[摘? ?要] 人工智能技術的迅猛發(fā)展催生了人工智能教育的迫切需求，學齡前兒童教育是為學校教育和終身教育奠基，理應積極應對人工智能教育的需求。針對學齡前兒童的身心發(fā)展特點，其人工智能教育只能定位于啟蒙性質(zhì)。面向?qū)W齡前兒童，從合用性、可用性、應用性三個方面梳理了人工智能啟蒙教育的研究現(xiàn)狀，提出其目標是創(chuàng)設智能學習情境，讓兒童感知、體驗，并應用合適的智能技術進行游戲、學習和創(chuàng)作，為未來奠基;其內(nèi)涵可分解為智能感知技術啟蒙、智能交互技術啟蒙和智能處理技術啟蒙。在此基礎上，探討了以智能語音和圖像識別為主的感知技術啟蒙、以兒童教育機器人為主的交互技術啟蒙、以編程和計算思維為主的智能處理技術啟蒙這三條具體的實踐路徑。

[關鍵詞] 人工智能; 啟蒙教育; 學齡前兒童; 實踐路徑

[中圖分類號] G434? ? ? ? ? ? [文獻標志碼] A

[作者簡介] 陳維維（1971—），女，江蘇如皋人。教授，博士，主要從事人工智能教育、學習力研究。E-mail：cwwnj @njxzc.edu.cn。

一、引? ?言

人工智能生態(tài)產(chǎn)業(yè)鏈的不斷升級對人工智能人才培養(yǎng)提出了迫切需求，國家《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出，“實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育……”[1]對接全民智能教育，中小學階段的課程改革早已啟動。如教育部頒布的《義務教育小學科學標準》明確指出：科學素養(yǎng)是指了解必要的科學技術知識及其對社會和個人的影響。很顯然，人工智能課程應屬于“必要的科學技術知識”，且人工智能對社會與個人的影響容易被學生體驗[2]。

然而，學齡前兒童教育作為學校教育和終身教育的奠基階段[3]，對其情感態(tài)度、知識能力等方面的發(fā)展具有重要價值。在未來的人工智能時代，如何讓現(xiàn)在的兒童能更好地適應智能技術的發(fā)展，實現(xiàn)人類與智能技術的和諧共生，學齡前兒童的人工智能啟蒙教育具有舉足輕重的意義。對這一主題進行梳理和分析，有助于我們厘清現(xiàn)實、明確目標、落實舉措，為兒童發(fā)展助力。

二、學齡前兒童的人工智能啟蒙教育研究現(xiàn)狀

在信息時代出生的孩子是數(shù)字原住民，科技的持續(xù)使用將他們轉變?yōu)閷＜矣脩鬧4]。當前，將信息技術，特別是人工智能技術融入兒童的教育情境已成為趨勢，探索如何利用技術支持兒童去探索環(huán)境、游戲與交流、表達自我、解決問題成為研究熱點。學齡前兒童人工智能啟蒙教育的已有研究可以從合用性、可用性、應用性三個方面來梳理：合用性主要解決人工智能啟蒙教育是否適合學齡前兒童的問題;可用性主要通過實踐驗證是否具有可操作性的問題;應用性主要是尋找符合兒童使用的支持工具問題。

（一）合用性研究：聚焦是否適合

人工智能技術屬于信息技術范疇，其廣泛應用已構成了當下兒童的生存境遇，即使兒童在學校中不接觸智能技術，在家庭、社會生活中也無法避免。關于信息技術是否適合用于幼兒教育，全美幼教協(xié)會（NAEYC）曾在《技術與3～8歲兒童》[5]這一報告中指出，“在早期教育中適宜地利用計算機技術，能夠促進兒童的認知和社會性發(fā)展;并且提倡將適宜的計算機技術整合到常規(guī)的學習環(huán)境中，使之成為眾多支持兒童學習的方式之一”。2011年，圣文森特大學Fred Rogers 兒童媒體研究中心與全美幼教協(xié)會共同提出的《早期教育技術方案：支持 0～8 歲的兒童》（草案）[6]也指明了早期教育實踐中應用信息技術的方向，具體包括應用信息技術提高教育效果的方法、不同年齡段兒童應用信息技術的指導建議等。同年，美國芝麻街工作室JGCC中心和斯坦福大學聯(lián)合發(fā)布報告《邁出一大步：數(shù)字化時代幼兒教育規(guī)劃》[7]，提出應整合數(shù)字媒體應用，以有效改善幼兒教育質(zhì)量，并提出了數(shù)字化技術與幼兒教育融合的三條途徑。美國人工智能專家Mitch Rosenberg甚至認為，教授STEM最好的時期是在幼兒早期，即在兒童早期，STEM獲得的投資回報最大[8]。大量的研究表明：人工智能啟蒙教育適合于學齡前兒童，但要關注啟蒙教育的目標、內(nèi)容和方式的適切性。

