馬昊學 鄭蘇 張玲（通訊作者） 寧夏大學教育學院

●問題提出

在智能時代，人工智能教育受到了空前重視，人工智能正逐步成為中小學課程的重要內(nèi)容之一。但當前中小學人工智能課程在教學實施中存在一些問題，主要有：一是目標定位模糊，規(guī)范指導不足，即課程設計和開發(fā)處于困境，教師制訂教學目標存在困難。二是內(nèi)容主題分化，領域邊界不清。一線教師對人工智能學科的領域邊界沒有清晰認識，導致教學內(nèi)容的廣度和深度與中小學生人工智能課程內(nèi)容產(chǎn)生偏離。[1]三是學習評價失位，缺少過程“證據(jù)”。人工智能課程鼓勵采用項目式學習方式，但在實施過程中存在評價內(nèi)容與教學目標不對應、評價由學生素養(yǎng)偏向項目結果導向、有評價結果卻沒有數(shù)據(jù)佐證學生學習實效的問題。

為培養(yǎng)適應智能社會發(fā)展的未來公民，在中小學階段，教師應設計系統(tǒng)、全面且具有指導性的人工智能課程目標，界定人工智能課程的內(nèi)容模塊和核心內(nèi)容，評價學生的素養(yǎng)提升實效。本文基于對我國人工智能教育相關標準的分析，從課程目標、內(nèi)容體系和評價設計三方面構建了面向核心素養(yǎng)的中小學人工智能課程模型，試圖為一線教師人工智能課程教學提供參考范例。

●我國中小學人工智能課程相關標準分析

2021年底，中央電化教育館和中國教育學會中小學信息技術教育專業(yè)委員會相繼發(fā)布了《中小學人工智能技術與工程素養(yǎng)框架》（簡稱《素養(yǎng)框架》）和《中小學人工智能課程開發(fā)標準》（簡稱《開發(fā)標準》），這兩份文件為人工智能課程設計和教學實施提供了理論依據(jù)，以下從培養(yǎng)目標、內(nèi)容體系和評價建議三方面開展分析。

從培養(yǎng)目標來看，《素養(yǎng)框架》提出學生應該能夠運用特定的思維和推理方式在實踐中解決問題，具體從“理解人工智能技術原理、制訂問題的解決方案并實現(xiàn)目標、溝通與協(xié)作”三個實踐原則衡量學生的人工智能技術與工程素養(yǎng)。[2]《素養(yǎng)框架》針對每個學段的學生在人工智能課程學習后應該知道和能夠做到的具體要求都做了明確闡釋，課程目標具體清晰可操作，易于設計教學內(nèi)容和開展評價。但需要注意的是，《素養(yǎng)框架》以“全面滲透知識與技能、過程與方法以及情感態(tài)度與價值觀這三個層次的目標，發(fā)展學生的能力與素養(yǎng)”為課程目標設計的理念，與學科核心素養(yǎng)導向的課程設計仍存在距離。《開發(fā)標準》提出以“適應未來智能社會的關鍵能力培養(yǎng)”為總體目標，實現(xiàn)在人工智能意識、技術應用能力、實踐創(chuàng)新思維和智能社會責任四個方面的培養(yǎng)[3]，其課程目標與信息科技學科核心素養(yǎng)相呼應，體現(xiàn)了正確價值觀、必備品格和關鍵能力的培養(yǎng)要求，強化了從知識技能學習向核心素養(yǎng)育人的目標導向轉變。

從內(nèi)容體系來看，《素養(yǎng)框架》分為“人工智能與人類”“人工智能與社會”“人工智能技術”和“人工智能系統(tǒng)設計與開發(fā)”四個領域，提出了12個一級指標和32個二級指標。《開發(fā)標準》劃分了“人工智能與社會”“人工智能與人類智能”以及“人工智能原理與技術”三大主題。兩份文件在主題劃分上的區(qū)別在于《素養(yǎng)框架》中提出了“人工智能系統(tǒng)設計與開發(fā)”要求，難度較高，而《開發(fā)標準》則在“人工智能原理與技術”中將人工智能關鍵技術細化，更符合中小學課程的基礎性原則。在內(nèi)容設置上，《素養(yǎng)框架》體現(xiàn)出圍繞主題逐漸深化、螺旋上升的設計理念，對學生關聯(lián)內(nèi)化學科內(nèi)容，達成學習進階提供幫助。《開發(fā)標準》則將內(nèi)容橫向劃分，在不同學段學習不同模塊內(nèi)容，以便于教師把握教學目標，并開展跨學科主題學習。

