改革信息科技課程 推動(dòng)人工智能教育

【中圖分類號(hào)】G434【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A【論文編號(hào)】1671-7384（2025）06-008-03

人工智能是信息科技的一個(gè)重要研究領(lǐng)域。自計(jì)算機(jī)問(wèn)世以來(lái)，信息科技沿著以計(jì)算機(jī)為核心，到以互聯(lián)網(wǎng)為核心，再到以人工智能為核心的脈絡(luò)持續(xù)發(fā)展，促進(jìn)了社會(huì)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的建設(shè)。新一代人工智能的普及與應(yīng)用對(duì)人們社會(huì)生存與發(fā)展能力提出了新要求，賦予學(xué)校信息科技課程新任務(wù)。

明晰人工智能素養(yǎng)特征，豐富信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)

核心素養(yǎng)是課程育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)課程學(xué)習(xí)逐步形成的正確價(jià)值觀、必備品格和關(guān)鍵能力1。在信息科技課程中，對(duì)學(xué)生加強(qiáng)人工智能教育就需要針對(duì)社會(huì)發(fā)展需求分析人工智能素養(yǎng)特征，按照學(xué)生認(rèn)識(shí)能力刻畫人工智能素養(yǎng)等級(jí)水平，將人工智能素養(yǎng)發(fā)展要求合理融入信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)中。

（1）針對(duì)社會(huì)發(fā)展需要培育人工智能素養(yǎng)。人工智能素養(yǎng)是學(xué)生在接受人工智能教育中逐步形成的人工智能知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀的綜合表現(xiàn)，是學(xué)生生存于智能環(huán)境中意識(shí)、思維、創(chuàng)新、責(zé)任等方面的整體性發(fā)展。在意識(shí)方面，學(xué)生要能敏銳感知到人工智能技術(shù)革新及其對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響，感受到人工智能帶來(lái)便利時(shí)也能認(rèn)識(shí)到可能引發(fā)的潛在問(wèn)題，有意識(shí)地規(guī)避人工智能引發(fā)的潛在風(fēng)險(xiǎn)；在思維方面，能理解人工智能的感知、推理、預(yù)測(cè)、決策過(guò)程，針對(duì)問(wèn)題需求設(shè)計(jì)人工智能解決問(wèn)題方案，領(lǐng)悟應(yīng)用人工智能解決問(wèn)題的方法，并遷移應(yīng)用于解決其他問(wèn)題；在創(chuàng)新方面，發(fā)揮“人工智能 + 優(yōu)勢(shì)，在解決問(wèn)題過(guò)程中探索“人工智能 +^′ 的新方法、新路徑和新模式；在責(zé)任方面，能夠按照相關(guān)法律法規(guī)與人工智能倫理道德進(jìn)行自我約束，積極維護(hù)智慧社會(huì)秩序，逐步養(yǎng)成人工智能應(yīng)用的好行為和好習(xí)慣。

（2）按照學(xué)生認(rèn)知規(guī)律劃分人工智能素養(yǎng)水平等級(jí)。學(xué)生人工智能素養(yǎng)提升是循序漸進(jìn)、持續(xù)發(fā)展的過(guò)程。為推動(dòng)人工智能教育可持續(xù)性，中小學(xué)人工智能教育需要明確人工智能素養(yǎng)發(fā)展水平與表現(xiàn)特征，形成有序進(jìn)階、可測(cè)可評(píng)的素養(yǎng)等級(jí)，對(duì)學(xué)生人工智能價(jià)值體認(rèn)與踐行、知識(shí)綜合運(yùn)用、問(wèn)題解決能力進(jìn)行綜合指導(dǎo)。學(xué)生人工智能素養(yǎng)水平表現(xiàn)是整合人工智能素養(yǎng)表現(xiàn)的不同方面，針對(duì)不同復(fù)雜程度活動(dòng)情境中學(xué)生應(yīng)用人工智能概念原理、思維方法解決問(wèn)題的關(guān)鍵特征，呈現(xiàn)出由低向高逐漸遞進(jìn)的關(guān)系。例如：在智能思維層面，從個(gè)人熟悉的智能情境應(yīng)用（例如，學(xué)校圖書館刷臉借書）到新場(chǎng)景的智能探索（例如，某一陌生智能場(chǎng)景交互問(wèn)題的判斷與分析），再到結(jié)合智能技術(shù)創(chuàng)新解決問(wèn)題新方法等，逐步反映出學(xué)生智能思維水平的遞進(jìn)。學(xué)生人工智能素養(yǎng)水平等級(jí)劃分為人工智能教學(xué)過(guò)程中內(nèi)容設(shè)計(jì)、教學(xué)實(shí)施和學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)提供了指導(dǎo)。