（二）可用性研究：驗證是否可操作

在實踐操作層面，國內(nèi)學齡前兒童的人工智能啟蒙教育研究多見于博碩士論文，以探討人工智能技術如何應用于幼兒教育、特別是游戲教育的活動過程為主流，如龔鵠[9]將機器人教育與幼兒結構游戲相結合，選擇了大頭娃娃機器人等一組主題機器人玩具，開展了機器人教育游戲化的設計與實踐，讓兒童既學習了人工智能的知識和技能，又拓展了結構游戲的視野，探索了一種幼兒園科學啟蒙教育的新手段。張冬梅[10]嘗試將人工智能技術融入幼兒教育游戲軟件的設計與開發(fā)，即在游戲軟件中創(chuàng)建一個思維的智能體用來對幼兒進行地震安全教育，他會根據(jù)兒童不同的情況分配游戲任務，同時對其進行行為指導。符蓉[11]等主要研究了樂高WeDo機器人的軟件設計，包括了“跳舞的小鳥”等十二個軟件設計項目，通過項目培養(yǎng)孩子的編程能力，以期能促進學生對軟硬件操作的熟練度，培養(yǎng)思維能力和思考習慣，進行創(chuàng)新實踐等。劉堯[12]關注幼兒教育軟件的設計，程五一[13]聚焦于中國優(yōu)秀傳統(tǒng)文化來開發(fā)幼兒教育資源。因此，實踐研究表明，學齡前兒童的人工智能啟蒙教育中嘗試應用教育機器人、智能游戲及軟件等技術，促進了兒童發(fā)展，具有可操作性。

（三）應用性研究：尋找支持工具

對于支持工具的探索，主要集中在兩個領域：一是教育機器人的應用，二是合適的編程工具。教育機器人擁有知識覆蓋面和技術集合優(yōu)勢[14]，可以作為幼兒學習的媒介，其內(nèi)置的人臉、語音、姿勢、物體、情感等識別技術，以及運動控制、圖文顯示、語音合成、仿生等技術，有助于建構具有童真童趣的學習情境，提供學習資源，并與孩子進行語言、情感、認知交互。正是有了資源和技術的支持，教育機器人得到了廣泛的應用，如作為智能玩具、兒童娛樂與學伴、家庭智能助理、遠程控制機器人、STEAM教具、課堂助教等[15]，而外形卡通、寓教于樂的教育機器人，特別是人形機器人深受學齡前兒童的喜愛[16-17]，成為他們體驗、感知、應用人工智能技術的主要工具之一。

學習編程以培養(yǎng)兒童的計算思維被認為是對兒童進行智能教育的一種探索。兒童編程教育的落腳點是思維培養(yǎng)[18]，對低幼年級兒童尤其如此，引起兒童對科技的興趣，激發(fā)探究好奇心，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的能力，更重要的是為計算思維能力和信息素養(yǎng)的培養(yǎng)奠定基礎。美、日、英、韓等國紛紛將兒童編程教育列入國家的教育指導性文件，如英國政府規(guī)定兒童從5歲起必須開始學習編程，直到16歲完成中學學業(yè)。

三、學齡前兒童人工智能啟蒙教育的目標與內(nèi)涵

人工智能啟蒙教育對于學齡前兒童是合適的，具有可操作性，且有工具支持，那么啟蒙教育要達成的目標為何，其具體內(nèi)涵是什么？這些成為亟待探討的問題。

（一）學齡前兒童人工智能啟蒙教育的目標

按照皮亞杰的認知發(fā)展理論，學齡前兒童的認知處于前運算階段，“開始以符號作為中介來描述外部世界， ……對感知運動經(jīng)驗有依賴，但大部分是依賴表象的心理活動”[19]，此時的兒童能運用簡單的語言符號從事思考，具有一定表象思維能力，逐漸形成對概念、類別、因果關系的認識。因此，學齡前兒童的教育要直觀、生動、形象、有趣，能充分調(diào)動兒童多感官參與，體驗新奇與快樂，表達想法和創(chuàng)造。

教育部發(fā)布的《3～6歲兒童學習和發(fā)展指南》強調(diào)[20]，“珍視幼兒生活和游戲的獨特價值，充分尊重和保護其好奇心和學習興趣，創(chuàng)設豐富的教育環(huán)境”“從不同角度促進幼兒全面協(xié)調(diào)發(fā)展”?！吨袊ヂ?lián)網(wǎng)學習白皮書之人工智能教育發(fā)展報告（基礎教育）》中把小學學段的人工智能能力培養(yǎng)目標設定為：能夠感知、體驗、分辨人工智能，逐步培養(yǎng)計算思維能力[21]。對接小學學段目標，面向?qū)W齡前兒童，人工智能啟蒙教育則意味著要消除他們對智能技術的神秘感、陌生感，體驗智能技術的應用，感知智能技術的發(fā)展，應用智能技術進行游戲、學習和創(chuàng)作，其關鍵任務是為兒童適應未來的智能時代奠基，創(chuàng)設智能學習情境，增進兒童對人工智能的了解，激發(fā)學習興趣，在兒童心里埋下人工智能的“希望之種”。

