郭紹青

隨著人工智能技術(shù)的突破，世界各國紛紛將人工智能技術(shù)作為基礎(chǔ)教育的重要教學(xué)內(nèi)容。2017年，國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確提出，要在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程。基于這一背景，我們開始思考人工智能教育當(dāng)前在我國的實(shí)施情況以及未來的發(fā)展方向。

一、人工智能教育千姿百態(tài)

當(dāng)前在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，人工智能教育可謂是千姿百態(tài)，有企業(yè)產(chǎn)品推動(dòng)的，有專家研究推動(dòng)的，還有學(xué)校自主研發(fā)的。目前中小學(xué)人工智能教育主要有三種開展形式：STEAM教育、創(chuàng)客教育、編程機(jī)器人教育。在實(shí)際教學(xué)中，一些培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和學(xué)校簡單地將Python編程語言、Scratch軟件操作、機(jī)器人搭建等認(rèn)為是人工智能教育。針對這種誤解和偏差，我們需要明確的是，編程是人工智能教育的關(guān)鍵技術(shù)，編程教育只是人工智能教育的一個(gè)組成部分，不能完全代表人工智能教育。

基礎(chǔ)教育領(lǐng)域人工智能教材更是琳瑯滿目。課堂教學(xué)是實(shí)施人工智能教育的重要途徑，而教材作為課程教學(xué)的根基，承擔(dān)著正本清源的作用。2018年以來，一批涵蓋中小學(xué)各學(xué)段的人工智能教材相繼涌現(xiàn)。這些教材各具特色，但由于國家層面至今未制定人工智能課程標(biāo)準(zhǔn)，教材的目標(biāo)定位和編寫思路各有差異，這就使得教材的編寫存在一定的隨意性，導(dǎo)致部分教材的系統(tǒng)性和全面性有所欠缺。現(xiàn)存人工智能教材主要可以分為兩類：人工智能技術(shù)、實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)（編程）。人工智能技術(shù)包含機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理等，從技術(shù)維度全面闡釋技術(shù)的發(fā)展；實(shí)現(xiàn)人工智能技術(shù)（編程）是通過人工智能技術(shù)對視頻、語音等進(jìn)行處理。這兩類教材都是將人工智能教育等同于人工智能技術(shù)，這顯然是錯(cuò)誤的。

人工智能教育到底需要從哪些方面開展呢？中小學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能課程的目的是什么？可以肯定的是，我們的目的既不是將學(xué)生培養(yǎng)成人工智能專家，也不是讓學(xué)生升入高等教育院校的人工智能軟件工程等相關(guān)專業(yè)。因此，在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域開展人工智能教育，我們的初心應(yīng)該是著重培養(yǎng)學(xué)生的人工智能素養(yǎng)，使之明白如何正確、恰當(dāng)?shù)厥褂萌斯ぶ悄堋?/p>

二、人工智能概念含糊不清

【案例一】某學(xué)生設(shè)計(jì)了一款“自動(dòng)澆花神器”，能夠在土壤濕度低于50%的情況下自動(dòng)澆水。該作品運(yùn)用濕度傳感器將信息送入控制單元，再輸出到水泵，由此形成了一個(gè)控制系統(tǒng)，解決了工業(yè)自動(dòng)化方面的問題。

【案例二】某學(xué)生設(shè)計(jì)了一款“智能五彩樹”，能夠運(yùn)用Mind+實(shí)現(xiàn)根據(jù)光線強(qiáng)弱自動(dòng)開關(guān)彩燈。該作品通過光敏電阻輸出電壓信號(hào)，從而使控制單元進(jìn)行開關(guān)動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開關(guān)彩燈的效果。

通過分析我們可以看出，以上兩個(gè)案例都屬于創(chuàng)客作品，整個(gè)操作過程沒有使用任何與人工智能相關(guān)的技術(shù)，這是在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域普遍存在的問題。

