*來源：中國電化教育（ID：iChinaET），作者：方圓媛、黃旭光

一、問題的提出

(一)中小學(xué)階段開設(shè)人工智能教育的國家政策要求

自上世紀(jì)50年代中期人工智能(Artificial Intelligence，以下簡稱AI)概念正式提出以來，經(jīng)過60多年的發(fā)展和積淀，伴隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算和新型傳感等技術(shù)的發(fā)展，人工智能正引發(fā)可產(chǎn)生鏈?zhǔn)椒磻?yīng)的科學(xué)突破，催生一批顛覆性技術(shù)[1]，對人類社會生產(chǎn)與生活的各個方面產(chǎn)生著深刻的影響。

2017年7月，中共中央、國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》(以下簡稱“規(guī)劃”)。作為搶抓人工智能發(fā)展重大戰(zhàn)略機(jī)遇，構(gòu)筑我國人工智能發(fā)展先發(fā)優(yōu)勢的重要戰(zhàn)略部署，規(guī)劃提出了到2030年我國新一代人工智能發(fā)展的指導(dǎo)思想、戰(zhàn)略目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施。在保障措施有關(guān)要求中，規(guī)劃指出“支持開展形式多樣的人工智能科普活動”“實(shí)施全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”[2]。2018年4月，教育部印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》，在“信息素養(yǎng)全面提升行動”中要求“加強(qiáng)學(xué)生信息素養(yǎng)培育……完善課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)，充實(shí)適應(yīng)信息時代、智能時代發(fā)展需要的人工智能和編程課程內(nèi)容”[3]。

其實(shí)在以上兩個文件頒布之前，教育部于2003年4月頒布的《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》中已首次在信息技術(shù)課程中設(shè)立“人工智能初步”選修模塊[4]。在規(guī)劃發(fā)布后，2018年1月出版的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》中，則更進(jìn)一步地將人工智能的內(nèi)容更充分地融入到信息技術(shù)課程中。最新的高中信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計了“人工智能初步”(包含人工智能基礎(chǔ)、簡單智能系統(tǒng)開發(fā)、AI技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用三部分內(nèi)容)[5]作為高中課程方案選擇性必修模塊，明確制定了課程內(nèi)容和學(xué)業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，并對教學(xué)策略提出建議。

(二)中小學(xué)校開展人工智能教育的實(shí)踐探索

與形勢發(fā)展和政策要求相呼應(yīng)，國內(nèi)一些城市已有一批教師和專業(yè)人員開始了在中小學(xué)引入人工智能教育教學(xué)的實(shí)踐探索。根據(jù)推動力量的不同，這些實(shí)踐探索大致可以分為兩類，一類是中小學(xué)內(nèi)部，由學(xué)校和教師發(fā)展起來的實(shí)踐。這一類實(shí)踐又可細(xì)分為兩種。一種是在STEM或創(chuàng)客課程中引入人工智能的內(nèi)容。比如：北京第二外國語學(xué)院附屬中學(xué)將人工智能的元素和技術(shù)引入學(xué)校傳統(tǒng)的機(jī)器人課程以及機(jī)器人社團(tuán)活動中，在機(jī)器人設(shè)計、編程開發(fā)等過程中滲透人工智能知識的學(xué)習(xí)與動手實(shí)踐[6]；此外，北京景山學(xué)校和溫州中學(xué)也有教師在教學(xué)中嘗試尋找編程、機(jī)器人等人工智能技術(shù)在科學(xué)課程與綜合課程中的定位，試圖挖掘人工智能技術(shù)帶給綜合課程更大的創(chuàng)造空間[7]。另一種是開設(shè)專門的人工智能課程。中國人民大學(xué)附屬中學(xué)開發(fā)了人工智能校本課程體系，從面向全體的常規(guī)課普及教育，到部分選修的跨學(xué)科實(shí)踐應(yīng)用，再到少數(shù)的前沿探究，形成人工智能縱向金字塔分層課程體系[8]。此外，人大附中還開設(shè)了全國中等教育領(lǐng)域首個人工智能實(shí)驗(yàn)班，為實(shí)驗(yàn)班研發(fā)了“人工智能與關(guān)于心智的生物學(xué)”等研修課程[9]。北京市海淀區(qū)翠微小學(xué)、北京市十一學(xué)校[10]、華南師范大學(xué)附屬中學(xué)等也開設(shè)了人工智能內(nèi)容的相關(guān)課程。

