中小學(xué)如何做好人工智能課程建設(shè)

中小學(xué)如何做好人工智能課程建設(shè)隨著人工智能應(yīng)用場景日趨豐富，生活于其中的每一位成員不僅要會使用智能工具，更需要用符合智能時代的思維方式去理解與創(chuàng)造性解決問題，具備與智能工具協(xié)同創(chuàng)新的能力。教育是面向未來培養(yǎng)人才的事業(yè)，課程是學(xué)校育人的核心場域。在推進人工智能教育中，學(xué)校需要將人工智能課程建設(shè)作為學(xué)校智能教育的核心要素、教育教學(xué)活動開展的關(guān)鍵載體和學(xué)生人工智能核心素養(yǎng)全面發(fā)展的基礎(chǔ)；要充分認識到，課程實施既是學(xué)生探索人工智能未來發(fā)展的過程，也是培養(yǎng)學(xué)生掌控人工智能與人類世界關(guān)系的責(zé)任感和使命感的過程。01依據(jù)核心素養(yǎng)明確課程目標當(dāng)前，我國中小學(xué)人工智能教育處于探索階段，存在著課程價值取向不明確、課程內(nèi)容與人工智能領(lǐng)域的核心技術(shù)理念脫節(jié)、課程內(nèi)容組織缺乏邏輯連貫性、課程實踐脫離生活實際、課程評價尚未形成體系等問題。面對以上問題，學(xué)校首先需明確課程目標，這是人工智能課程建設(shè)的邏輯起點。2021年，中央電教館發(fā)布《中小學(xué)人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》（以下簡稱《素養(yǎng)框架》），從人工智能與人類、人工智能與社會、人工智能技術(shù)、人工智能系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)4個領(lǐng)域提出了中小學(xué)生應(yīng)具備的核心素養(yǎng)。2022年教育部印發(fā)《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱《課程標準》），從信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任4個維度明確了課程核心素養(yǎng)基本要求?！端仞B(yǎng)框架》和《課程標準》的發(fā)布不僅界定了中小學(xué)階段人工智能教學(xué)中“最有價值的內(nèi)容”，也明確了如何在中小學(xué)教學(xué)實踐中體現(xiàn)人工智能的核心價值和教學(xué)目標。具體為：一是明確人工智能技術(shù)能夠解決的問題，了解人工智能技術(shù)的基本原理、過程和實現(xiàn)方法，并能選擇最優(yōu)的人工智能工具或模型框架，進而形成計算思維，具備利用人工智能技術(shù)解決問題的能力。二是能夠整合人工智能技術(shù)和其他學(xué)科知識解決復(fù)雜問題，具備人工智能系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)、人工智能系統(tǒng)的評估與維護能力，培養(yǎng)系統(tǒng)工程思維，確保人工智能技術(shù)服務(wù)于全體人類社會。三是培養(yǎng)和樹立科學(xué)合理的倫理觀，正確看待和處理人機關(guān)系。認識人工智能與人類的關(guān)系、人工智能與社會的交互及對社會的影響，潛在的公平性問題、倫理問題、法律挑戰(zhàn)，樹立科學(xué)合理的倫理觀，保證人工智能健康、合法地發(fā)展。02圍繞核心素養(yǎng)構(gòu)建課程內(nèi)容課程內(nèi)容不僅是育人目標和課程目標的關(guān)鍵載體，更是學(xué)科教學(xué)活動的核心要素。需要將課程內(nèi)容的構(gòu)建放置于時代意義、學(xué)科價值以及學(xué)生認知能力的整體框架中進行考量，關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)驗對內(nèi)容接納的可能性及科學(xué)技術(shù)學(xué)科特有的實踐特性，避免出現(xiàn)高深莫測的“虛幻”內(nèi)容或囿于某一特定軟硬件平臺的內(nèi)容。結(jié)合《素養(yǎng)框架》和《課程標準》，學(xué)校人工智能課程內(nèi)容可以包括以下4類內(nèi)容：第一，人工智能相關(guān)概念和發(fā)展歷程為核心的基礎(chǔ)內(nèi)容。以學(xué)生能夠理解和掌握的與生活實際相聯(lián)系的人工智能應(yīng)用場景為背景，認識芯片、傳感器，理解數(shù)據(jù)和計算、問題表達與求解。第二，以人工智能算法、自然語言處理、計算機視覺、機器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)、模型開發(fā)等為核心的技術(shù)內(nèi)容。結(jié)合語音識別、人臉識別、影像診斷、智能家居等讓學(xué)生理解人工智能技術(shù)及應(yīng)用原理和實現(xiàn)過程，初步形成人工智能感性經(jīng)驗。第三，機器人、無人駕駛、智慧醫(yī)療等典型場景的應(yīng)用內(nèi)容。從工業(yè)、醫(yī)療、交通、法律、教育等不同領(lǐng)域提取人工智能技術(shù)應(yīng)用真實場景和典型案例，理解人工智能特有的問題解決方法，培養(yǎng)學(xué)生利用智能技術(shù)解決現(xiàn)實問題的意識和能力。