素養(yǎng)導(dǎo)向下中小學(xué)人工智能課程的規(guī)劃與實(shí)施

人工智能時代，DeepSeek等新興技術(shù)在社會各領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，催生了大量青少年人工智能培訓(xùn)和智能學(xué)習(xí)形式。然而，教育系統(tǒng)在承擔(dān)理念引領(lǐng)、公民培養(yǎng)和人力資源供給的重任時，卻逐漸淪為被動使用人工智能的試驗(yàn)田[1]。部分培訓(xùn)機(jī)構(gòu)急功近利忽視了素養(yǎng)教育對學(xué)習(xí)者倫理、責(zé)任和價值觀的正面導(dǎo)向作用，未充分考慮人工智能對未來學(xué)習(xí)和公民身份的影響，尤其是對智能社會進(jìn)步的關(guān)鍵問題。為應(yīng)對新挑戰(zhàn)，聯(lián)合國教科文組織于2024年9月發(fā)布全球首個《學(xué)生人工智能能力框架》（以下簡稱《能力框架》），旨在為全球范圍內(nèi)的人工智能教育提供指導(dǎo)[21。筆者基于《能力框架》，針對義務(wù)教育階段人工智能教育的現(xiàn)實(shí)困境，以“火星開發(fā)”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為載體，構(gòu)建“課程目標(biāo)一教學(xué)方法一學(xué)習(xí)環(huán)境”三位一體的課程設(shè)計體系，結(jié)合虛擬仿真實(shí)驗(yàn)與倫理技術(shù)并重的任務(wù)設(shè)計，培養(yǎng)學(xué)生以人為本的人工智能（AI）意識、倫理反思能力及系統(tǒng)化技術(shù)實(shí)踐能力。為提升學(xué)生在社會問題中探尋動態(tài)平衡的能力、對于隱蔽倫理問題的識別能力，以及虛擬場景下的技術(shù)遷移能力，筆者針對虛擬仿真與實(shí)物操作之間存在體驗(yàn)斷層問題，提出采取館校合作、跨學(xué)科實(shí)踐強(qiáng)化等改進(jìn)措施，以“學(xué)校一家庭一社會”聯(lián)動的復(fù)合培養(yǎng)模式，推動兼具批判性思維、倫理意識與技術(shù)能力的智能社會公民培養(yǎng)。一《能力框架》下素養(yǎng)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)路徑《能力框架》致力于協(xié)助教育工作者實(shí)現(xiàn)教學(xué)資源整合，以幫助塑造負(fù)責(zé)任和有創(chuàng)造力的未來公民為最終目標(biāo)，將各階段典型的態(tài)度和行為等能力表現(xiàn)作為分層目標(biāo)，幫助處于不同起點(diǎn)的學(xué)習(xí)者得到成長引領(lǐng)。該體系從四個關(guān)鍵領(lǐng)域梳理出12項(xiàng)核心能力：以人為本的人工智能意識、人工智能倫理、人工智能底層技術(shù)與應(yīng)用、人工智能系統(tǒng)設(shè)計。這些能力按照“理解一應(yīng)用一創(chuàng)造”的漸進(jìn)式層次構(gòu)建發(fā)展模型，不僅規(guī)劃出貫穿“以人為本”教育理念的二維框架體系，還架設(shè)起多層面相對立體又穩(wěn)步發(fā)展的螺旋階梯（見表1）。表1學(xué)生人工智能能力框架分析[3]該二維框架體系直觀表現(xiàn)為“能力層面”和“進(jìn)階水平”兩個維度。前者包括人工智能能力四個相互聯(lián)系的方面，后者包括三個層次的發(fā)展階段，整體上反映出學(xué)習(xí)者在與人工智能四要素接觸、建立和完善的一系列互動行為和活動中，相關(guān)復(fù)雜性、熟練程度和道德意識水準(zhǔn)日益增長的發(fā)展過程，幫助學(xué)生逐步建立一個系統(tǒng)全面的、可迭代演進(jìn)的能力架構(gòu)。同時，該體系在這些層次和方面的交叉點(diǎn)有12個，代表特定能力模塊內(nèi)預(yù)期掌握水平的范圍界定，這些能力模塊共同組成彼此有機(jī)關(guān)聯(lián)的框架矩陣。