三、STEAM教育、創(chuàng)客教育、編程機(jī)器人教育與人工智能教育的關(guān)系

STEAM是科學(xué)、技術(shù)、工程藝術(shù)、數(shù)學(xué)五門學(xué)科英文首字母的縮寫。STEAM教育是一種跨學(xué)科教育模式，旨在打破學(xué)科疆域，通過對學(xué)科素養(yǎng)的綜合應(yīng)用解決實(shí)際問題，培養(yǎng)綜合型人才。創(chuàng)客文化起源于美國的車庫文化，創(chuàng)客教育是創(chuàng)客文化與教育的結(jié)合，遵循“創(chuàng)新和實(shí)踐”理念，基于學(xué)生興趣，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式，使用數(shù)字化工具，倡導(dǎo)造物，鼓勵(lì)分享，培養(yǎng)跨學(xué)科解決問題能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力和創(chuàng)新能力。編程機(jī)器人教育通常是指學(xué)習(xí)機(jī)器人的基本知識(shí)與基本技能，或利用教育機(jī)器人優(yōu)化教育教學(xué)效果的理論與實(shí)踐，主要分成工程、邏輯、創(chuàng)新三個(gè)思維開發(fā)模式階段。人工智能教育包括利用人工智能賦能的教育和以人工智能為學(xué)習(xí)內(nèi)容的教育。其中，人工智能賦能的教育強(qiáng)調(diào)人工智能與教育的融合，強(qiáng)調(diào)利用人工智能賦能教育變革，需要進(jìn)行智能化教育環(huán)境與生態(tài)建設(shè)、模式探討、制度建設(shè)，不斷提高教學(xué)績效；以人工智能為學(xué)習(xí)內(nèi)容的教育屬于面向智能社會(huì)公民的智能素養(yǎng)教育，包括不同層次人工智能科學(xué)、人工智能技術(shù)、人工智能應(yīng)用方法等方面的知識(shí)、能力與情感教育。

總而言之，傳統(tǒng)教育分學(xué)科學(xué)習(xí)滿足不了面向未來人才需求的培養(yǎng)，所以提出了STEAM教育，但是STEAM教育并不能完全解決傳統(tǒng)教育的不足，在此基礎(chǔ)上又提出了創(chuàng)客教育，而編程機(jī)器人教育是在創(chuàng)客教育的范疇中更聚焦先進(jìn)技術(shù)，更聚焦面向未來的創(chuàng)客教育。人工智能教育是在STEAM教育、創(chuàng)客教育、編程機(jī)器人教育的基礎(chǔ)上，向?qū)W生傳授更多的人工智能應(yīng)用知識(shí)和原理，解決人工智能運(yùn)用的真實(shí)場景和實(shí)際問題。所以我們不能簡單地認(rèn)為STEAM教育、創(chuàng)客教育、編程機(jī)器人教育就是人工智能教育。

四、人工智能教育錯(cuò)誤認(rèn)識(shí)存在的原因

缺少規(guī)范引領(lǐng) 2003年，教育部頒布了《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》，“人工智能初步”的內(nèi)容首次被納入信息技術(shù)課程中，并以選修模塊開設(shè)?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求，以數(shù)據(jù)、算法、網(wǎng)絡(luò)、信息處理、信息安全、人工智能為課程邏輯主線，按照義務(wù)教育階段學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律，統(tǒng)籌安排各學(xué)段學(xué)習(xí)內(nèi)容，并從第四學(xué)段開始涉及“人工智能與智慧社會(huì)”課程內(nèi)容。人工智能課程與信息科技課程雖已實(shí)現(xiàn)了整合，但鑒于人工智能的跨學(xué)科特性，下一步是否需要“拔高”人工智能課程的定位，增強(qiáng)其在基礎(chǔ)教育課程體系的附著性和滲透性？這些問題都值得商榷。

缺乏教育視角研究 智能時(shí)代，教育的表征形態(tài)、理論基礎(chǔ)與研究范式正在發(fā)生改變，人工智能教育具備了時(shí)代新內(nèi)涵與新內(nèi)容。當(dāng)前，諸多學(xué)者更多是從技術(shù)視角定義并開展人工智能教育，卻忽略了對教育本質(zhì)的培養(yǎng)。

企業(yè)產(chǎn)品導(dǎo)向錯(cuò)誤 企業(yè)根據(jù)自己的理解開發(fā)產(chǎn)品，將許多能充電、能跑、能動(dòng)的產(chǎn)品統(tǒng)一稱為智能產(chǎn)品，濫用“人工智能”這一名詞。同時(shí)，企業(yè)以營利導(dǎo)向?yàn)榛A(chǔ)，而中小學(xué)公益性強(qiáng)，二者有機(jī)融合不夠深入，缺乏長期的協(xié)同合作，導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)與產(chǎn)業(yè)需求錯(cuò)位，改革創(chuàng)新教學(xué)模式孤掌難鳴。