（3）加強(qiáng)人工智能素養(yǎng)融合，豐富信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)。信息科技課程所要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)包括信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任，這四個(gè)方面互相支持、互相滲透，共同促進(jìn)學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能的提升。人工智能發(fā)展賦予信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)新的內(nèi)涵和特征。因此，在明晰人工智能素養(yǎng)基礎(chǔ)上，還需從素養(yǎng)表現(xiàn)特征和等級(jí)水平層面，將人工智能素養(yǎng)合理融入信息科技核心素養(yǎng)之中。其中在素養(yǎng)表現(xiàn)特征方面，將人工智能素養(yǎng)與信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)相融合，體現(xiàn)了信息科技教育的時(shí)代特征；在等級(jí)水平方面，將人工智能素養(yǎng)水平等級(jí)內(nèi)容融入到信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)等級(jí)中，可進(jìn)一步加強(qiáng)信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)教育教學(xué)的指導(dǎo)功能。

梳理人工智能核心概念，完善信息科技課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)

（1）課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)是一個(gè)分層組織的知識(shí)系統(tǒng)。奧蘇伯爾認(rèn)為每門課程都有一個(gè)分層次的概念和命題結(jié)構(gòu)，其頂端是一些包容性很大的抽象概念，包含了結(jié)構(gòu)中處于低水平的較為具體的概念[2]。人工智能作為信息科技課程的一條邏輯主線，有其自身核心概念和知識(shí)邏輯，同時(shí)與數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全的課程邏輯主線有著必然聯(lián)系，共同搭建起信息科技課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)。在信息科技課程改革過(guò)程中加強(qiáng)人工智能教育就需要梳理人工智能核心概念，將此融入信息科技課程中，完善信息科技課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)。

（2）依據(jù)人工智能知識(shí)邏輯梳理核心概念。概念是人們?cè)谡J(rèn)識(shí)過(guò)程中，從感性認(rèn)識(shí)上升到理性認(rèn)識(shí)，把所感知事物的共同本質(zhì)特點(diǎn)抽象出來(lái)加以概括的一種意義表達(dá)。從學(xué)科發(fā)展來(lái)看，每個(gè)學(xué)科領(lǐng)域都有其獨(dú)特的概念界定與術(shù)語(yǔ)體系。人工智能研究發(fā)展過(guò)程中也逐步形成了其特有的核心概念。2019年，美國(guó)人工智能協(xié)會(huì)和計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)研制的“K-12人工智能教育指南”以感知、表示與推理、機(jī)器學(xué)習(xí)、人機(jī)交互和社會(huì)影響五個(gè)大概念為基礎(chǔ)，構(gòu)建了中小學(xué)人工智能的核心概念體系。2023年，我國(guó)中小學(xué)人工智能課程指南課題組在“中小學(xué)人工智能課程指南”中以“概念與歷史”“應(yīng)用與技術(shù)”“感知與數(shù)據(jù)”“方法與實(shí)現(xiàn)”“倫理與社會(huì)”主題方式設(shè)計(jì)課程內(nèi)容，支持人工智能核心素養(yǎng)落實(shí)。人工智能核心概念梳理與界定明確了適合中小學(xué)生學(xué)習(xí)的核心內(nèi)容，如同“錨點(diǎn)”一樣為學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展打下基礎(chǔ)，也為將人工智能知識(shí)融入信息科技課程中確立“銜接點(diǎn)”，強(qiáng)化了信息科技課程內(nèi)容的相互關(guān)聯(lián)。