第四，以人工智能社會與人文、人工智能安全和發(fā)展為核心的倫理內(nèi)容。呈現(xiàn)人工智能技術(shù)應(yīng)用潛在的倫理挑戰(zhàn)以及對個人、社會等的潛在影響，關(guān)注人工智能技術(shù)引發(fā)的公平、安全、道德、法律等問題，引導(dǎo)學(xué)生辨析應(yīng)用的利與弊，樹立正確的人工智能價值觀念，確?！凹夹g(shù)向善”。需要注意的是，以上4類內(nèi)容不應(yīng)是單線性的依次排列、逐步實施的關(guān)系，而應(yīng)是互為一體的融合。03構(gòu)建知行合一的課堂實踐學(xué)習(xí)樣態(tài)人工智能學(xué)科的實踐特性決定了課程實施要結(jié)合學(xué)生認知規(guī)律和生活經(jīng)驗，依托真實問題和現(xiàn)實任務(wù)，體現(xiàn)真實性、挑戰(zhàn)性、進階性等特征。在人工智能課程教學(xué)中，應(yīng)以應(yīng)用類內(nèi)容為載體，以基礎(chǔ)類內(nèi)容為要素，以技術(shù)類內(nèi)容為支撐點，以倫理類內(nèi)容為反思點，統(tǒng)整各部分學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓人工智能學(xué)習(xí)內(nèi)容與學(xué)生的真實世界相連接，構(gòu)建一個知行合一、生動實踐的課堂實踐學(xué)習(xí)樣態(tài)。一是選擇感知、體驗類案例進行觀摩，或?qū)⑷斯ぶ悄軐嵕绑w驗作為內(nèi)容，幫助學(xué)生形象感知、深入體會人工智能技術(shù)的功能和實際應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生對人工智能場景的觀察和理解能力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新能力。如語音識別技術(shù)在汽車駕駛、智能家居、智能助教、醫(yī)療助手等場景的應(yīng)用，幫助學(xué)生感受泛在的人工智能技術(shù)應(yīng)用、體會人工智能技術(shù)為人類生活帶來的便利；通過手機刷臉解鎖、人臉識別支付、虛擬自動駕駛室等實景體驗，助力學(xué)生理解智能交互，并能夠?qū)?shù)字世界與現(xiàn)實世界相結(jié)合。二是以問題鏈、啟發(fā)式對話等形式展示學(xué)習(xí)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生通過探索和思考來理解人工智能的概念和原理，增進對人工智能價值的思考和辨別能力。如將計算機視覺技術(shù)與人類視覺的形成進行類比，幫助學(xué)生理解攝像頭類似人的眼睛，感知外界環(huán)境，理解外界環(huán)境。在體驗、理解、實踐人工智能技術(shù)的過程中，合理設(shè)置人工智能有哪些應(yīng)用，將產(chǎn)生什么影響，應(yīng)該怎么應(yīng)對等問題鏈，引導(dǎo)學(xué)生正確認識人工智能、深入思考人工智能價值、合理應(yīng)對人工智能帶來的挑戰(zhàn)。三是基于“做中學(xué)”理念，開展項目式學(xué)習(xí)實踐。將課程內(nèi)容轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行、可操作的探究項目。如引導(dǎo)和組織學(xué)生設(shè)計智能機器人編程項目、智能語音助手開發(fā)項目或探索設(shè)計智能決策系統(tǒng)模型構(gòu)建項目，以項目為載體整合學(xué)生需要掌握的基礎(chǔ)知識、實踐能力和倫理態(tài)度，運用基本的身體動作、心智活動或人際關(guān)系促進認知結(jié)構(gòu)整合，形成采用模式思考、識別和處理新問題的能力。四是運用情景模擬營造文化氛圍的形式，加深學(xué)生對區(qū)域特色文化的認知和理解，培養(yǎng)學(xué)生具備人工智能與本土文化融合能力。如模擬本地文化遺產(chǎn)保護情景，引導(dǎo)學(xué)生將人工智能和本土文化相結(jié)合，通過設(shè)計文物保護監(jiān)測、文化遺產(chǎn)數(shù)字化展示、文化遺產(chǎn)保護規(guī)劃等，使學(xué)生了解并思考運用人工智能技術(shù)推動民俗文化發(fā)展。五是設(shè)計技術(shù)哲學(xué)和道德兩難性問題討論、技術(shù)問題引發(fā)的災(zāi)難分析、人工智能相關(guān)科幻片評析等內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生形成人工智能倫理意識和思考技術(shù)的問題習(xí)慣，以培養(yǎng)學(xué)生人工智能倫理認知能力。如通過研究算法失誤導(dǎo)致的醫(yī)療事故案例，引導(dǎo)學(xué)生認真思考技術(shù)問題可能帶來的災(zāi)難性后果，探索提出改進和解決方案，啟發(fā)學(xué)生思考智能技術(shù)發(fā)展中如何保持人機關(guān)系的平衡，理性看待人工智能技術(shù)與人類社會的互動、共生、協(xié)同、依存等關(guān)系。課程開發(fā)者應(yīng)當(dāng)動態(tài)把握人工智能發(fā)展