人工智能教育的內(nèi)涵

一、國家戰(zhàn)略

2017年國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》在“戰(zhàn)略態(tài)勢”中指出：我國發(fā)展人工智能具有良好基礎(chǔ)。國家部署了智能制造等國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃重點(diǎn)專項(xiàng)，印發(fā)實(shí)施了《“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動(dòng)實(shí)施方案》。經(jīng)過多年的持續(xù)積累，我國在人工智能領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，國際科技論文發(fā)表量和發(fā)明專利授權(quán)量已居世界第二，部分領(lǐng)域核心技術(shù)實(shí)現(xiàn)重要突破。語音識(shí)別、視覺識(shí)別技術(shù)世界領(lǐng)先，自適應(yīng)自主學(xué)習(xí)、直覺感知、綜合推理、混合智能和群體智能等初步具備跨越發(fā)展的能力，中文信息處理、智能監(jiān)控、生物特征識(shí)別、工業(yè)機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人、無人駕駛逐步進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，人工智能創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)日益活躍。這一戰(zhàn)略態(tài)勢體現(xiàn)了未來社會(huì)轉(zhuǎn)型和發(fā)展的大方向，國家數(shù)字經(jīng)濟(jì)的發(fā)展離不開人工智能技術(shù)的支持?？萍几偁帤w根結(jié)底是人才的競爭，要加快培養(yǎng)聚集人工智能高端人才、加大高端人工智能人才引進(jìn)力度、建設(shè)人工智能學(xué)科。

二、素養(yǎng)框架

2021年，中央電化教育館正式發(fā)布的《中小學(xué)人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》，旨在明確中小學(xué)人工智能學(xué)科核心素養(yǎng)的基本內(nèi)容與要求，為人工智能課程標(biāo)準(zhǔn)制定、教材編寫和課程開設(shè)提供參考和依據(jù)。

1.人工智能與人類的關(guān)系

未來，人工智能定會(huì)和人類產(chǎn)生諸如輔助、協(xié)作、競爭、超越等復(fù)雜的關(guān)系。人工智能需要以人為本，以增進(jìn)人類共同福祉為目標(biāo)，最終實(shí)現(xiàn)與人類的和諧共存。然而，沙特阿拉伯授予機(jī)器人“索菲亞”公民身份，特別是“索菲亞”揚(yáng)言要“毀滅人類”，已經(jīng)引發(fā)了人們的擔(dān)憂。機(jī)器人擁有公民身份之后，是否和人類享有同樣的權(quán)利？是否應(yīng)該承擔(dān)同樣的義務(wù)？人們對此各執(zhí)己見。為此，我們需要關(guān)注人工智能技術(shù)對人們的深刻影響，包括倡導(dǎo)積極影響與控制負(fù)面影響，意識(shí)到人工智能技術(shù)將與人類發(fā)生沖突，確保人們對人工智能技術(shù)的決策是負(fù)責(zé)任、可問責(zé)的。

2.人工智能與社會(huì)的關(guān)系

一方面，人工智能是社會(huì)發(fā)展的產(chǎn)物；另一方面，人工智能可以改造社會(huì)，使社會(huì)變得更加高效、智能，最終可能變革社會(huì)成為新的智能社會(huì)，與人類共同創(chuàng)建智慧社會(huì)。因此，人工智能不僅是一次技術(shù)層面的革命，未來也必將與社會(huì)經(jīng)濟(jì)變革、教育變革、思想文化變革等同步，掀起一輪新的產(chǎn)業(yè)革命。但每一項(xiàng)新技術(shù)的出現(xiàn)，在對社會(huì)產(chǎn)生積極影響的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生消極的影響。人工智能本質(zhì)上是一種建立在大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上的自我學(xué)習(xí)、判斷和決策的技術(shù)，為了保證決策推理的公平、公正，我們必須確保大數(shù)據(jù)資源及其決策算法的透明公正。

3.人工智能技術(shù)

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)與其他學(xué)科交叉的新型學(xué)科，也是一門極富挑戰(zhàn)性的學(xué)科。人工智能本身很難給學(xué)生帶來情境化、物化的體驗(yàn)，這給中小學(xué)生理解人工智能帶來了障礙。因此，人工智能技術(shù)成為一個(gè)載體，幫助人們解決身邊、社會(huì)、國家甚至世界的相關(guān)問題，并通過學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)的原理和過程方法，思考如何利用這些技術(shù)解決具體的問題，如何選擇和利用人工智能工具解決問題，如何使用合適的人工智能產(chǎn)品方便人們的生活，從而真正達(dá)到服務(wù)人類和社會(huì)的目的。

4.人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)

