專題：中小學(xué)人工智能教育教什么（下）

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(jí)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(jì)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(jì)需要實(shí)現(xiàn)鄰近學(xué)段之間的有機(jī)銜接，同時(shí)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(guó)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(gè)學(xué)段（1—8年級(jí)）。其中，第一學(xué)段（1—2年級(jí)）側(cè)重于直觀感受和體驗(yàn)，以激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能的興趣為主；第二學(xué)段（3—4年級(jí)）和第三學(xué)段（5—6年級(jí)）強(qiáng)調(diào)在體驗(yàn)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(jí)）則進(jìn)一步深化對(duì)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(dòng)性。同時(shí)，課程設(shè)計(jì)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(shí)的同步累積，實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)與各學(xué)科知識(shí)的融會(huì)貫通。此外，針對(duì)當(dāng)前人工智能課程課時(shí)緊缺的情況，課程設(shè)計(jì)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(jí)）

數(shù)學(xué)知識(shí)是人工智能的重要學(xué)習(xí)基礎(chǔ)之一。考慮到1—2年級(jí)學(xué)生尚處于認(rèn)識(shí)數(shù)字與培養(yǎng)數(shù)感的初級(jí)階段，人工智能學(xué)習(xí)的知識(shí)儲(chǔ)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(huì)”2個(gè)模塊，引導(dǎo)學(xué)生建立對(duì)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(jià)值。“人工智能倫理與社會(huì)”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(shí)人工智能對(duì)人類和社會(huì)的影響。

一

第二學(xué)段（3—4年級(jí)）

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(shí)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(xiàng)目實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。“人工智能概述”模塊旨在引導(dǎo)學(xué)生了解人工智能的基本特征、發(fā)展過程及其在國(guó)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(shí)。“人工智能技術(shù)基礎(chǔ)”模塊旨在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)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。“機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)”模塊內(nèi)容對(duì)應(yīng)中小學(xué)人工智能教育的五級(jí)進(jìn)階框架的第一層“體驗(yàn)級(jí)”，旨在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)機(jī)器學(xué)習(xí)的概念，掌握調(diào)用人工智能模型制作簡(jiǎn)易智能交互系統(tǒng)的方法，進(jìn)而培養(yǎng)人工智能思維。“人工智能倫理與社會(huì)”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(huì)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(shí)。

圖2　“體驗(yàn)級(jí)”項(xiàng)目制作示例

一

第三學(xué)段（5—6年級(jí)）

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(shí)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(shí)與時(shí)俱進(jìn)增加了生成式人工智能和智能體相關(guān)內(nèi)容。“人工智能技術(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。“機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)”模塊對(duì)應(yīng)中小學(xué)人工智能教育的五級(jí)進(jìn)階框架的第二層“理解級(jí)”與第三層“應(yīng)用級(jí)”，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(tái)和簡(jiǎn)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(jiǎn)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(huì)”模塊新增人工智能倫理道德和人工智能社會(huì)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(duì)人類和社會(huì)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(xiàng)目制作示例

一

第四學(xué)段（7—8年級(jí)）

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。“人工智能概述”模塊旨在引導(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(shì)。“人工智能技術(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(shí)的學(xué)習(xí)形成聯(lián)動(dòng)，旨在引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)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(shí)，參考“101”計(jì)劃《人工智能引論》對(duì)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(shí)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。“機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)”模塊對(duì)應(yīng)中小學(xué)人工智能教育的五級(jí)進(jìn)階框架的第三層“應(yīng)用級(jí)”與第四層“綜合級(jí)”，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(huì)”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(shí)。

圖4 “應(yīng)用級(jí)”項(xiàng)目制作示例

圖5　“綜合級(jí)”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(jì)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(jì)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(shí)代發(fā)展的未來(lái)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(jí)框架——以“停車場(chǎng)自動(dòng)抬桿系統(tǒng)的優(yōu)化”案例為例[J]．中國(guó)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(jì)與實(shí)施建議[J]．教師教育學(xué)報(bào)，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(yàn)、問題與未來(lái)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(guó)科技教育》（CN 11-4765/N、ISSN 1671-4350）是由中國(guó)科協(xié)主管、中國(guó)青少年科技教育工作者協(xié)會(huì)主辦的國(guó)家級(jí)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(dòng)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(dòng)的國(guó)內(nèi)外科學(xué)教育研究成果和案例，賦能中國(guó)青少年科技教育發(fā)展和科技教師隊(duì)伍建設(shè)。

《中國(guó)科技教育》已入駐中國(guó)知網(wǎng)、維普網(wǎng)、龍?jiān)雌诳W(wǎng)等權(quán)威數(shù)據(jù)庫(kù)，是中國(guó)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(guó)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(dòng)交流平臺(tái)，提供最新科技教育資源的服務(wù)載體，以及展現(xiàn)國(guó)內(nèi)外科技教育發(fā)展動(dòng)態(tài)的資訊匯聚平臺(tái)。

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來(lái)源 | 《中國(guó)科技教育》2024-12，文章編輯：畢晨輝

編輯、排版 | 孟想