另一類是中小學(xué)外部力量如高校、事業(yè)單位、科研院所等推動發(fā)展的實(shí)踐。比如：北京師范大學(xué)課程與教學(xué)研究院與有關(guān)單位合作，通過組建項目團(tuán)隊，研發(fā)測評系統(tǒng)及AI教學(xué)技術(shù)平臺，并在全國幾十所中小學(xué)校開展教學(xué)實(shí)踐探索[11]。中央電化教育館組織力量研發(fā)了中學(xué)(包括初中和高中)人工智能課程與配套數(shù)字資源，并在全國17個省(市、自治區(qū))組織了22所實(shí)驗(yàn)校開展課程教學(xué)的實(shí)驗(yàn)。

(三)中小學(xué)開展人工智能教育的討論和疑問

我國尚未出臺人工智能課程的國家標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有的信息技術(shù)國家課程標(biāo)準(zhǔn)僅涉及了人工智能的部分內(nèi)容。同時，各地師資水平、軟硬件環(huán)境條件差別較大，隨著實(shí)踐的開展，圍繞中小學(xué)開展人工智能教育的討論和疑問也越來越多，主要包括以下幾個方面：第一，在教育目標(biāo)上，小學(xué)、初中和高中學(xué)段人工智能教育目標(biāo)的應(yīng)然狀態(tài)是什么，是否要在小學(xué)階段引入人工智能的內(nèi)容或開設(shè)專門的課程？有人指出，從全國范圍看，“中小學(xué)對人工智能課程價值的認(rèn)識有待提高”[12]。第二，在學(xué)習(xí)內(nèi)容上，人工智能不僅有著非常專業(yè)的理論知識，還涉及數(shù)學(xué)、生物、控制論、信息學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域，并劃分為計算機(jī)視覺、自然語言處理、數(shù)據(jù)挖掘等子領(lǐng)域。如何從復(fù)雜的知識體系中抽取適合學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)容，并依據(jù)課程目標(biāo)設(shè)計不同層次的學(xué)習(xí)內(nèi)容？有研究者指出，目前存在“把人工智能課程窄化為編程語言課程”的現(xiàn)象[13]；還有人指出，中小學(xué)的人工智能教育多為編程教育和機(jī)器人教育，編程教育“多停留在指導(dǎo)學(xué)生利用程序設(shè)計語言完成具體的編程題目。機(jī)器人教育，多停留在簡單的實(shí)體安裝層次”，“教材大多屬于產(chǎn)品說明書或用戶指南類，缺少對學(xué)生思維能力培養(yǎng)的科學(xué)引導(dǎo)”[14]。第三，在課程設(shè)置的方式上，大部分人都提到了開設(shè)專門的人工智能課程，也有人通過分析國家課程標(biāo)準(zhǔn)后提出，小學(xué)階段的人工智能技術(shù)教學(xué)內(nèi)容可以安排在小學(xué)科學(xué)課程中，初中階段的人工智能課程可以在綜合實(shí)踐活動(占初中課時總數(shù)的16%—20%)課程中做出適當(dāng)安排，高中階段可安排在信息技術(shù)和通用技術(shù)課程中[15]。第四，在有關(guān)資源上，很多人都提到了缺乏專業(yè)師資和軟硬件資源。在師資方面，有人指出，“我國中小學(xué)人工智能相關(guān)內(nèi)容的教學(xué)工作以信息技術(shù)教師承擔(dān)為主……很多老師的知識理論儲備和計算機(jī)操作技能距離專業(yè)水平還有一定的差距，專業(yè)的人工智能教師比較匱乏”[16]；也有人認(rèn)為，“缺乏具有知識結(jié)構(gòu)和專業(yè)素養(yǎng)的教師來執(zhí)教……沒有接受過專業(yè)的培訓(xùn)，難以掌握課程重難點(diǎn)、教學(xué)目標(biāo)不明確，教學(xué)經(jīng)驗(yàn)缺乏”[17]。在教學(xué)資源方面，有人提出，“除部分發(fā)達(dá)地區(qū)之外，多數(shù)地區(qū)還沒有與教學(xué)相適配的實(shí)驗(yàn)室”[18]；有人認(rèn)為“很多中小學(xué)教師拿到教材后，由于沒有好的經(jīng)驗(yàn)和做法作為參照，課堂實(shí)施存在困難”[19]；還有人指出，“人工智能課程不宜采用傳統(tǒng)的‘講授’式教學(xué)，更適合應(yīng)用情境化、基于問題、基于案例的教學(xué)模式……有較好價值的中學(xué)人工智能教育案例研究的成果很有限”[20]。