（二）學齡前兒童人工智能啟蒙教育的內(nèi)涵

深入分析人工智能啟蒙教育的內(nèi)涵，須對人工智能進行概念界定。學界說法不一，但任何一個概念都可以從空間、時間兩個維度去分析。從空間結構來看，人工智能用機器模擬和拓展人類的語言、邏輯與數(shù)學、空間、身體運動、音樂等多元智能;從時序結構來看，其本質(zhì)是對人的意識與思維的信息過程的模擬。依據(jù)信息加工原理，信息加工系統(tǒng)與外部環(huán)境發(fā)生交互作用，其內(nèi)部主要由感受器、效應器、記憶和加工器組成[22]。感受器的功能是感知外部世界，記憶和加工器對感受到的外部信息進行加工、貯存、提取等處理，效應器是對外部世界作出反應。因此，從信息加工理論的角度來看，能夠體現(xiàn)智能的信息加工行為主要有：智能感知、智能處理、智能交互三個方面。

按照信息加工思維方法，目前的人工智能技術都可以歸納到信息加工的框架下[23]，如機器視覺、語音識別體現(xiàn)的是感受器的功能，屬于智能感知技術;自然語言理解、認知與推理、博弈、機器學習等體現(xiàn)的是處理器的功能，屬于智能處理技術;自然語言交流、機器人學更多的是作為效應器的功能而存在，屬于智能交互技術。這三類智能技術具有時序性，遵循著“智能感知—智能處理—智能交互”順序規(guī)則，然而智能交互通常又會引起新一輪的智能感知，以此往復。

由此，學齡前兒童人工智能啟蒙教育實踐可從智能感知技術、智能交互技術、智能處理技術三個方面進行。智能感知技術主要是從視覺、聽覺兩個感官維度，感知的是圖像和聲音，做到能看會聽，其啟蒙教育是讓兒童通過智能機器或應用程序?qū)ν饨缡挛镞M行識別，如植物識別、人臉識別、語音識別等;智能交互技術主要是從語言、面部表情、動作等維度，表達聲音、行動和情感，做到能說會唱、能動會走，其啟蒙教育是讓兒童了解智能技術與人也有相通之處，會作出類似于人類的反應;智能處理技術涉及較為復雜的機器學習、認知與推理等，對學齡前兒童來說太過深奧，但可以通過專為兒童設計的簡單編程學習給他們以思維、邏輯的啟蒙，激發(fā)探究的好奇心和創(chuàng)造力，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力，更重要的是為兒童計算思維能力和信息素養(yǎng)的提升奠定基礎。

四、學齡前兒童人工智能啟蒙教育的實踐路徑

基于上述人工智能的感知、交互、處理三個技術維度的分析，學齡前兒童人工智能啟蒙教育也可以從智能感知技術啟蒙、智能交互技術啟蒙、編程與計算思維啟蒙這三條路徑尋找突破。路徑間有區(qū)別，但也相互聯(lián)系，共同構成了學齡前兒童人工智能啟蒙教育的框架體系。

（一）智能感知技術的啟蒙

皮亞杰曾說過，“活動既是感知的源泉，又是思維發(fā)展的基礎”[19]，對于學齡前兒童的發(fā)展來說，觀賞、體驗和探索的活動顯得尤為重要。學齡前兒童中，3～4歲的小班幼兒主要以觀賞、探索和培養(yǎng)興趣為主，4～6歲的中班、大班幼兒可以基于一定的主題進行分組探索，而觀賞、體驗和探索都需要充分的、多種形式的視覺、聽覺，甚至是觸覺的感官刺激和引導，讓兒童能深入感知和體驗。而智能技術一方面可以“為兒童的感知和體驗提供豐富多樣的設備支持”[24]，同時智能技術也可作為兒童感知和體驗的對象。

幼兒園可以通過創(chuàng)設豐富的智能情境讓兒童體驗人工智能的有趣和“好玩”。例如，幼兒的入園簽到和出園的記錄，都可使用人臉識別技術。試想，小朋友早晨走近幼兒園的大門，校園人臉識別打卡系統(tǒng)立刻就能識別，并以童音致以“***小朋友，早上好！”“歡迎***小朋友”，如果小朋友還能與它打個招呼，還個禮，這對兒童來說是多么新奇和溫馨的體驗。

除了人臉識別技術，還有情緒識別、聲音識別、植物識別等都可以擴展和促進兒童對智能技術的體驗，有時甚至是一個簡單的手機或平板上的APP就可以讓兒童體驗人工智能。例如，微軟識花、形色、花伴侶、好多肉等為大家所采用的APP，打開APP點擊照相功能，對著花草正面拍張清晰的照片，然后就能知道植物的名稱、科屬、幾年生、英文名稱，甚至根莖葉花果的特征、地理分布、下級分類、象征意義等詳細信息都可以列出來。可惜的是，對于學齡前兒童而言，復雜的漢字不一定能認識，如果能用標準普通話語音朗讀且將漢字標注拼音，將更有助于學齡前兒童的學習。

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