（一）能力層面的邏輯關(guān)聯(lián)以人為本的人工智能意識（意識層）作為所有能力的意義錨點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)人工智能應(yīng)以服務(wù)人類為核心目標(biāo)，確保技術(shù)發(fā)展始終尊重人的主體性，回答人工智能“為何存在”的方向問題。人工智能倫理（約束層）在技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用中設(shè)置道德邊界，確保技術(shù)服務(wù)于社會公共利益，回答人工智能“是否正確”的界限問題，為技術(shù)設(shè)置邊界標(biāo)尺。人工智能底層技術(shù)與應(yīng)用（實(shí)踐層）提供技術(shù)實(shí)現(xiàn)的工具與方法論，將倫理意識轉(zhuǎn)化為具體實(shí)踐，回答人工智能“如何實(shí)現(xiàn)”的行動問題，將方向轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的路線與動力。人工智能系統(tǒng)設(shè)計（整合層）將意識、倫理與技術(shù)整合為可落地的系統(tǒng)性解決方案，實(shí)現(xiàn)技術(shù)向善的目標(biāo)，回答“如何突破”的創(chuàng)新問題，實(shí)現(xiàn)突破邊界與控制風(fēng)險之間的平衡。因此，若將人工智能教育視為一個持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)性進(jìn)程，《能力框架》的能力層面則旨在構(gòu)建個體在人工智能時代的系統(tǒng)性能力體系，使其能夠確立以人文關(guān)懷為核心的價值認(rèn)知、遵循倫理準(zhǔn)則的技術(shù)實(shí)踐邏輯、掌握基于科學(xué)方法論的技術(shù)工具應(yīng)用能力，并形成面向未知領(lǐng)域的創(chuàng)新探索精神，從而促進(jìn)人、技術(shù)與社會的協(xié)同發(fā)展。（二）螺旋上升的進(jìn)階水平如果說理解水平的能力模塊是面向所有學(xué)生的智能社會公民素養(yǎng)基準(zhǔn)線，那么應(yīng)用水平的人工智能能力則是面向所有學(xué)生的人工智能課程達(dá)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，創(chuàng)造水平的人工智能能力則為特長學(xué)生能力邊界的拓展提供更多可能性[4?，F(xiàn)以“以人為本的人工智能意識”能力層面為例，來說明“理解”“應(yīng)用”“創(chuàng)造”三個進(jìn)階水平之間螺旋上升的內(nèi)在聯(lián)系。其一，人類能動性是螺旋的起點(diǎn)與基礎(chǔ)，它能夠確立人類對人工智能的主導(dǎo)地位，強(qiáng)調(diào)在技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用中保護(hù)人類自主權(quán)；其二，人類問責(zé)是螺旋的強(qiáng)化與規(guī)范，它建立在人類主導(dǎo)的基礎(chǔ)上，明確責(zé)任邊界，防止技術(shù)濫用或逃避義務(wù)；其三，智能社會公民素養(yǎng)是螺旋的提升與擴(kuò)展，它將個體責(zé)任上升到社會價值觀，推動以人為本的技術(shù)生態(tài)。三者共同實(shí)現(xiàn)“能動性（控制權(quán)）問責(zé)（責(zé)任落實(shí)）公民素養(yǎng)（價值觀內(nèi)化）更高層次的能動性（社會共識推動技術(shù)優(yōu)化）”這一正向循環(huán)的動態(tài)過程，構(gòu)成一個以“主導(dǎo)一約束一升華”為邏輯的螺旋體系。該體系中的12個能力模塊并非以孤立的單元形式存在，亦非受限于傳統(tǒng)分類框架中“橫向”或“縱向”的機(jī)械區(qū)隔，而是借助各部分動態(tài)協(xié)同與功能耦合，形成類似“生命有機(jī)體”的運(yùn)作模式。