盡管我國各地教育水平不一，在中小學(xué)階段開設(shè)人工智能相關(guān)課程困難重重，但部分地區(qū)已經(jīng)開始了中小學(xué)人工智能教育教學(xué)的探索。由于各地、各學(xué)校相關(guān)的軟硬件條件存在差異，課程實(shí)施的類型不同，造成質(zhì)量參差不齊，在課程目標(biāo)和內(nèi)容的制定，課程實(shí)施策略的使用和課程資源的選擇和使用等方面還處于摸索階段，亟需有價值的借鑒和參考。

二、美國K-12人工智能教育行動解讀

(一)背景、任務(wù)與進(jìn)展

在美國國家科學(xué)基金會的資助下，2018年5月，美國人工智能促進(jìn)協(xié)會(The Association for the Advancement of Artificial Intelligence，AAAI①)聯(lián)合美國計算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(Computer Science Teachers Association，CSTA②)和卡耐基梅隆大學(xué)計算機(jī)科學(xué)學(xué)院組成了聯(lián)合工作組，啟動了美國K-12人工智能教育行動(AI for K-12 Initiative，以下簡稱AI4K12)[21]。該行動有三項任務(wù)。第一是為在K-12階段開展人工智能內(nèi)容的教學(xué)制定國家指南。第二是為K-12教師開發(fā)一套精心策劃的人工智能資源目錄。第三是推動形成K-12 AI資源的開發(fā)社區(qū)。卡耐基梅隆大學(xué)教授，美國人工智能領(lǐng)域著名研究者大衛(wèi)·圖雷斯基(David Touretzky)任工作組組長。2019年7月，AAAI在費(fèi)城發(fā)布了K-12人工智能教學(xué)指南(K-12 Guidelines for Artificial Intelligence，以下簡稱指南)，設(shè)計了基礎(chǔ)教育從小學(xué)到高中開展人工智能教學(xué)的目標(biāo)與內(nèi)容。同時發(fā)布了AI教學(xué)資源目錄(AI Resource Directory)，目錄中提供了包括知識點(diǎn)講解視頻、示范軟件和教學(xué)活動等類型的資源，以為教師開展教學(xué)提供支持。由于這是第一次系統(tǒng)地研究如何在中小學(xué)引入AI教學(xué)，工作組主要在原有的K-12國家計算機(jī)科學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上開展“指南”研制工作，并進(jìn)行了細(xì)致充分的論證。

(二)指南內(nèi)容概覽

在美國，各州K-12階段開設(shè)人工智能課程的情況不盡相同。有的州將人工智能作為計算機(jī)科學(xué)課程的一個部分，有的州開設(shè)了單獨(dú)的人工智能課程作為選修課。作為對美國中小學(xué)開展人工智能內(nèi)容教學(xué)的專業(yè)指導(dǎo)，“指南”在闡述中小學(xué)階段學(xué)習(xí)人工智能意義的基礎(chǔ)上，設(shè)計規(guī)劃了中小學(xué)生需要掌握的人工智能知識以及各學(xué)段不同層次的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

1.中小學(xué)階段學(xué)習(xí)人工智能的意義

AAAI認(rèn)為，人工智能在當(dāng)今人類社會已經(jīng)扮演了非常卓越而顯著的角色。對于孩子們而言，他們生活的世界里隨處可見人工智能的產(chǎn)品，盡管他們或許沒有直接使用過，但是目睹了父母或家人使用，有一定的直觀經(jīng)驗(yàn)。不難想象，隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，人工智能在未來世界將會獲得更進(jìn)一步的發(fā)展，而作為未來世界的主人，現(xiàn)在的下一代有必要對人工智能知識獲得基本的認(rèn)識以更好地適應(yīng)未來的生活。這種必要性體現(xiàn)在兩個方面：其一，人工智能基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)有助于提升孩子們的信息素養(yǎng)。作為未來的公民，當(dāng)他們面臨人工智能技術(shù)應(yīng)用的公共決策和倫理問題時，提升的信息素養(yǎng)有助于他們做出理性的決策。同時，由于人工智能正在取代簡單重復(fù)的底層工作，讓孩子們較早地意識到這一點(diǎn)有助于他們更好地適應(yīng)未來的就業(yè)環(huán)境。其二，通過人工智能課程的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)孩子對人工智能領(lǐng)域、對STEM的興趣，同時在知識和技能層面奠定一定的基礎(chǔ)，為他們未來走上專業(yè)的職業(yè)道路做好鋪墊。