（3）按照學(xué)生學(xué)習(xí)進(jìn)階建立人工智能內(nèi)容體系。人工智能教育內(nèi)容體系既反映出核心概念在不同年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)由易到難螺旋式上升的縱向遞進(jìn)關(guān)系，體現(xiàn)出概念之間相互融合構(gòu)成在同一年級(jí)學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的橫向關(guān)聯(lián)關(guān)系。例如，分析“感應(yīng)”（感知的下屬概念）內(nèi)容時(shí)，按照學(xué)生認(rèn)知能力可梳理出“找到并識(shí)別電腦、手機(jī)、機(jī)器人和其他設(shè)備上的傳感器（攝像頭、麥克風(fēng)）（2年級(jí)）一說(shuō)明計(jì)算機(jī)感應(yīng)與人類感應(yīng)的不同之處（3＼～5年級(jí)）一舉例說(shuō)明智能代理如何結(jié)合來(lái)自多個(gè)傳感器的信息（6＼～8年級(jí)）—描述各種類型的計(jì)算機(jī)傳感器的限制和優(yōu)勢(shì)（9＼～12年級(jí)）”由易到難遞進(jìn)式的內(nèi)容主線。該主線如同“絲線”一樣把零散知識(shí)組織起來(lái)，支持學(xué)生理解概念及原理間相互關(guān)系及相互作用，為提升學(xué)生人工智能素養(yǎng)搭建了“腳手架”。此外，同一年級(jí)人工智能學(xué)習(xí)內(nèi)容中，其中的概念互聯(lián)共同組成了某一年級(jí)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)容，例如9年級(jí)“人工智能與智慧社會(huì)”模塊內(nèi)容要求包括“了解人工智能的基本特征及所依賴的數(shù)據(jù)、算法和算力三大技術(shù)基礎(chǔ)”“初步了解人工智能中的搜索、推理、預(yù)測(cè)和機(jī)器學(xué)習(xí)等不同實(shí)現(xiàn)方式”，這些內(nèi)容要求將數(shù)據(jù)、算法、算力、搜索、推理、預(yù)測(cè)、機(jī)器學(xué)習(xí)等概念結(jié)合在一起，學(xué)生通過(guò)主題活動(dòng)將人工智能概念統(tǒng)合為體系化的學(xué)習(xí)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生在主題活動(dòng)中，綜合學(xué)習(xí)和應(yīng)用人工智能知識(shí)，完成主題活動(dòng)任務(wù)，領(lǐng)悟人工智能技術(shù)工具應(yīng)用方法與策略，進(jìn)而能安全、自信、負(fù)責(zé)地應(yīng)用人工智能。

（4）整合人工智能概念，完善信息科技課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)。從課程內(nèi)容來(lái)看，信息科技中的數(shù)據(jù)、算法、算力是人工智能技術(shù)發(fā)展的重要支撐，人工智能中的圖像識(shí)別與理解、自然語(yǔ)言處理、多模態(tài)內(nèi)容生成等技術(shù)創(chuàng)新又給信息科技領(lǐng)域注入新活力，增強(qiáng)了信息科技教育的前沿性與時(shí)代性。因此，確定人工智能教育內(nèi)容體系后還需要依據(jù)學(xué)生認(rèn)知能力和知識(shí)邏輯關(guān)系，將人工智能內(nèi)容融入信息科技不同年級(jí)的課程模塊中。例如，信息科技課程“身邊的算法”模塊將“推薦算法思想”融入學(xué)習(xí)內(nèi)容中，幫助學(xué)生理解由于智能系統(tǒng)針對(duì)用戶習(xí)性、偏好以及心理特征有針對(duì)性推薦信息所造成的“信息繭房”問(wèn)題，提高學(xué)生的信息辨別和選用意識(shí)?？梢姡瑸橛行ч_展人工智能教育，還需要加強(qiáng)人工智能與信息科技課程中其他邏輯主線的整體融合，通過(guò)結(jié)構(gòu)化、綜合性內(nèi)容的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生在智慧社會(huì)中的適應(yīng)力、勝任力和創(chuàng)造力。