更重要的是，《能力框架》中的12項(xiàng)能力模塊需實(shí)施具體的學(xué)生課程規(guī)劃實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性整合。其中，“應(yīng)用場景與實(shí)踐活動”要素作為能力模塊轉(zhuǎn)化與教學(xué)實(shí)踐落地的根基，需與課程規(guī)劃的三要素（課程目標(biāo)、教學(xué)方法及學(xué)習(xí)環(huán)境）形成結(jié)構(gòu)化關(guān)聯(lián)，確保能力培養(yǎng)的完整性與動態(tài)協(xié)同性，使得二維框架生成的螺旋階梯呈現(xiàn)出立體發(fā)展的上升空間。二、基于《能力框架》的課程規(guī)劃詳解：三位一體的課程設(shè)計體系《能力框架》在綜合分析上述因素的基礎(chǔ)上，提出課程規(guī)劃詳解，以培養(yǎng)智能社會公民素養(yǎng)為核心，構(gòu)建以學(xué)校正式課程為主，社會背景下非正式學(xué)習(xí)為輔（如網(wǎng)絡(luò)自主學(xué)習(xí)、家庭社區(qū)協(xié)同參與學(xué)習(xí)）相結(jié)合的復(fù)合型培養(yǎng)模式，構(gòu)建“課程目標(biāo)一教學(xué)方法一學(xué)習(xí)環(huán)境”三位一體的課程設(shè)計體系，既保持各專題項(xiàng)目的相對獨(dú)立性，又注重能力模塊間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，最終形成具有情境適應(yīng)性的綜合性課程架構(gòu)。（一）課程目標(biāo)：學(xué)習(xí)的“指南針”課程目標(biāo)設(shè)置學(xué)生需要掌握的核心知識和能力范圍，構(gòu)建知識傳遞的底層邏輯框架，為師生建構(gòu)目標(biāo)序列：第一，“課程目標(biāo)如何明確學(xué)習(xí)重點(diǎn)”，即學(xué)生需要掌握的核心知識和能力；第二，“課程目標(biāo)如何連接知識與現(xiàn)實(shí)”，即結(jié)合具體技術(shù)場景解釋抽象概念，幫助學(xué)生理解當(dāng)前學(xué)習(xí)內(nèi)容的意義；第三，“課程目標(biāo)如何串聯(lián)知識點(diǎn)”，即展示不同項(xiàng)自框架下子項(xiàng)自之間的關(guān)聯(lián)，形成完整知識體系。（二）教學(xué)方法：學(xué)習(xí)的“工具箱”教學(xué)方法是課程規(guī)劃中針對能力模塊的培養(yǎng)特點(diǎn)，結(jié)合具體案例給出的活動實(shí)施策略，幫助師生形成“如何讓學(xué)習(xí)更有效”的方法序列：第一，“如何選擇適合的教學(xué)方法”，即根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)選擇不同的授課方式；第二，“教學(xué)方法如何幫助學(xué)生理解復(fù)雜概念”，即組織多樣化的活動降低學(xué)習(xí)門檻；第三，“如何根據(jù)學(xué)生基礎(chǔ)調(diào)整教學(xué)方法”，即可使用分層法靈活匹配學(xué)生的知識水平。（三）學(xué)習(xí)環(huán)境：學(xué)習(xí)的“支持站學(xué)習(xí)環(huán)境是依據(jù)硬件條件、師資能力等學(xué)?；A(chǔ)條件，整合物理環(huán)境和數(shù)字環(huán)境，提供虛擬仿真實(shí)驗(yàn)等技術(shù)可行性支持，以及各級各類教育資源公共服務(wù)平臺等資源的優(yōu)化配置，為師生構(gòu)建“學(xué)習(xí)環(huán)境序列”：第一，“學(xué)習(xí)環(huán)境需要哪些資源支持”，即硬件設(shè)備、在線工具和互動空間;第二，“如何利用有限資源優(yōu)化學(xué)習(xí)環(huán)境”，即在設(shè)備不足時，用替代方案保證學(xué)習(xí)效果；第三，“學(xué)習(xí)環(huán)境如何促進(jìn)學(xué)生互動與協(xié)作”，即創(chuàng)造開放氛圍，鼓勵學(xué)生提問、分享和合作。