中小學(xué)人工智能教育教什么

——以《深圳市義務(wù)教育人工智能課程綱要（修訂版）》為例

文_顧榮楨1　李惠乾1　余峻展2　謝作如3　鐘柏昌1*

（1. 華南師范大學(xué)教育信息技術(shù)學(xué)院；2. 深圳市致理中學(xué)；3. 溫州市科技高級中學(xué)；*通訊作者）

中小學(xué)人工智能課程的內(nèi)容與學(xué)業(yè)要求

按照中小學(xué)階段學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，課程內(nèi)容設(shè)計應(yīng)體現(xiàn)出循序漸進(jìn)和螺旋式發(fā)展的特征[31]。因此，中小學(xué)人工智能課程的內(nèi)容設(shè)計需要實(shí)現(xiàn)鄰近學(xué)段之間的有機(jī)銜接，同時避免盲目求新、求深、求全[9]。此外，作為一門多學(xué)科交叉融合的課程，中小學(xué)人工智能課程應(yīng)加強(qiáng)與其他學(xué)科課程的整合[22]，讓學(xué)生深刻感受人工智能是如何滲透在其他學(xué)科，以及日常生活中的[32]。

基于此，《綱要》吸納國內(nèi)外人工智能前沿的研發(fā)與應(yīng)用成果，將中小學(xué)人工智能課程學(xué)習(xí)劃分為4個學(xué)段（1—8年級）。其中，第一學(xué)段（1—2年級）側(cè)重于直觀感受和體驗，以激發(fā)學(xué)生對人工智能的興趣為主；第二學(xué)段（3—4年級）和第三學(xué)段（5—6年級）強(qiáng)調(diào)在體驗的過程中初步接觸人工智能基本概念及原理，探索利用人工智能解決問題的過程和方法；第四學(xué)段（7—8年級）則進(jìn)一步深化對人工智能原理的理解，強(qiáng)化學(xué)生利用人工智能解決問題的實(shí)踐能動性。同時，課程設(shè)計注重從跨學(xué)科視角規(guī)劃各階段學(xué)習(xí)內(nèi)容，促進(jìn)數(shù)學(xué)、物理、信息科技等學(xué)科知識的同步累積，實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)與各學(xué)科知識的融會貫通。此外，針對當(dāng)前人工智能課程課時緊缺的情況，課程設(shè)計了選學(xué)內(nèi)容（內(nèi)容與學(xué)業(yè)要求中標(biāo)有*的內(nèi)容），以供各學(xué)校結(jié)合本校實(shí)際開展第二課堂（如430課堂）教學(xué)，幫助學(xué)生完整學(xué)習(xí)人工智能課程內(nèi)容。各學(xué)段具體的課程內(nèi)容與學(xué)業(yè)要求如下。

一

第一學(xué)段（1—2年級）

數(shù)學(xué)知識是人工智能的重要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之一�？紤]到1—2年級學(xué)生尚處于認(rèn)識數(shù)字與培養(yǎng)數(shù)感的初級階段，人工智能學(xué)習(xí)的知識儲備較為薄弱，故本學(xué)段課程內(nèi)容不宜涉及較為抽象的人工智能技術(shù)基礎(chǔ)、機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)模塊相關(guān)內(nèi)容，僅設(shè)立“人工智能概述”與“人工智能倫理與社會”2個模塊，引導(dǎo)學(xué)生建立對人工智能的初步認(rèn)知。其中，“人工智能概述”模塊旨在引導(dǎo)學(xué)生初步了解人工智能的概念及其實(shí)際應(yīng)用價值。“人工智能倫理與社會”模塊與“人工智能概述”模塊的技術(shù)與應(yīng)用緊密相關(guān)，旨在引導(dǎo)學(xué)生初步認(rèn)識人工智能對人類和社會的影響。