從評價建議來看，《素養(yǎng)框架》以“基礎知識、學習能力、探究能力、問題解決、團隊合作、情感價值觀等多種能力”作為評價內(nèi)容，從過程視角提出了在“新知學習”“自主探究”“合作交流”和“學習效果”學習活動中的評價內(nèi)容?！堕_發(fā)標準》則從縱向角度描述了學生在不同學段的關鍵特征，為劃分評價維度和開展測評提供了思路。值得關注的是，兩份文件中的評價建議均未明確指向其培養(yǎng)目標，《開發(fā)標準》中雖提出“課程評價以科學工程基本素養(yǎng)為發(fā)展導向，以基礎關鍵能力提升為目標”，但也缺少在核心素養(yǎng)層面的具體劃分和描述。

總體而言，《素養(yǎng)框架》和《開發(fā)標準》為中小學人工智能課程設計提供了頂層設計，為定位課程目標、界定課程內(nèi)容和構建評價體系

提供了切實思路：①目標是課程育人價值的集中體現(xiàn)，需要立足總體定位，面向核心素養(yǎng)構建培養(yǎng)目標，對人工智能課程在中小學不同階段的目標進行細化。②課程內(nèi)容設計應橫縱結合、結構明確，橫向設計凸顯人工智能跨學科性質(zhì)，縱向設計滿足各學段學生學習進階需要。③課程評價應向素養(yǎng)評價轉向，對其學習效果的評價應當是證據(jù)導向的素養(yǎng)評價，而不是結果導向的知識測試。[4]

●中小學人工智能課程設計模型構建

本研究借鑒了《素養(yǎng)框架》和《開發(fā)標準》的設計建議，結合課程實施問題分析，構建了面向核心素養(yǎng)的中小學人工智能課程設計模型（如圖1）。該模型由三層構成，底層描述了課程總體定位和核心素養(yǎng)目標，中間層以螺旋上升結構呈現(xiàn)了課程內(nèi)容體系，頂層為基于證據(jù)的多元評價。

圖1 中小學人工智能課程設計模型

1.面向核心素養(yǎng)制訂課程目標

明確課程目標定位，是在解決“為何學”的問題，它是整個課程設計的準則。筆者將培養(yǎng)目標細化為人工智能意識、技術應用能力、實踐創(chuàng)新思維和智能社會責任，進一步從感知、認識、體驗、應用和創(chuàng)新創(chuàng)造五個層面設置課程目標（如圖2）。

圖2 中小學人工智能課程目標框架

人工智能意識是指對人工智能概念、特征和原理的正確認識，對人工智能技術應用的敏感性，對人工智能與人類智能異同的鑒別力，并認識到人工智能對人們生活帶來的重要影響和對社會發(fā)展存在的巨大潛力。技術應用能力是指對人工智能技術實現(xiàn)方式的理解和掌握，通過體驗人工智能典型應用，學會靈活運用人工智能技術解決問題，合作探究，運用設計思維制作具有實用性的主題項目作品或方案。實踐創(chuàng)新思維是指通過人工智能平臺資源和工具，利用算法進行實際問題解決和創(chuàng)新活動實踐，形成對人工智能技術從容使用和綜合應用的能力，并能夠將工程思維和創(chuàng)新思維融入人機協(xié)同工作中。智能社會責任包括認識人工智能帶來的倫理和安全挑戰(zhàn)，學會保護個人數(shù)據(jù)和隱私安全，遵守人工智能技術應用相關法律法規(guī)，維護國家安全，形成人工智能技術安全和責任意識，自覺維護人工智能與人類社會的和諧發(fā)展。

培養(yǎng)目標貫穿整個課程體系，在各學段中有分層次的水平要求。感知層屬于課程準備階段，要求學生認識人工智能技術，能識別人工智能技術應用。認識層屬于起步階段，要求學生對人工智能基礎知識進行表示，描述出人工智能的特征和未來發(fā)展的方向。體驗層要求學生進行知識推理，通過典型的人工智能技術應用場景，理解人工智能解決問題的過程和方法。應用層要求學生進行知識應用，借助人工智能平臺和工具，合作探究完成主題項目實踐活動。創(chuàng)新創(chuàng)造層要求學生通過項目設計和實踐，創(chuàng)造性地解決實際問題，認識人工智能技術可能帶來的倫理和安全挑戰(zhàn)。