三、依托課程設(shè)計體系的中小銜接人工智能課程規(guī)劃實(shí)踐人工智能教學(xué)已成為信息科技課程的重要內(nèi)容，需要遵循《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“課標(biāo)”）的理念、思想與內(nèi)容規(guī)約。從課標(biāo)來看，小學(xué)階段雖未設(shè)置獨(dú)立的人工智能模塊，但是把人工智能作為一條隱線融入各模塊教學(xué)中[5。筆者綜合課標(biāo)五、六年級學(xué)段“身邊的算法”“過程與控制”和七至九年級學(xué)段“人工智能與智慧社會”學(xué)習(xí)內(nèi)容[，設(shè)計“火星開發(fā)”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)課程。為驗(yàn)證素養(yǎng)導(dǎo)向的課程規(guī)劃實(shí)踐對區(qū)域內(nèi)學(xué)生人工智能素養(yǎng)的提升效果，學(xué)科組專家于2024一2025學(xué)年第二學(xué)期在甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū)選取3所九年一貫制學(xué)校（覆蓋城區(qū)、城鄉(xiāng)接合部及農(nóng)村）作為試點(diǎn)，針對參與每周人工智能興趣走班（社團(tuán)）學(xué)習(xí)的五至八年級學(xué)生開展實(shí)證研究。（一）學(xué)情分析依據(jù)學(xué)生預(yù)期達(dá)成的總體評估表現(xiàn)，在課程學(xué)習(xí)之前的前測結(jié)果反映出以下問題。其一，在以人為本的人工智能意識方面，學(xué)生容易把復(fù)雜的社會問題看成簡單的“對與錯”，表現(xiàn)為“比如支持誰就完全否定另一方”，不會平衡不同人的需求；分析問題時只浮于表面，卻想不到背后更深層的原因，尤其在思考公平問題時考慮不到權(quán)力分配或文化差異；提出的解決方案常停留在“理論上可行”，但對具體實(shí)施中的困難應(yīng)對不足。其二，在人工智能倫理表現(xiàn)方面，學(xué)生能注意到諸如“隱私保護(hù)”等常見的倫理問題，但容易忽略“算法公平”這類更隱蔽的問題；做道德決定時依賴教師指導(dǎo)，自己預(yù)判風(fēng)險的能力較弱；訂立的規(guī)則往往只有口號，缺少有效的監(jiān)督管理機(jī)制和辦法。其三，在人工智能底層技術(shù)與應(yīng)用方面，對人工智能技術(shù)原理理解不扎實(shí)，表現(xiàn)為“分不清不同類型的學(xué)習(xí)算法”；使用工具時只會照搬例子，不會靈活運(yùn)用到新場景；做出的工具雖然能完成基本任務(wù)，但遇到意外情況容易出錯。其四，在人工智能系統(tǒng)設(shè)計方面，設(shè)計系統(tǒng)時容易跳過驗(yàn)證環(huán)節(jié)，導(dǎo)致項(xiàng)目成果和真實(shí)需求仍有差距；選擇技術(shù)方案時偏愛單一方法，不考慮兼容性問題；改進(jìn)系統(tǒng)時只注重查漏補(bǔ)缺，不會用數(shù)據(jù)來推動系統(tǒng)整體的升級改造。（二）課程規(guī)劃逆向教學(xué)設(shè)計理論提倡“以終為始”，利用評價證據(jù)推動單元學(xué)習(xí)，設(shè)計學(xué)習(xí)活動、組織學(xué)習(xí)流程，將傳統(tǒng)流程“自標(biāo)一過程一評價”中的“評價”環(huán)節(jié)前置，并衍生出基于預(yù)定目標(biāo)與評估證據(jù)的基本問題來指導(dǎo)后續(xù)的教學(xué)活動[7]。學(xué)科組專家在學(xué)情分析基礎(chǔ)上，依據(jù)該理論，將學(xué)生預(yù)期達(dá)成的評估表現(xiàn)作為課程規(guī)劃的出發(fā)點(diǎn)，具體落實(shí)在課程目標(biāo)與《能力框架》能力模塊的對應(yīng)方面（見表2）。