隨著人工智能對社會各個領域產(chǎn)生重要影響，各國積極推進中小學階段人工智能教育與人才培養(yǎng)。

2017 年，國務院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出在中小學階段設置人工智能相關課程 [1]。隨后，教育部在 2017 年新修訂的《普通高中信息技術課程標準》中，以選擇性必修的形式設置了“人工智能初步”模塊，強調學生應了解人工智能的發(fā)展歷程及概念，能描述典型人工智能算法的實現(xiàn)過程，設計與實現(xiàn)簡單智能系統(tǒng)，從而增強利用智能技術服務人類發(fā)展的責任感等。

2019 年初，教育部啟動了義務教育課程修訂工作，進一步在初中和小學階段將人工智能教育內(nèi)容納入《信息科技》課程中。在此戰(zhàn)略布局的推動下，我國中小學人工智能教育發(fā)展進入快車道，各省市區(qū)和各級各類學校積極開展人工智能課程。以深圳市為例，市教育局遴選一批人工智能教育試點學校，探索形成政府與行業(yè)協(xié)同促進中小學人工智能教育發(fā)展的機制。在學校層面，中國人民大學附屬中學組建了不同專業(yè)背景的專職教師，形成了縱向分層次、橫向跨學科的人工智能課程體系，涵蓋機器人、數(shù)據(jù)挖掘、計算機視覺、無人駕駛等 20 余門課程。

2018 年 5 月，美國相關行業(yè)組織與其計算機科學教師協(xié)會聯(lián)合成立工作組，啟動美國 K-12 人工智能教育行動[2]。該行動的主要任務是為美國中小學人工智能教育確立指導方針，開發(fā)各類人工智能教學資源并建立開放型開發(fā)社區(qū)。

2019 年 8 月，美國國家科學基金會下屬的計算社區(qū)聯(lián)盟發(fā)布《未來 20 年美國人工智能研究路線圖》，提出基于國家人工智能基礎設施重構人工智能勞動力，重點建設各級人工智能課程并向中小學教師提供培訓，通過市場化運營和激勵等措施支持中小學教師開展人工智能課程[3]。近年來，聯(lián)合國教科文組織也致力于支持會員國利用人工智能技術以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展目標，即確保包容和公平的優(yōu)質教育，讓全民終身享有學習機會[4]。為此，聯(lián)合國教科文組織建立了“人工智能與未來學習”等項目，發(fā)布了利用人工智能技術實現(xiàn) 2030 年教育議程的重要文件《北京共識—人工智能與教育》。該文件涉及智能時代的教育政策規(guī)劃、教育管理和供給、教學教師、學習評價、監(jiān)測評估等多方面。該組織同期還發(fā)布了《人工智能與教育：政策制定者指南》，為教育領域決策者提供了具體可行的政策建議。

雖然世界各國與相關國際組織都在積極倡導中小學人工智能教育，但是當前中小學人工智能教育也面臨著諸多困難和挑戰(zhàn)[5]。首先，在中小學階段，人工智能課程定位仍然較為模糊。由于人工智能學科涉及計算機科學、數(shù)學、神經(jīng)科學等多個領域，并且本身處于快速發(fā)展階段，中小學教育管理者與教師普遍缺乏對人工智能學科的清晰認識，也容易將其與編程教育、創(chuàng)客教育和機器人教育等混淆。

其次，當前中小學人工智能教育易陷入太過注重理論或太過注重實踐的兩個極端。有些課堂教學照搬人工智能學科中較為深奧和復雜的理論模型，這些內(nèi)容對學生的邏輯和數(shù)理能力均有較高要求，普通學生很難有深入的認知和全面的理解；有些課堂教學則只片面強調對人工智能應用的簡單體驗和實踐，學生對人工智能概念和原理的學習往往停留在淺層認知階段。

另外，人工智能課程目前多以“校本課程”的形式開設，課程體系的龐雜造成了教材和資源的良莠不齊。

總之，當前中小學人工智能教育領域的機遇與挑戰(zhàn)并存，其實施方式和發(fā)展方向也需進一步明確。

針對中小學人工智能教育面臨的機遇與挑戰(zhàn)，我們提出其實施的基本途徑。如圖 1 所示，中小學人工智能教育的核心是培養(yǎng)學生的人工智能素養(yǎng)，使學生能夠具備適應未來智能型社會的基本能力。在此基礎上，確定課程設計的基本原則，以構建智能系統(tǒng)或智能機器解決實際問題為導向，幫助教師設計合理的課堂教學內(nèi)容。最終，通過高校專家與企業(yè)聯(lián)合研發(fā)的方式，開展多種形式的高質量課程資源建設。

