中小学人工智能课程建设的价值定位、现实挑战与实践进路
作者： 王毅 李月摘 要
人工智能正在深刻改变着物质生产体系、社会关系和社会行为。为抢占人才培养高地、培育创新型人才、提高学生智能素养，加强建设中小学人工智能课程具有重要的现实意义。当前中小学人工智能课程面临课程标准尚未编制、教材质量参差不齐、专业师资队伍缺乏、搭建实验环境艰难等现实挑战，制约着课程发展。通过制定人工智能课程标准、建设人工智能教材、培育人工智能专业师资队伍、科学配置实验设备，深入推进中小学人工智能课程建设。
关键词
课程建设;人工智能课程;中小学
中图分类号 G633.67 文献标识码A 文章编号1005-4634（2022）02-0080-07
1 问题的提出
2017年7月国务院印发的《新一代人工智能发展规划》（国发〔2017〕35号）提出：要在中小学阶段开设人工智能相关课程，逐步实现全民智能教育[1]。2019年5月在国际人工智能与教育大会上，陈宝生再次明确要积极开设人工智能课程。人工智能教育在我国已经上升为国家战略，开设中小学人工智能课程受到教育界普遍关注。2018年人大附中结合STEAM课程，建立人工智能校本课程体系[2]。2019年9月厦门市教育局发出关于开展义务教育阶段学校人工智能教育试点工作的通知，要求开足开齐科学、信息技术和综合实践活动等课程，结合这些课程普及人工智能知识，引领全市探索开发人工智能校本课程[3]。北京市部分中小学开设人工智能课程，教学的内容与方法丰富多元[4]。山东、深圳、广州等多省市中小学也开始积极开展人工智能教育试点工作。当前我国人工智能课程主要依托于信息技术课程、STEM课程、创客课程等。在各地积极探索人工智能课程开设路径的过程中，理性审视中小学人工智能课程建设显得尤为重要。
学界关于中小学人工智能课程相关研究成果已现雏形，但针对课程整体建设的研究付之阙如。有学者根据学生年龄特点与学校教育学段特征有序规划中小学人工智能课程的内容，研究中小学人工智能课程的搭建。如王本陆等人认为人工智能课程应致力于培养中小学生的“创造力、人文素养和计算思维”等核心素养，对基础体验、兴趣培养、自主探索、专业学习等层级由浅入深地规划课程内容[5]。谢忠新等针对小、初、高学生的认知发展规律，对人工智能课程内容设计做出了详细的思考[6]。也有学者专门分析市面上的人工智能教材，如赵慧臣等筛选出6本市面上较受欢迎的高中人工智能教材，从编写背景、教材目标、内容框架、活动环节、学习评价等方面分析高中人工智能教材的特征，并反思这些教材存在的不足[7]。周邵锦等通过分析部分K-12人工智能教材，提出综合教材目标定位，从而促进K-12人工智能教育系统科学开展[8]。另有学者从课程体系层面审视中小学人工智能教育，如马涛等研究海淀区中小学人工智能教育发展路径，主张注重人工智能的核心内容，探索具有地方特色的课程体系[9]。还有学者对中小学人工智能课程建设作初探性研究，如刘俊波等基于“装备课程化”理念，对中小学人工智能课程的定位、目标、内容设计、建设理念和实施保障措施进行了分析和阐述[10]。学界相关研究为中小学人工智能课程定位、内容与实施、教材编制等影响因素提供了借鉴思路。但从课程建设视角看，多数研究忽视了“实然”和“应然”层面的关注，完整性呈现不足。
中小学人工智能课程主要是指在人工智能教育范畴下基础教育阶段各级各类学校为培养适应智能时代的创新型人才而开设的相关课程[11]。但目前国家层面中小学人工智能课程标准尚未正式发布，在实践中，高中人工智能课程依据《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》作为选择性必修课程开设，目标是让学生初步了解人工智能的含义以及发展历史、学习人工智能算法和动手搭建智能应用模块等，培养使用智能技术服务人类社会的意识[12]。小学、初中人工智能课程则参照高中培养目标，选择课程内容、编制教材和搭建实验环境。中小学人工智能课程如何进行价值定位、存在哪些现实挑战、应该从哪些方面着力推动课程建设等仍需进一步厘清。