借鑒信息科技教學(xué)實(shí)踐成果，以項(xiàng)目活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生人工智能素養(yǎng)提升

為有效開展素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)，《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2018年版2020年修訂）》要求把握項(xiàng)目學(xué)習(xí)本質(zhì)，以項(xiàng)目整合課堂教學(xué)[3]。項(xiàng)目學(xué)習(xí)很大程度上還原了學(xué)習(xí)的本質(zhì)，這種基于真實(shí)情境的學(xué)習(xí)能促進(jìn)學(xué)生對(duì)信息問(wèn)題的敏感性、對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的掌控力、對(duì)問(wèn)題求解的思考力的發(fā)展。人工智能教學(xué)實(shí)施可以借鑒已有項(xiàng)目教學(xué)成果，加強(qiáng)人工智能學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生經(jīng)驗(yàn)、社會(huì)生活的聯(lián)系，強(qiáng)化人工智能學(xué)習(xí)內(nèi)容與真實(shí)問(wèn)題的整合，統(tǒng)籌設(shè)計(jì)人工智能項(xiàng)目活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在項(xiàng)目活動(dòng)中“學(xué)人工智能”“用人工智能學(xué)”和“用人工智能創(chuàng)新”。

（1）通過(guò)項(xiàng)目活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生“學(xué)人工智能”。提高學(xué)生人工智能素養(yǎng)需要引導(dǎo)學(xué)生“學(xué)人工智能”，掌握人工智能基本知識(shí)與原理?！读x務(wù)教育課程方案（2022年版）》強(qiáng)調(diào)變革育人方式、突出實(shí)踐，加強(qiáng)課程與生產(chǎn)勞動(dòng)、社會(huì)實(shí)踐的結(jié)合，充分發(fā)揮實(shí)踐的獨(dú)特育人功能。因此，學(xué)生“學(xué)人工智能”過(guò)程中，就有必要?jiǎng)?chuàng)設(shè)適合學(xué)生學(xué)習(xí)和生活經(jīng)驗(yàn)的項(xiàng)目活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中完成任務(wù)，思考解決問(wèn)題的方法與策略，建構(gòu)人工智能知識(shí)與技能。例如，制作“智能分類垃圾”項(xiàng)目活動(dòng)中，在明確垃圾分類基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生借助人工智能學(xué)習(xí)平臺(tái)采集各類數(shù)據(jù)，體驗(yàn)機(jī)器學(xué)習(xí)的過(guò)程，完成模型訓(xùn)練，應(yīng)用訓(xùn)練模型對(duì)其他物品進(jìn)行識(shí)別。