表2課程目標(biāo)與《能力框架》能力模塊對應(yīng)的評估表現(xiàn)筆者依托騰訊虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室，采取分層教學(xué)策略，引導(dǎo)學(xué)生參與8周16課時的“火星開發(fā)”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)完成跨學(xué)科知識整合，基于人工智能《能力框架》四個層面（意識、倫理、技術(shù)、系統(tǒng)），結(jié)合“課程目標(biāo)一教學(xué)方法一學(xué)習(xí)環(huán)境”三位一體的課程設(shè)計體系，構(gòu)建階梯式螺旋上升的培養(yǎng)路徑（見表3）。（三）測評總結(jié)學(xué)生預(yù)期達(dá)成的總體評估表現(xiàn)后測結(jié)果證實(shí)，在歷經(jīng)“火星開發(fā)”課程的學(xué)習(xí)之后，他們在前測中發(fā)現(xiàn)的不足得以彌補(bǔ)。其一，以人為本的人工智能意識顯著提升。學(xué)生參與“人類指揮官與人工智能協(xié)作”角色扮演、設(shè)計數(shù)據(jù)保護(hù)標(biāo)語等活動，學(xué)會平衡不同角色的需求，理解社會問題的復(fù)雜性，而非簡單判定對錯。在“公平分配算法設(shè)計”“提案發(fā)布”等任務(wù)中，學(xué)生需結(jié)合倫理原則和實(shí)際場景優(yōu)化方案，推動他們思考諸如權(quán)力分配、資源限制這類問題的深層原因，而非僅關(guān)注表面公平。其二，人工智能倫理問題處理更全面。“數(shù)據(jù)隱私危機(jī)”案例分析、“算法公平性虛擬仿真實(shí)驗(yàn)”等任務(wù)的開展有助于學(xué)生發(fā)現(xiàn)隱私濫用、算法偏見等隱蔽倫理問題。學(xué)生起草《火星開發(fā)資源保護(hù)法》，在道德與法治教師等文科教師評審與指導(dǎo)下，學(xué)會設(shè)計具體規(guī)則和實(shí)施辦法。其三，人工智能技術(shù)理解與應(yīng)用更深入。圖形化編程實(shí)現(xiàn)的機(jī)械臂／爪控制和運(yùn)用Python代碼迭代的礦石分揀系統(tǒng)等科考探索任務(wù)，能夠強(qiáng)化學(xué)生對人工智能自動化控制、圖像識別技術(shù)原理的理解。在“多模塊系統(tǒng)搭建”“故障排查”中，學(xué)生需根據(jù)新場景調(diào)整工具功能，逐步適應(yīng)意外情況，體現(xiàn)出自身對工具設(shè)計開發(fā)的深度思考和全面考慮。其四，人工智能系統(tǒng)設(shè)計更科學(xué)務(wù)實(shí)。虛擬仿真實(shí)驗(yàn)“驗(yàn)證能源效率提升”和人工智能數(shù)字化平臺“開源代碼分享”等環(huán)節(jié)，促使學(xué)生重視系統(tǒng)測試與數(shù)據(jù)反饋，能有效預(yù)防設(shè)計與實(shí)際需求的脫節(jié)。學(xué)生承擔(dān)“能源系統(tǒng)迭代”任務(wù)，實(shí)時分析能耗數(shù)據(jù)，學(xué)會用數(shù)據(jù)驅(qū)動系統(tǒng)優(yōu)化，而非僅依靠單一技術(shù)修補(bǔ)漏洞，滲透“透過現(xiàn)象看本質(zhì)”這類問題解決思想。在本課程教學(xué)過程中，教師以倫理與技術(shù)并重為核心，既保持單項(xiàng)任務(wù)的獨(dú)立性，又以能力模塊之間的關(guān)聯(lián)性增強(qiáng)總體任務(wù)情境的一致性，開展虛擬仿真實(shí)驗(yàn)、跨年級協(xié)作等實(shí)踐活動，引導(dǎo)學(xué)生在解決數(shù)據(jù)隱私、算法偏見等復(fù)雜問題時，兼顧技術(shù)能力與社會責(zé)任感，同時借助開源社區(qū)分享、家庭線上挑戰(zhàn)任務(wù)等社會場景延伸，形成“學(xué)校一家庭一社會”聯(lián)動的學(xué)習(xí)生態(tài)，為培養(yǎng)具備批判性思維和創(chuàng)新實(shí)踐能力的智能社會公民提供系統(tǒng)性支持。然而，基于學(xué)生的表現(xiàn)與反饋，在活動進(jìn)程中依