2.學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標(biāo)

這部分內(nèi)容主要圍繞學(xué)生應(yīng)該知道什么和做什么展開。美國最新版K-12計算機(jī)科學(xué)課程國家標(biāo)準(zhǔn)11—12年級的課程要求中已經(jīng)包含了人工智能的有關(guān)內(nèi)容，分別是“能描述人工智能如何驅(qū)動各種軟件和物理系統(tǒng)，如：數(shù)字廣告投放、自動駕駛汽車和信用卡欺詐檢測(3B-AP-08)”和“能使用一種人工智能的算法與人類對手一起玩游戲或解決問題。這里的游戲不需要太復(fù)雜，簡單的猜謎游戲、井字棋或簡單的機(jī)器人指令足矣(3B-AP-09)”[22]。在這次的“指南”中對人工智能學(xué)習(xí)內(nèi)容做了更系統(tǒng)的規(guī)劃，并根據(jù)學(xué)段設(shè)計了不同層次的課程目標(biāo)。

總體來說，“指南”將K-12階段所需學(xué)習(xí)的人工智能知識分成了5個主題(Five Big Ideas in AI)，他們分別是：感知、表示和推理、機(jī)器學(xué)習(xí)、人機(jī)交互、社會影響[23]。研制小組認(rèn)為，這5個主題從性質(zhì)上足以覆蓋人工智能的各領(lǐng)域，但從數(shù)量上又是教師可以控制的。盡管5個主題的提法未必完全符合AI實(shí)踐者審視AI的方式，但對于滿足K-12學(xué)生的需求是合適的。因此，課程內(nèi)容和目標(biāo)以這5個主題為基本框架，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計了各主題中的主要概念和分級學(xué)習(xí)目標(biāo)。

(1)感知(Perception)

計算機(jī)使用傳感器來感知世界。感知是從傳感器信號中提取意義的過程。AI領(lǐng)域迄今為止最重要的成就之一就是使計算機(jī)能夠足夠好地去“看”和“聽”，以投入實(shí)際應(yīng)用。該主題下的具體應(yīng)用包括：人臉識別、語音識別、場景理解等。

a.主要概念。這一主題的主要概念包括：人類的感覺和機(jī)器傳感器；從感覺到知覺；感知的類型：視覺、語音識別等；感知如何工作：算法；計算機(jī)感知的局限；智能與非智能機(jī)器。

b.分級學(xué)習(xí)目標(biāo)如表1所示。

(2)表示與推理(Representation and Reasoning)

智能代理(Intelligent Agent)(能夠)通過特定的邏輯和模型表示現(xiàn)實(shí)世界，并用他們進(jìn)行推理。表示是自然智能和人工智能的基本問題之一。計算機(jī)使用數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來構(gòu)建表示，這些表示輔助推理算法。該主題下的具體應(yīng)用包括：自動駕駛汽車的路線規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)搜索、智能下棋的最佳路線推理等。

a.主要概念。這一主題的主要概念包括：表示的類型；推理算法的類型；支持推理的表示：算法操縱表示；算法系統(tǒng)及其功能；一般推理算法的局限。

b.分級學(xué)習(xí)目標(biāo)如表2所示。

(3)機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning)

計算機(jī)通過數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)，機(jī)器學(xué)習(xí)是一種在數(shù)據(jù)中找到規(guī)律的統(tǒng)計推斷。近年來，由于一些學(xué)習(xí)算法創(chuàng)造了新的表示，AI的許多領(lǐng)域都取得了顯著進(jìn)步。這種方法的成功需要大量的數(shù)據(jù)。這些“訓(xùn)練數(shù)據(jù)”通常必須由人們提供，但有時也可以由機(jī)器自身獲取。該主題下的具體應(yīng)用包括：訓(xùn)練手機(jī)識別人臉；訓(xùn)練語音識別系統(tǒng)；訓(xùn)練機(jī)器翻譯系統(tǒng)；圖片搜索等。

a.主要概念。這一主題的主要概念包括：機(jī)器學(xué)習(xí)；機(jī)器學(xué)習(xí)的方法；學(xué)習(xí)算法的類型；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)基本原理；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的類型；訓(xùn)練數(shù)據(jù)對學(xué)習(xí)的影響；機(jī)器學(xué)習(xí)的局限。

b.分級學(xué)習(xí)目標(biāo)如表3所示。

(4)人機(jī)交互(Natural Interaction)