2.1 人工智能素養(yǎng)

中小學階段的人工智能素養(yǎng)是當前學術界討論的熱點。美國麻省理工學院教授Cynthia Breazeal 認為，人工智能素養(yǎng)應該包括計算思維、人工智能核心概念和設計思維。其中計算思維包括算法、分解、模式識別和抽象；人工智能核心概念包括感知、表示與推理、機器學習、人機交互和社會影響；設計思維包括同理心、定義問題、構思概念、設計原型和測試驗證。中央電化教育館提出的《中小學人工智能技術與工程素養(yǎng)框架》指出，人工智能素養(yǎng)應包括人工智能與人類、人工智能與社會、人工智能技術、人工智能系統(tǒng)設計與開發(fā)，并需要依據(jù)“理解人工智能技術原理、制定解決人工智能問題的方案并實現(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)。

在中小學階段，人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)也不必依賴獨立學科進行，可以同其他學科主題和待解決問題進行結合。人工智能素養(yǎng)同時也可以作為一種媒介，讓不同教育背景和技術水平的教師都有自信和動力把人工智能知識帶到其課堂上。另外，也要注重對計算思維和系統(tǒng)思維的培養(yǎng)，使學生能夠辯證地看待人工智能技術帶來的影響，同步形成科學合理的人工智能倫理與道德觀念。

2.2 人工智能課程設計原則

以培養(yǎng)學生的人工智能素養(yǎng)為導向，中小學人工智能課程的設計也應遵循一些基本原則。課程設計可以總體上依據(jù) 4P（Projects, Passions, Peers and Play）原則[6]。

在項目（Projects）維度，可以積極探索新想法與新項目原型，通過想象—創(chuàng)造—游戲—分享—反思—再想象形成“創(chuàng)意螺旋”，以迭代改進的方式設計學習效果最佳的項目。

在熱情（Passions）維度，培養(yǎng)學生對項目的熱情和興趣，鼓勵其投入更長的時間和努力，積極面對項目中的困難并堅持完成。

在同伴（Peers）維度，強調學習的社會屬性，學習伙伴通過共同關心的項目建立合作并分享想法，強調同伴互動是此過程中的核心要素。

在游戲（Play）維度，學習活動可以包含游戲化元素，通過嘗試新事物、補充新材料并探索思維邊界，在游戲化學習中對項目成果進行迭代改進。

在 4P 原則的基礎上，中小學人工智能課程的設計可以分為四步，即介紹人工智能概念、體驗人工智能技術、討論人工智能影響、完成人工智能項目。

具體而言，第一步介紹人工智能概念，應以一種適合該學段和學生年齡的方式，講授人工智能基本概念、算法與工作機制。比如通過簡單易懂的解釋和游戲向學生闡釋算法是如何工作的。

第二步體驗人工智能技術，則主要通過同現(xiàn)實世界的實例交互以深化對人工智能概念的理解。體驗方式可以主要分為黑箱演示和白箱演示，黑箱演示展示了人工智能的某些特殊能力，讓學生體驗人工智能是什么，以及人工智能可以做什么。對于學生而言，黑箱演示通常更具吸引力但無法展示其內(nèi)部工作原理。白箱演示可以展示人工智能內(nèi)部工作原理和部分細節(jié)，比如數(shù)據(jù)處理的過程與使用的算法等。然而使用白箱演示時，學習任務的設計需要更為簡單。

第三步討論人工智能影響，應引導學生思考和討論人工智能應用對社會帶來的正面與負面影響，以及如何去增進正向影響同時減少負面影響。

第四步完成人工智能項目，教師需要提供必要的工具包和技術支持，以實際生活中的問題作為驅動，引導學生在實踐中完成人工智能項目，并及時開展項目評價與總結。

2.3 人工智能課程資源建設

基于人工智能課程設計的基本原則，一系列的中小學人工智能課程資源也在持續(xù)建設中。這些課程資源的內(nèi)容選擇和活動設計貼近學生日常生活，相關實踐環(huán)節(jié)往往只需計算機和瀏覽器就可輕松實現(xiàn)。

美 國 麻 省 理 工 學 院 RAISE（Responsible AI for Social Empowerment and Education）項目，基于跨學科、迭代、循證的研發(fā)過程，為學生在課堂與課后學習人工智能提供了大量開放的學習模塊和單元[7]。