鉴于此，本研究以中小学人工智能课程建设的时代诉求、根本追求和必然要求三个层面为落脚点，深入探讨我国中小学人工智能课程建设的价值定位和现实挑战，反思如何让人工智能教材融入新知识、新技术，如何让人工智能课堂传递新理念、新想法，从而促进人工智能普及教育发展，为我国源源不断输送人工智能高层次人才积攒力量。
2 中小学人工智能课程建设的价值定位
近年来，在党中央、国务院关于人工智能的各项政策引导下，人工智能教育事业发展受到全社会的普遍关注。高等院校纷纷开设人工智能专业，中小学积极引进各种人工智能教育项目，开发人工智能课程与教材。中小学阶段是学习兴趣、价值观养成的黄金时期，提升青少年对人工智能时代的适应能力，加深青少年对人工智能现状的认识和技术原理的理解，激发其对人工智能的兴趣，培养人工智能素养，既是培育创新型人才的重要手段，更是国家经济社会发展的客观需要。因此，中小学人工智能课程建设是我国基础教育改革与发展顺应时代的必然需要。明确中小学人工智能课程建设的价值定位是建设中小学人工智能课程的重要前提。
2.1 抢占人才培养高地∶中小学人工智能课程建设的时代诉求
人工智能作为第四次工业革命的主导，是当今社会产业变革的增长引擎。越来越多的国家通过提高人工智能应用水平来增强综合国力。发达国家把人工智能作为提高国际竞争力和维护国家安全的战略手段。我国必须认真审视这一历史挑战，填补我国人工智能人才的巨大缺口，解决人才困局，引领未来民族复兴与发展。
中小学人工智能课程建设有助于支持和培养人工智能基础人才。教育部于2019年4月2日印发《高等学校人工智能创新行动计划》，提出“构建人工智能多层次教育体系，在中小学阶段引入人工智能普及教育”，以培养面向未来的人工智能人才为目标，用“课程”的形式，逐步落实人工智能教育项目。加强中小学人工智能课程建设，认识人工智能人才的特质和成长规律，与高校做好高尖端人工智能人才培养的精准对接，才能整体推进我国人工智能领军人才和复合型人才的培育进程，抢占人才培养制高点、积蓄后生力量。
2.2 培养创新型人才∶中小学人工智能课程建设的根本追求
创新型人才的培养是各级各类学校的重要任务，中小学人工智能课程是基础教育探索实现创新型人才培养的重要通道。以“立德树人”为课程价值取向，将人工智能课程纳入中小学课程体系，对构建体系化的人工智能创新人才机制和生态具有重要意义。
人工智能将会给未来生活带来巨大变化，许多工作将会被替代，教师只有学习人工智能理论、方法与技术，体验人工智能发展及其应用，学会使用智能技术辅助各学科学习，感悟创新方法带来的全新学习体验，引导学生主动思考、解决问题，激发学生创造性思维，才能从容不迫地迎接智能化社会的挑战，发展成为能够创造性应用和改进技术的新型人才，为经济社会发展赋能。
2.3 提高学生智能素养∶中小学人工智能课程建设的必然要求
置身人工智能时代，人们的生存和发展都需要符合这个时代的特征，具备适应这个时代的相应素养，人工智能时代呼唤学生的智能素养[13]。2019年5月16日，教育部部长陈宝生在国际人工智能与教育大会上指出：要培养学生对人工智能的兴趣，提升学生的人工智能素养[14]。何谓人工智能素养？对此，不妨从核心素养视域入手，以人工智能学科核心素养为“中间桥梁”，对中小学生应当具备的智能素养予以探讨。学生发展核心素养，是指学生应具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力[13]。反映的是社会需求以及人们对于“教育培养什么样的人”问题的阐述[15]。从核心素养的结构框架来看，它是知识、能力、情感态度价值观的多位复合体。那么，在学生核心素养视域下智能素养也应是多维复合的结构体。有学者通过对比信息技术学科核心素养，从人与工具、人与自己、人与社会三方面分析中小学人工智能学科核心素养的内涵，为解释中小学人工智能课程培养目标提供思路和方向，更给予讨论智能素养的内涵以启示。本研究尝试从这三个方面总结出智能素养的内涵：以认识和理解人工智能知识为基础，认识人工智能对社会的冲击，树立起人机共生的意识;主动学习人工智能知识和应用的智能能力，培养创新思维能力;悦纳人工智能，合理使用人工智能，遵守社会伦理道德的智能伦理能力。