智能代理需要多種知識才能與人類自然交互。為了與人類自然地交互，智能代理必須能夠用人類語言交談，識別面部表情和情感，并利用文化和社會習(xí)俗的知識來推斷所觀察到的人類行為的意圖。具體應(yīng)用包括：智能代理(如Alexa、Siri)，聊天機(jī)器人，提供適應(yīng)性教育的智能導(dǎo)師系統(tǒng)，動作和面部表情識別等。

a.主要概念。這一主題的主要概念包括：自然語言理解；情感計算；常識推理；意識與心靈哲學(xué)；自然交互應(yīng)用；人機(jī)交互；AI在自然交互方面的局限。

b.分級學(xué)習(xí)目標(biāo)如表4所示。

(5)社會影響(Societal Impact)

AI的應(yīng)用對社會既有正面影響也有負(fù)面影響。由于人工智能技術(shù)正在改變我們工作、出行、溝通和相互照顧的方式，我們必須注意其所能帶來的危害。例如，若用于訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存在偏見，可能會導(dǎo)致部分人受到的服務(wù)質(zhì)量低于其他人。因此有必要討論AI對我們社會的影響，并根據(jù)相關(guān)系統(tǒng)在道德層面的設(shè)計以及應(yīng)用來制定標(biāo)準(zhǔn)。

a.主要概念。這一主題的主要概念包括：AI系統(tǒng)正在改變商務(wù)、政務(wù)、醫(yī)療和教育；從經(jīng)濟(jì)層面講，AI使得新的服務(wù)變得可能，使得商務(wù)更有效率；在開發(fā)AI系統(tǒng)時，人類不僅要做出技術(shù)層面的決策，也要做出道德層面的決策；AI技術(shù)通過多種不同的方式影響社區(qū)和人們；人工智能和系統(tǒng)需要道德標(biāo)準(zhǔn)來為人們做出決策；AI和機(jī)器人會改變?nèi)藗児ぷ鞯姆绞?，?chuàng)造一些工作，淘汰一些工作。

b.分級學(xué)習(xí)目標(biāo)如表5所示。

3.教學(xué)活動建議

如何針對以上學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)開展教學(xué)，“指南”推薦了四種類型的學(xué)習(xí)活動：第一種是實(shí)驗(yàn)類活動，教師可以組織學(xué)生使用各種類型的AI軟硬件資源，通過實(shí)驗(yàn)，一方面體驗(yàn)AI的功能，對AI形成直觀認(rèn)識；另一方面在實(shí)驗(yàn)中探索AI的基本原理。第二類活動是手工模擬AI算法的活動(或不插電活動)，學(xué)生無需使用任何計算機(jī)設(shè)備，用紙和筆，通過繪圖、計算來模擬AI的基本算法，理解AI解決問題的邏輯思路和技術(shù)路線。第三類活動是設(shè)計類活動，教師為學(xué)生提供支架，引導(dǎo)和鼓勵他們使用AI開源軟件或服務(wù)來開發(fā)自己的AI應(yīng)用，在設(shè)計和應(yīng)用中學(xué)習(xí)。第四類是案例分析類活動，教師提供與AI相關(guān)的多個社會問題的案例，引導(dǎo)學(xué)生從多個角度來探索其中的倫理道德問題并尋求改進(jìn)的途徑。