按照學段，課程資源分為幼兒園至二年級、三至五年級、六至八年級，以及九至十二年級四個階段。如圖 2 所示，這些由麻省理工學院及其合作團隊設計的人工智能素養(yǎng)資源模塊，在知識共享許可協(xié)議下向普通學習者免費開放。資源模塊分別面向教師和學 生，涵 蓋 了 課 程 資 源、演 示 系統(tǒng)與視頻、線上教師培訓課程、商業(yè)或開源軟件等。此外美國人工 智 能 促 進 協(xié) 會（Associationfor Advancement of ArtificialIntelligence，AAAI）與 人 工 智能 教 育 發(fā) 展 論 壇（Symposiumon Educational Advances in Artificial Intelligence，EAAI）也組織和實施了“模范人工智能作業(yè)”項目[8]，每年均會評審并發(fā)布中小學人工智能教育的最佳作業(yè)設計。經(jīng)過十多年的積累，已經(jīng)逐漸形成了由同行評審、最大且免費開放的人工智能作業(yè)檔案館。

在國內(nèi)，北京師范大學也與騰訊等項目團隊依托教育部產(chǎn)學合作協(xié)同育人等項目，持續(xù)研發(fā)針對不同學段的系列中小學人工智能課程資源[9]。系列課程面向小學、初中和高中不同學段：小學課程以直觀和形象為基本設計理念，通過體驗和簡單交互使學生建立對人工智能基本概念的初步理解；初中課程適用于具有編程基礎的學生，體驗人工智能模型的基本原理和搭建過程；高中課程逐步引入算法基本思想，學生可以通過模型調參等實踐環(huán)節(jié)深入了解人工智能技術。如圖 3 所示，系列課程實踐部分在騰訊扣叮平臺免費向全國中小學教師與學生開放使用。

基于現(xiàn)階段中小學人工智能教育的現(xiàn)狀以及其具體實施途徑，我們提出以下幾點發(fā)展建議。

3.1 人工智能教育基礎研究有待進一步加強

如何在基礎教育階段培養(yǎng)人工智能人才，仍然是當前教育領域與人工智能領域需要深入研究和探索的重要問題。中小學階段的人工智能教育，一方面應該讓學生掌握人工智能學科中的重要原理和思想，接觸本領域最新成果，但同時也不能急于將深奧難懂的最新算法和模型搬進課堂，陷入盲目“求新”的誤區(qū)中。同時，需要有針對性地研究每個學段學生在人工智能學科中的認知能力和認知規(guī)律，從而更好地規(guī)劃教學內(nèi)容和目標。另外，不同學段人工智能課程內(nèi)容之間應強調橫向聯(lián)系，其教學目標要有明顯的區(qū)分和承接，使學生的人工智能素養(yǎng)能夠持續(xù)提高。

3.2 加強高質量人工智能課程資源建設

與國外相比，我國中小學人工智能課程資源建設尚沒有形成行業(yè)專家、教研人員和資源開發(fā)者的緊密合作。由于高質量中小學人工智能課程資源對建設者的專業(yè)性有較高要求，應探索多方合作的科學研發(fā)模式。例如，教研人員和平臺開發(fā)者應該在資源建設中發(fā)揮各自優(yōu)勢，建立多元參與、共建共享的人工智能課程建設模式。人工智能課程資源免費向已開設或有意開設人工智能課程的一線教師提供，同時確保實踐平臺的長期穩(wěn)定與易于實施。另外，鼓勵資源建設采用迭代改進模式，將最初設計的課程資源在課堂中反復檢測效果，根據(jù)一線反饋持續(xù)改進，最終形成個性化的優(yōu)質課程資源。

3.3 持續(xù)向一線教師提供支持

由于人工智能屬于新興學科，目前中小學信息技術或其他相關學科的教師，普遍沒有人工智能學科的教育背景，缺少系統(tǒng)和完整講授人工智能課程的知識儲備和必要能力。因此，需要鼓勵高等院校，特別是師范類院校，積極培養(yǎng)相關師范人才，制定政策引導優(yōu)秀畢業(yè)生進入基礎教育領域從教。更重要地是，需要鼓勵高校、行業(yè)協(xié)會、企業(yè)等多方參與人工智能課程教師在職師資培養(yǎng)，鼓勵在有條件的地區(qū)和學校，開展人工智能示范課程建設與線上線下多種形式的教研活動，從而提高教師隊伍的專業(yè)素養(yǎng)和教學能力。

來源丨《人工智能》

作者丨盧宇 宋佳宸