智能素养的提出为人的培养提供了指向性发展目标，帮助学生成长为更好地参与智能时代社会领域和具备核心社会竞争力的人才。中小学人工智能课程重点培养学生的智能素养，立体渗透人工智能知识、技术、能力和素养，让学生适应智能社会需要，成为合格公民。所以中小学人工智能课程建设只有提高基础教育阶段学生的人工智能素养，才能为巩固和发展我国人工智能教育事业奠定坚实的社会基础。
3 中小学人工智能课程建设的现实挑战
2003年《普通高中技术课程方案（实验）》就将“人工智能”初步列为选修模块。但由于当时现实教学条件落后、严重缺乏师资、教学评价体系不完善以及高考指挥棒的作用等，高中人工智能课程形同虚设。2018年4月18日《教育信息化2.0行动计划》提出：“完善课程方案和课程标准，充实适应信息时代、智能时代发展所需要的人工智能和编程课程内容。”[16]表明国家已经对人工智能课程进入中小学有了明确要求。各地中小学相继开设人工智能课程，其课程内容、课程载体、教学形式、学习成果多种多样，但课程建设仍处于探索阶段，面临诸多现实挑战。
3.1 中小学人工智能课程标准尚未制定
在中小学人工智能课程建设过程中，课程标准的制定是一个必要且关键的环节，是一个无法回避的问题。《普通高中信息技术课程标准（2017版）》规定普通高中信息技术课程是一门全面提高学生信息技术知识与技能，树立正确的信息社会价值观和责任感，培养计算思维和数字化学习能力的基础课程[17]。其课程目标在于全面提高高中生信息素养，使其成为数字化合格公民。虽然经过调整、完善、优化的信息技术课程作为人工智能课程的主要部分，被广大一线教师和教研人员所认同[13]，但这显然和人工智能时代“人”的素养发展与演变不再吻合。进入智能社会，面对从宏观到微观的智能化社会需求，培养具有计算思维和编程能力的创新型人才将是人工智能课程最重要的课程目标。
人工智能课程标准中培养目标是人们关注的焦点，各学段课程目标如何制定，才能充分体现人工智能课程科学育人的价值，当下亟需进一步探索和讨论。中小学学生应当具备哪些人工智能知识与掌握哪些技术能力都取决于人工智能学科核心素养标准。人工智能技术已经发展到一个新的水平，迫切需要了解我国中小学生已经掌握的人工智能知识和能力与应该具备的知识和能力的差距，建立相应的知识目标和能力目标。不仅要了解和学会应用物化的智能技术，还应重点关注创造性思维能力的提升，全面提高学生智能素养。
目前小学、初中、高中各学段课程内容尚未衔接，人工智能课程未形成完整的内容体系。人工智能课程大多作为选修模块或是拓展部分，加上开设课时受限，出现人工智能知识内容碎片化、高开低走、学段课程内容设计与学龄学生知识储备不符等问题。例如，机器学习是人工智能的核心技术之一，但机器学习需要理解其中的算法知识，而对缺乏一定算法知识储备的学生来讲存在较大的学习困难。
教学评价是人工智能课程教学的关键环节，具有促进教与学的导向作用。人工智能课程内容类别多，学习方式也多样化，单一的评价方式很难诊断学习过程中的问题、反映学生整体的学习效果。人工智能课程不再适合程式化、应试化的教学方式，单纯地讲知识、讲概念，是对创新思维能力培养的背离。“穿新鞋，走老路”的评价方式，会严重影响和制约人工智能课程建设和新时代人才培养的需求。
3.2 中小学人工智能教材质量参差不齐
中小学人工智能教材是教师教学的主要依据，也是学生获取人工智能知识的重要来源。作为人工智能课程的载体，教材质量水平直接影响人工智能课程建设进程。
2018年以来人工智能教材已经全面覆盖K-12学段。2019年年初，教育部审核通过多套高中阶段人工智能课程的教材。教学对象上，有的教材面向全学段，有的只针对初中或高中某一学段。例如：2018年7月华中师范大学出版社和商务印书馆共同研发的《人工智能基础（高中版）》开始进入高中课堂;2019年3月《K12人工智能教育》系列丛书在四川省正式发布;2019年5月，西北师范大学郭少青教授团队为解决初中教师想教无教材的难题，携手科大讯飞编写《人工智能（初中版）》教材[10]。在内容上，幼儿园和小学阶段的教材注重案例教学，将内容和概念形象呈现，注重生活中人工智能的体验化;初中教材重视编程教学，尝试以编程为纽带，体验和理解人工智能;高中教材重视编程与机器人教育的结合。