（2）通過(guò)項(xiàng)目活動(dòng)促進(jìn)學(xué)生“用人工智能學(xué)”。素養(yǎng)導(dǎo)向的人工智能教育不只是停留于知識(shí)積累，還需提高學(xué)生用人工智能解決學(xué)習(xí)問(wèn)題的能力，即“用人工智能學(xué)”。跨學(xué)科項(xiàng)目活動(dòng)將人工智能知識(shí)與其他學(xué)科知識(shí)相結(jié)合，運(yùn)用兩種或兩種以上的學(xué)科方法分析和解決問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)學(xué)科方法融合，引導(dǎo)學(xué)生用跨學(xué)科視角理解身邊的世界。事實(shí)上，人工智能本身就是一個(gè)多學(xué)科融合的領(lǐng)域，涉及數(shù)學(xué)、心理學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、認(rèn)知科學(xué)等學(xué)科知識(shí)。因此，為幫助學(xué)生更好地理解和應(yīng)用人工智能，通過(guò)綜合實(shí)踐加強(qiáng)跨學(xué)科學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生直接經(jīng)驗(yàn)的聯(lián)系，建立起“學(xué)科合作”的情境與任務(wù)，將多種學(xué)科方法用于解決真實(shí)問(wèn)題中。例如，“智能環(huán)境支持的英語(yǔ)學(xué)習(xí)”項(xiàng)目活動(dòng)，通過(guò)智能化語(yǔ)言學(xué)習(xí)環(huán)境把人工智能中“語(yǔ)音識(shí)別一推理預(yù)測(cè)一做出決策一生成內(nèi)容”解決問(wèn)題方法與英語(yǔ)學(xué)習(xí)“口語(yǔ)練習(xí)一結(jié)果分析一自我調(diào)整一提高學(xué)習(xí)”過(guò)程結(jié)合起來(lái)，在創(chuàng)新學(xué)生語(yǔ)言學(xué)習(xí)方法與工具時(shí)，也加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)人工智能應(yīng)用的深入理解。

（3）通過(guò)項(xiàng)目活動(dòng)助力學(xué)生“用人工智能創(chuàng)新”。人工智能作為新一輪產(chǎn)業(yè)的核心驅(qū)動(dòng)力，催生出新技術(shù)、新產(chǎn)品，賦能傳統(tǒng)行業(yè)的變革，通過(guò)“人工智能 + ”引發(fā)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的重大變革，實(shí)現(xiàn)社會(huì)生產(chǎn)力的整體躍升。在創(chuàng)新作為社會(huì)發(fā)展第一動(dòng)力的要求下，人工智能教育要促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生“用人工智能創(chuàng)新”，能針對(duì)具體問(wèn)題情境合理選擇智能工具，通過(guò)“人工智能 + ”創(chuàng)新解決問(wèn)題方法，具備人工智能應(yīng)用安全防范的意識(shí)與能力，推動(dòng)教育新生態(tài)的建設(shè)與發(fā)展。例如，針對(duì)學(xué)校安全管理難題設(shè)計(jì)“校園智能安全預(yù)警系統(tǒng)”項(xiàng)目，學(xué)生應(yīng)用圖像識(shí)別技術(shù)創(chuàng)新學(xué)校陌生人員監(jiān)測(cè)與預(yù)警方法，在探究應(yīng)用人工智能解決校園安全管理難題時(shí)，提升了人工智能創(chuàng)新能力?？梢姡?xiàng)自活動(dòng)支持下的人工智能學(xué)習(xí)還應(yīng)立足實(shí)踐、看眼創(chuàng)新，為學(xué)生創(chuàng)新能力發(fā)展提供更為寬松的空間，在積極探索和協(xié)同合作的過(guò)程中加強(qiáng)學(xué)生人工智能創(chuàng)新能力。

人工智能作為信息科技的一項(xiàng)重要研究領(lǐng)域，其教育實(shí)施更需要與信息科技課程進(jìn)行有機(jī)融合，在信息科技課程已有成果基礎(chǔ)上合理融入人工智能素養(yǎng)發(fā)展要求與知識(shí)內(nèi)容，創(chuàng)新教育教學(xué)方法，以高質(zhì)量信息科技課程建設(shè)促進(jìn)學(xué)生人工智能素養(yǎng)提升。

注：本文系人民教育出版社“十四五”規(guī)劃2023年度重點(diǎn)課題“素養(yǎng)導(dǎo)向的信息科技生成式學(xué)習(xí)手冊(cè)研制及創(chuàng)新應(yīng)用”（課題編號(hào)：2023GHB02）研究成果

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作者單位：華東師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)系

編輯：王曉波