一

第二學(xué)段（3—4年級）

在本學(xué)段，學(xué)生通過信息科技和數(shù)學(xué)課程學(xué)習(xí)具備了一定的數(shù)據(jù)知識基礎(chǔ)，故引入人工智能技術(shù)基礎(chǔ)的相關(guān)內(nèi)容，為后續(xù)的機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)項目實(shí)踐奠定基礎(chǔ)�！叭斯ぶ悄芨攀觥蹦K旨在引導(dǎo)學(xué)生了解人工智能的基本特征、發(fā)展過程及其在國家各領(lǐng)域發(fā)揮的作用，以更為全面地掌握人工智能知識�！叭斯ぶ悄芗夹g(shù)基礎(chǔ)”模塊旨在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識數(shù)據(jù)在人工智能中的作用，掌握數(shù)據(jù)的采集與處理方法�！皺C(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)”模塊內(nèi)容對應(yīng)中小學(xué)人工智能教育的五級進(jìn)階框架的第一層“體驗級”，旨在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識機(jī)器學(xué)習(xí)的概念，掌握調(diào)用人工智能模型制作簡易智能交互系統(tǒng)的方法，進(jìn)而培養(yǎng)人工智能思維�！叭斯ぶ悄軅惱砼c社會”模塊與“人工智能概述”模塊相呼應(yīng)，強(qiáng)調(diào)人工智能與人類、社會的相互作用，旨在引導(dǎo)學(xué)生初步培養(yǎng)人工智能安全與倫理意識。

圖2　“體驗級”項目制作示例

一

第三學(xué)段（5—6年級）

本學(xué)段學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展處于從具象思維到抽象思維的過渡時期。為平衡具象內(nèi)容和抽象內(nèi)容的關(guān)系，“人工智能概述”模塊突出人工智能抽象概念的學(xué)習(xí)，旨在引導(dǎo)學(xué)生辨析機(jī)器智能與人類智能的異同，了解人工智能的核心技術(shù)途徑、主要流派和關(guān)鍵技術(shù)，同時與時俱進(jìn)增加了生成式人工智能和智能體相關(guān)內(nèi)容�！叭斯ぶ悄芗夹g(shù)基礎(chǔ)”模塊新增了算法部分，旨在引導(dǎo)學(xué)生理解算法與人工智能的關(guān)系，并圍繞數(shù)據(jù)集這一概念進(jìn)一步理解數(shù)據(jù)在人工智能中的作用，掌握整理數(shù)據(jù)、構(gòu)建數(shù)據(jù)集等方法�！皺C(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)”模塊對應(yīng)中小學(xué)人工智能教育的五級進(jìn)階框架的第二層“理解級”與第三層“應(yīng)用級”，在廣度和深度上相比第二學(xué)段有明顯提升，旨在引導(dǎo)學(xué)生辨別常見的機(jī)器學(xué)習(xí)類型，理解監(jiān)督學(xué)習(xí)的一般過程，并運(yùn)用人工智能平臺和簡易開發(fā)工具完成模型訓(xùn)練，制作具有特定功能的智能交互系統(tǒng)以解決簡易問題。為呼應(yīng)本學(xué)段其他模塊的學(xué)習(xí)，“人工智能倫理與社會”模塊新增人工智能倫理道德和人工智能社會規(guī)范兩部分內(nèi)容，旨在引導(dǎo)學(xué)生正確看待人工智能對人類和社會的影響，合理、合法使用人工智能技術(shù)，進(jìn)一步培養(yǎng)人工智能情感。

圖3　“”項目制作示例

一

第四學(xué)段（7—8年級）

作為與高中人工智能教育相銜接的重要階段，本學(xué)段的課程難度整體上有所提高�！叭斯ぶ悄芨攀觥蹦K旨在引導(dǎo)學(xué)生理解人工智能關(guān)鍵技術(shù)的基本原理與應(yīng)用方法，應(yīng)用以生成式人工智能為代表的各類技術(shù)解決實(shí)際問題，并了解人工智能技術(shù)最新發(fā)展態(tài)勢�！叭斯ぶ悄芗夹g(shù)基礎(chǔ)”模塊實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、算法和算力三大技術(shù)基礎(chǔ)的全面教學(xué)，與同一學(xué)段信息科技課程相關(guān)知識的學(xué)習(xí)形成聯(lián)動，旨在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識算力與人工智能的關(guān)系，掌握數(shù)據(jù)集的劃分方法，了解人工智能算法的常見類型。同時，參考“101”計劃《人工智能引論》對算法類型進(jìn)行細(xì)致劃分，為后續(xù)更高層次的人工智能知識學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)�！皺C(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)”模塊對應(yīng)中小學(xué)人工智能教育的五級進(jìn)階框架的第三層“應(yīng)用級”與第四層“綜合級”，新增了深度學(xué)習(xí)相關(guān)內(nèi)容，旨在引導(dǎo)學(xué)生了解深度學(xué)習(xí)的含義與特征，辨析深度學(xué)習(xí)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)系，掌握傳統(tǒng)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的訓(xùn)練推理過程與深度學(xué)習(xí)的一般過程，應(yīng)用人工智能技術(shù)解決復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問題。“人工智能倫理與社會”模塊的思辨性相比第三學(xué)段進(jìn)一步增強(qiáng)，旨在引導(dǎo)學(xué)生理解在人工智能開發(fā)與應(yīng)用過程中人類的主體地位，提升學(xué)生的自主可控意識。