2.重構課程內(nèi)容滿足學習進階

由于人工智能學科具有綜合性強和實踐性強的特點，而中小學生的認知水平又存在差異，所以人工智能課程在內(nèi)容選擇上應滿足基礎性、生活化的原則，在內(nèi)容組織上應滿足系統(tǒng)性、螺旋式的原則。課程內(nèi)容要面向全體學生，應包括應具備的正確價值觀、必備品格和關鍵能力，也要兼顧知識技能和學科思維。

考慮到小學和初中各學段學生都是初次接觸人工智能課程、小學低段學生認知水平和動手能力較弱的現(xiàn)實情況，同時為銜接高中信息技術課程中人工智能選修課的內(nèi)容，筆者將課程內(nèi)容設計涵蓋三年級至九年級，分啟蒙、入門、基礎和進階四個階段進行，各個年級可以依據(jù)學生先前學習經(jīng)驗選擇適合的階段開展學習，并以感知、認識、體驗、應用和創(chuàng)新創(chuàng)造五個層次目標結構內(nèi)容，具體安排如下頁圖3所示。

圖3 中小學人工智能課程內(nèi)容進階矩陣

（1）啟蒙階段：感知人工智能

啟蒙階段包括“認識身邊的人工智能”模塊，重在讓學生感知人工智能，通過感受人工智能在各個領域中的場景應用，感受人工智能技術支持的人機交互新方式。在人工智能意識方面，了解語音助手、人臉解鎖、車牌識別等人工智能產(chǎn)品和服務，初步認識人機協(xié)同的簡單實現(xiàn)方式。在技術應用能力方面，學會識別生活中的人工智能應用，描述其運用的人工智能技術并進行分類，能說出機器人和人工智能的區(qū)別，感受不同領域中的人工智能應用。在實踐創(chuàng)新思維方面，了解機器學習的簡單過程，初步認識排序和機器分類的智能思維，知道順序、循環(huán)的程序結構。在智能社會責任方面，結合典型的應用情境，認識到人工智能能夠勝任人類難以完成或者效率不高的工作，從技術的價值體現(xiàn)角度認識人工智能對人們生活帶來的變化。感知人工智能的目的在于引起學生興趣，使其能夠自主觀察發(fā)現(xiàn)生活中的人工智能技術并對其實現(xiàn)方式具有一定的理解，為之后深入學習人工智能技術的實現(xiàn)方式奠定基礎。

（2）入門階段：認識和體驗人工智能

入門階段包括“工程搭建”和“創(chuàng)意編程”模塊，重在讓學生認識和體驗人工智能，本模塊學生需要掌握人工智能技術的簡單實現(xiàn)方式，在已有人工智能技術應用的基礎上進行模仿和制作。在人工智能意識方面，在搭建中形成對工程結構的初步認識，在圖形化編程軟件中體驗翻譯、文字朗讀、語音識別、獲取天氣、AI圖像識別和機器學習（ML5）等人工智能服務和功能模塊。在技術應用能力方面，學習順序、循環(huán)和分支結構，培養(yǎng)學生用計算機的方式解決問題的能力。通過搭建過程步驟的分解，對積木模塊進行分類、排序和編碼，完成穩(wěn)定的搭建以解決問題。在實踐創(chuàng)新思維方面，在圖形化編程平臺中完成基于場景的編程創(chuàng)意設計，在搭建機器人、小車等項目的過程中探究如何穩(wěn)定且實現(xiàn)一定功能，在模仿和創(chuàng)造中培養(yǎng)其工程思維和創(chuàng)新思維。在智能社會責任方面，從智能音箱、智能垃圾桶、無障礙停車場等典型應用場景中體會人工智能給人們生活帶來的便利，了解人工智能帶來的巨大價值和潛在問題。認識和體驗人工智能的目的在于讓學生理解人工智能技術便利人們生活、提高工作和學習效率的原因，能夠合理使用人工智能技術。

