道要保護(hù)自己和他人的隱私，不能濫用信息。在智能知識(shí)與技能方面，92%的學(xué)生表示能夠理解課上知識(shí)，了解語音識(shí)別的原理；90%的學(xué)生能夠了解語音合成的原理。在智能技能方面，98%的學(xué)生能夠在活動(dòng)中與組員合作完成語音識(shí)別的探究任務(wù)；86%的學(xué)生能夠在作品制作活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)自己的想法或創(chuàng)意；87%的學(xué)生表示能夠向大家解釋語音識(shí)別的原理，展示所實(shí)現(xiàn)的語音識(shí)別系統(tǒng)；95%的學(xué)生在遇到問題時(shí)能通過探究找到解決辦法。智能創(chuàng)新方面，有學(xué)生提出將聲音變文字，可以幫助聽障人士獲取說話人的信息；有學(xué)生為視障人士開發(fā)語音輔助設(shè)備，如語音導(dǎo)航眼鏡、語音識(shí)別閱讀器等，幫助他們更好地生活和學(xué)習(xí)。從問卷總體上看，人工智能項(xiàng)目的實(shí)施能夠幫助學(xué)生提升他們的智能素養(yǎng)。

五、結(jié)論

本文介紹了學(xué)校面向全體學(xué)生開展人工智能教育的做法，即以課標(biāo)為依據(jù)，確立人工智能素養(yǎng)培養(yǎng)要求，確定課程設(shè)計(jì)原則，相應(yīng)設(shè)計(jì)出小初高貫通的人工智能項(xiàng)目式課程體系，并在十二年制學(xué)校中進(jìn)行了全面實(shí)施。實(shí)施結(jié)果顯示，本課程體系能夠有效激發(fā)學(xué)生對人工智能學(xué)習(xí)的興趣和對人工智能安全問題的關(guān)注，增強(qiáng)學(xué)生智能意識(shí)和智能社會(huì)責(zé)任，加深學(xué)生對人工智能原理的理解，提升學(xué)生應(yīng)用人工智能的技能，為學(xué)生的智能創(chuàng)新打下基礎(chǔ)。

注：本文系北京市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2022年度一般課題“小初高一體化提升學(xué)生智能素養(yǎng)的實(shí)踐研究”（CDDB22438）的階段性研究成果。

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（作者冷曉莉系首都師范大學(xué)附屬回龍觀育新學(xué)校信息科技教師；劉峽壁系北京理工大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師；趙玉峰系首都師范大學(xué)附屬回龍觀育新學(xué)校執(zhí)行校長；崔紅學(xué)系首都師范大學(xué)附屬回龍觀育新學(xué)?？萍紕?chuàng)新中心副主任）

責(zé)任編輯：牟艷娜