圖4 “應(yīng)用級”項目制作示例

圖5　“綜合級”作品示例

小結(jié)

作為中小學(xué)人工智能教育的指導(dǎo)性文件，《綱要》結(jié)合人工智能學(xué)科特色，遵循學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和人工智能素養(yǎng)發(fā)展需求，從跨學(xué)科課程整合視角設(shè)計了螺旋上升的課程內(nèi)容體系，為中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容的系統(tǒng)化設(shè)計提供了參考，為教師的人工智能課程教學(xué)實(shí)踐提供了有力支持。在新一代人工智能技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，教師也應(yīng)不斷提高自身的人工智能素養(yǎng)，強(qiáng)化基于人工智能的情感化人能力、跨學(xué)科教學(xué)創(chuàng)新能力、合作育人能力及教學(xué)問題發(fā)現(xiàn)能力[33]，以確保人工智能課程有效落地實(shí)施，培養(yǎng)出能夠適應(yīng)并引領(lǐng)智能時代發(fā)展的未來公民。

參考文獻(xiàn)

[29] 謝作如，方建文．讓學(xué)生真正理解數(shù)據(jù)、算法和算力——談新一代人工智能教育教什么和怎么教[J]．中小學(xué)信息技術(shù)教育，2023，（06）：8-10．

[30] 鐘柏昌，顧榮楨．中小學(xué)人工智能教育的五級框架——以“停車場自動抬桿系統(tǒng)的優(yōu)化”案例為例[J]．中國科技教育，2024，（04）：14-20．

[31] 李鋒，李冬梅，魏雄鷹，等．發(fā)展關(guān)鍵能力提升數(shù)字素養(yǎng)與技能——《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》的內(nèi)容設(shè)計與實(shí)施建議[J]．教師教育學(xué)報，2022，9（04）：55-62．

[32] 李樹英．澳門中小學(xué)開展人工智能教育的經(jīng)驗、問題與未來舉措[J]．現(xiàn)代遠(yuǎn)程教育研究，2022，34（04）：41-46+54．

[33] 鐘柏昌．教師智能素養(yǎng)的四大能力支柱[J]．中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2024，（08）：1．■

完結(jié)

《中國科技教育》（CN 11-4765/N、ISSN 1671-4350）是由中國科協(xié)主管、中國青少年科技教育工作者協(xié)會主辦的國家級期刊，是目前唯一專注于服務(wù)廣大科技教育工作者的專業(yè)性、綜合性刊物。雜志始終致力于推動科教融合，引領(lǐng)青少年科技教育發(fā)展方向，服務(wù)教育、科技、人才一體化發(fā)展，通過提供權(quán)威、豐富、生動的國內(nèi)外科學(xué)教育研究成果和案例，賦能中國青少年科技教育發(fā)展和科技教師隊伍建設(shè)。

《中國科技教育》已入駐中國知網(wǎng)、維普網(wǎng)、龍源期刊網(wǎng)等權(quán)威數(shù)據(jù)庫，是中國科協(xié)認(rèn)定的領(lǐng)域權(quán)威期刊。經(jīng)過多年的發(fā)展，雜志已經(jīng)成為廣大科技教育工作者獲取國家教育科技人才政策信息的重要窗口，探索校內(nèi)外科技教育改革理論與實(shí)踐的互動交流平臺，提供最新科技教育資源的服務(wù)載體，以及展現(xiàn)國內(nèi)外科技教育發(fā)展動態(tài)的資訊匯聚平臺。

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來源 | 《中國科技教育》2024-12，文章編輯：畢晨輝

編輯、排版 | 孟想