(三)K-12人工智能教學(xué)資源目錄簡介

為了對AI教學(xué)提供支持，AI4K12開發(fā)了一套資源目錄，并在網(wǎng)站(https://github.com/touretzkyds/ai4k12/wiki/Resource-Directory)上公布了這套目錄。目錄匯集了各類AI科普資源，根據(jù)不同類型資源的教育特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)的梳理和分類，并作了統(tǒng)一標(biāo)注。從媒體類型上，AI4K12劃分了專業(yè)著作和報告、競賽、課程材料、演示軟件(Demos)、教師職業(yè)發(fā)展在線課程、K-12學(xué)生在線課程、軟件包和視頻七類資源。在此基礎(chǔ)上，依據(jù)中小學(xué)AI學(xué)習(xí)特點(diǎn)，AI4K12進(jìn)一步按照資源的教學(xué)功能進(jìn)行了分類，具體如表6所示[24]?？梢钥吹?，這里的資源不僅包括軟硬件資源，還包括教學(xué)活動。對資源教學(xué)功能的分析提示了何時以及如何使用這些資源，進(jìn)而為教師教學(xué)策略的設(shè)計提供了支持。

三、美國AI4K12行動成果特色小結(jié)

美國AI4K12行動是富有成效的。從短期看，它制定了K-12人工智能教學(xué)指南，開發(fā)了教學(xué)資源目錄，對學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)目標(biāo)給出了科學(xué)、專業(yè)的設(shè)計，對教學(xué)活動策略提出了具體可行的建議，對教學(xué)資源進(jìn)行了系統(tǒng)的匯聚、梳理和分類。從長遠(yuǎn)看，行動聯(lián)通了AI研究、實(shí)踐和教學(xué)三個行業(yè)，促進(jìn)了美國國內(nèi)K-12人工智能教育專業(yè)團(tuán)體的形成，為未來的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

(一)“指南”學(xué)習(xí)內(nèi)容覆蓋AI原理的基本方面，關(guān)注對AI技術(shù)的反思，學(xué)習(xí)目標(biāo)按學(xué)段分級

在中小學(xué)開展AI教育，核心的問題就是學(xué)生學(xué)什么，達(dá)到什么水平？美國K-12 AI教學(xué)指南以5個知識主題(感知、表示和推理、機(jī)器學(xué)習(xí)、人機(jī)交互、社會影響)作為框架，并在其基礎(chǔ)上設(shè)計了從幼兒園到高中三年級的分學(xué)段目標(biāo)。一方面，5個知識主題不僅涵蓋了AI研究與應(yīng)用的基本領(lǐng)域，同時還包括了AI的社會影響。這體現(xiàn)了不僅要求學(xué)生體驗(yàn)和學(xué)習(xí)AI的基本知識和技能，也要求他們能客觀、全面、深刻地對這項技術(shù)進(jìn)行審視和反思的目的。另一方面，所有學(xué)段均涉及5個知識主題，各學(xué)段目標(biāo)的差異只在目標(biāo)的層次上，而不在知識主題上，整體的學(xué)習(xí)是螺旋上升的過程。比如，“表示與推理”是一個邏輯性很強(qiáng)的主題，幼兒園—2年級學(xué)段的孩子和高中生都可以學(xué)習(xí)。只不過前者只需要達(dá)到較低的學(xué)習(xí)層次比如獲得對有關(guān)原理體驗(yàn)和感性認(rèn)識，如“使用決策樹進(jìn)行決策”；而后者則需要達(dá)到較高的學(xué)習(xí)層次如掌握底層的算法和原理，例如“描述不同類型搜索算法的差異”。

(二)“指南”教學(xué)策略與活動建議具體清晰，可操作性強(qiáng)，遵循學(xué)習(xí)規(guī)律

如何引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)AI知識？AI4K12給出了具體清晰的建議，不僅提出了支持策略，還推薦了“實(shí)驗(yàn)”“手工模擬”“設(shè)計開發(fā)”“案例分析”四種類型的教學(xué)活動。這四類活動分別對應(yīng)AI學(xué)習(xí)的幾種學(xué)習(xí)目標(biāo)：體驗(yàn)AI功能與理解AI基本原理，理解AI算法的原理，設(shè)計簡單的AI應(yīng)用與辯證地認(rèn)識AI對社會的各方面影響。這些目標(biāo)在5個知識主題中都有體現(xiàn)。教師可以根據(jù)5個主題下分級目標(biāo)的類型，選擇對應(yīng)類型的活動進(jìn)行設(shè)計和開展。值得注意的是，四類活動也分別對應(yīng)AI學(xué)習(xí)從感性到理性，從理解到應(yīng)用的各個階段，遵循基本的學(xué)習(xí)規(guī)律。具體來說，除第四類活動是綜合性活動，需要建立在對AI及其應(yīng)用充分把握的基礎(chǔ)上之外，第一類到第三類活動分別對應(yīng)學(xué)生學(xué)習(xí)AI從感性認(rèn)識(認(rèn)識AI的功能)到理性認(rèn)識(理解AI的基本原理)，從知識理解(理解AI基本算法)到知識應(yīng)用(使用AI算法模塊開發(fā)應(yīng)用)的學(xué)習(xí)階段，學(xué)生的認(rèn)識水平在逐步上升。