在系統(tǒng)開發(fā)過程中，要著重培養(yǎng)系統(tǒng)性思維，從工程角度出發(fā)，對系統(tǒng)及系統(tǒng)各個(gè)組成部分進(jìn)行分析、預(yù)測、評價(jià)，并使系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)。人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)旨在運(yùn)用系統(tǒng)工程的思想和方法，研究問題的解決方案，以設(shè)計(jì)出最大限度滿足人類需求的系統(tǒng)。同時(shí)，需要對人工智能系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)、保養(yǎng)，以有效地診斷、修復(fù)和優(yōu)化不可預(yù)測的故障，制定預(yù)防人工智能對人類和社會(huì)產(chǎn)生危害的機(jī)制。這一領(lǐng)域?qū)μ嵘龑W(xué)生解決復(fù)雜問題的能力以及創(chuàng)新思維等高階思維能力是很有幫助的。

人工智能教育的未來

一、全球布局

當(dāng)前，人工智能已經(jīng)全方位滲透進(jìn)人類社會(huì)的不同行業(yè)和生活環(huán)節(jié)，智能制造、物流倉儲(chǔ)、智慧醫(yī)療等逐漸推動(dòng)著社會(huì)的變革，智能閱卷、考試機(jī)器人、發(fā)音測評、學(xué)習(xí)行為分析等促進(jìn)了教育工作和教育系統(tǒng)的不斷發(fā)展與革新?？傊斯ぶ悄芤呀?jīng)成為服務(wù)國計(jì)民生的變革性技術(shù)，也是世界各國搶占的科技新高地。美國在人工智能的研究領(lǐng)域一直處于最前沿，除了主要得益于聯(lián)邦研究基金和政府實(shí)驗(yàn)室的支持外，更離不開政府的高度重視。德國推行以“智能工廠”為重心的“工業(yè)4.0”計(jì)劃，并設(shè)定了三大目標(biāo)：將德國和歐洲打造成人工智能的領(lǐng)先基地，以此來確保德國未來的競爭力；實(shí)現(xiàn)負(fù)責(zé)任、以共同福祉為導(dǎo)向的人工智能開發(fā)和利用；在廣泛社會(huì)對話和積極政策架構(gòu)下，通過道德、法律、文化和制度把人工智能嵌入到整個(gè)社會(huì)中。日本將物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和機(jī)器人作為第四次產(chǎn)業(yè)革命的核心，并將2017年定為日本的“人工智能元年”。俄羅斯更偏向于發(fā)展和資助人工智能在軍事與國防領(lǐng)域的應(yīng)用，致力于發(fā)展圖像識(shí)別、語音識(shí)別、自主軍事系統(tǒng)控制以及武器生命信息支持等人工智能技術(shù)。我國在《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中明確提出了“設(shè)立人工智能專業(yè)”和“在原有基礎(chǔ)上拓寬人工智能專業(yè)教育內(nèi)容”等要求以及我國新一代人工智能“三步走”的發(fā)展戰(zhàn)略。我國人工智能的發(fā)展正按照“構(gòu)建一個(gè)體系、把握雙重屬性、堅(jiān)持三位一體、強(qiáng)化四大支撐”的總體部署，逐步形成健康持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略路徑。

二、發(fā)展趨勢

世界各國都很重視人工智能的發(fā)展，因此將人工智能課程納入中小學(xué)必修課程是十分必要的。未來，人工智能教育三個(gè)發(fā)展趨勢。首先，人工智能素養(yǎng)培養(yǎng)將趨于社會(huì)化和綜合化，人工智能技術(shù)將融入各學(xué)科教學(xué)過程。學(xué)生將在多學(xué)科中體驗(yàn)人工智能，培養(yǎng)人工智能素養(yǎng)。其次，構(gòu)建智能創(chuàng)新教育課程體系，將STEAM教育、創(chuàng)客教育、編程機(jī)器人教育整合成一個(gè)課程體系，實(shí)現(xiàn)智能創(chuàng)新課程體系的解構(gòu)、重組、再造，逐步形成以人工智能教育為核心，各學(xué)科交叉融合的創(chuàng)新教育。最后，構(gòu)建智能創(chuàng)新教育中心體系，形成線上線下融合，各學(xué)校自行選擇，融合AI、STEAM、創(chuàng)客主題模塊的智能創(chuàng)新教育中心。

當(dāng)今社會(huì)已向人工智能時(shí)代邁進(jìn)，教育必須順勢而行。未來，學(xué)生們面對的世界將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過我們的認(rèn)知邊界，加強(qiáng)人工智能基礎(chǔ)教育建設(shè)是未雨綢繆應(yīng)對未來社會(huì)發(fā)展的必然選擇和要求，更是幫助中國崛起的偉大武器。