（3）基礎階段：人工智能技術應用

基礎階段包括“智能控制”和“人機交互”模塊，重在讓學生應用人工智能技術，本模塊要求學生能夠模擬人工智能已有的場景應用，解決生活中的實際問題。在人工智能意識方面，結合典型場景認識人工智能在教育、醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、經(jīng)濟等領域中的應用，知道“無人駕駛”技術的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢。在技術應用能力方面，體驗人工智能模塊的人臉識別、物體追蹤、物體識別、巡線追蹤、顏色識別和標簽識別技術，在復雜場景地圖中完成巡線、避障和圖像偵測控制小車搬運貨物等任務，學會人機協(xié)同解決復雜的現(xiàn)實問題。在實踐創(chuàng)新思維方面，學生模仿已有的人工智能應用，結合生活中發(fā)現(xiàn)的問題和現(xiàn)實需求，針對性地進行改進和創(chuàng)新，培養(yǎng)學生的設計思維和創(chuàng)新思維。在智能社會責任方面，理解人工智能技術的優(yōu)勢，同時認識到人臉識別、無人駕駛等技術發(fā)展存在的潛在威脅，學會在人工智能技術應用中保護個人安全隱私。人工智能技術應用的目的在于培養(yǎng)學生運用人工智能技術解決生活中的實際問題的能力，通過多種方式智能化控制軟硬件，實現(xiàn)人機交互，是從模仿學習到自主創(chuàng)作的重要過渡階段，重在實踐。

（4）進階階段：人工智能創(chuàng)新創(chuàng)造

進階階段包括“設計未來智能產(chǎn)品”和“暢想未來智慧社會”模塊，重在讓學生嘗試用人工智能進行創(chuàng)新創(chuàng)造。這一階段為銜接高中信息技術課程中人工智能內(nèi)容，將前幾階段的知識遷移應用，關聯(lián)內(nèi)化。在人工智能意識方面，掌握人工智能的核心概念、典型特征，了解人工智能的發(fā)展歷程，形成對未來人工智能可能發(fā)展方向的認識。在技術應用能力方面，體驗手寫識別、機器學習、自然語言處理等人工智能技術，認識智能推薦及其原理，了解算法、大數(shù)據(jù)和算力，學會選擇合適的人工智能技術，綜合應用解決問題。在實踐創(chuàng)新思維方面，基于已有的關于人工智能技術的知識和技能，運用設計思維的方法，嘗試合作設計一款人工智能產(chǎn)品，進一步提升學生的創(chuàng)新素養(yǎng)。在智能社會責任方面，知道人工智能發(fā)展應遵循的倫理規(guī)范，引導學生對未來智能社會進行暢想，反思人工智能技術的快速發(fā)展和巨大潛力可能對社會帶來的積極與消極影響，并開展辯論商討應對的策略。該階段作為初中階段人工智能學習的總結，需要將之前學習的內(nèi)容鞏固深化，因此要求學生全面理解人工智能技術應用現(xiàn)狀，做出創(chuàng)新設計，提出有實用價值的設計方案或作品。

3.收集評估證據(jù)開展多元評價

收集評估證據(jù)開展多元評價，是將學生學習表現(xiàn)外顯表征為人工智能意識、技術應用能力、實踐創(chuàng)新思維和智能社會責任方面的素養(yǎng)達成，是開展課程評價的關鍵。

開展基于證據(jù)的多元評價需要從兩方面入手：一是將學習過程中的各種證據(jù)收集記錄，反饋學生的學習結果，反思改進教學。教師需要預先確定能夠促進學生素養(yǎng)發(fā)展的評價標準、評估證據(jù)以及資料的收集方式。評估證據(jù)如設計方案、產(chǎn)品草圖、設計流程圖、問題解決記錄表、過程視頻等；資料收集可以填寫紙質(zhì)記錄表，提交圖片、錄音和視頻材料，或者自動收集數(shù)字教材等數(shù)字學習系統(tǒng)中的交互數(shù)據(jù)和學習日志。二是學生在真實情境中解決問題的過程需要一系列證據(jù)的支撐，在項目制作、科學探究的過程中，學生需要運用設計思維、工程思維、計算思維去分析、判斷和推理，在這一動態(tài)連續(xù)的過程中獲得素養(yǎng)層面的提升。

●結語

當前，多數(shù)人工智能課程未能形成體系，未能實現(xiàn)普惠以滿足全學段的學習進階需求。厘清面向核心素養(yǎng)的課程目標、明確課程內(nèi)容的邏輯關系、豐富評價方式和工具將是后續(xù)實踐的關鍵。