(三)K-12 AI教學(xué)資源目錄充分挖掘現(xiàn)有AI資源，分析梳理其教育價值

國內(nèi)很多人擔(dān)心，在中小學(xué)開展AI教育缺乏專業(yè)的師資。這個問題在美國也存在。且不說人工智能科班出身的專業(yè)人員是否會到中小學(xué)任教，抑或在師范院校增設(shè)人工智能的專業(yè)是否可行，還是在信息技術(shù)專業(yè)教師的培養(yǎng)中增加人工智能的課程是否更合理，通過這些方式提升師資專業(yè)能力需要一定的周期和較多的資金投入。AI4K12系統(tǒng)地梳理與充分地挖掘現(xiàn)有高質(zhì)量AI科普資源的教育價值，快速而高效地為教師和學(xué)生提供了全面而豐富的學(xué)習(xí)資源與活動支持資源，不僅制作了教學(xué)資源目錄，給出實(shí)例與資源鏈接，同時標(biāo)注適用主題、年段、應(yīng)用功能等，既可以用于教師自學(xué)，也可以用于教師組織學(xué)生開展學(xué)習(xí)活動。目錄中的資源或是高校AI科研院所(代表研究者)開發(fā)，或是谷歌等知名高新技術(shù)企業(yè)(代表實(shí)踐者)開發(fā)，資源的設(shè)計與制作都是專業(yè)而規(guī)范的。不僅有助于教師快速成長，學(xué)生也能獲得專業(yè)、規(guī)范的指導(dǎo)，在一定程度上確保了教學(xué)的質(zhì)量。

需要指出的是，目錄中的資源大多是以AI科普為目的而開發(fā)的，其面向的對象廣泛，并不專門為K-12的AI教育，在系統(tǒng)性和針對性上比較欠缺?？梢哉f，現(xiàn)有資源還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足中小學(xué)AI教育的需要。AI4K12也指出了幾種目前缺少的資源，并呼吁領(lǐng)域內(nèi)的專業(yè)人士更多地關(guān)注并開發(fā)。

四、思考與啟示

AI4K12是在美國基礎(chǔ)教育領(lǐng)域開展人工智能教學(xué)的第一個專業(yè)行動。它研制了教學(xué)指南，開發(fā)了資源目錄，促成了K-12人工智能教育專業(yè)社區(qū)的形成。雖然中美兩國的教育體制和文化存在差異，但AI4K12行動中有關(guān)教學(xué)內(nèi)容和分級學(xué)習(xí)目標(biāo)的設(shè)計，有關(guān)教學(xué)資源的梳理和資源目錄的開發(fā)，有關(guān)教學(xué)活動和策略的建議對我國中小學(xué)開展人工智能教育有著很好的啟示與借鑒。

其一是進(jìn)一步完善中小學(xué)信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)人工智能部分的標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上擴(kuò)展修習(xí)學(xué)段，豐富課程內(nèi)容，深化課程層次。目前，我國信息技術(shù)課程的國家標(biāo)準(zhǔn)中主要是在高中階段對人工智能知識的學(xué)習(xí)提出了要求，內(nèi)容主要涉及人工智能的基本特征、核心算法、特定領(lǐng)域人工智能應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)以及對人工智能及其應(yīng)用的反思幾個方面。與美國的標(biāo)準(zhǔn)相比，內(nèi)容和目標(biāo)的系統(tǒng)性還有待進(jìn)一步提升。今天的孩子成長在一個由人工智能技術(shù)驅(qū)動的世界里，絕大部分孩子已經(jīng)接觸了各種形式的AI技術(shù)和產(chǎn)品，從低年段就可以開始對孩子進(jìn)行AI教育，重要的是思考如何幫助他們理解AI技術(shù)是如何工作的[25]。

從課程目標(biāo)看，中小學(xué)階段組織學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能，不是學(xué)習(xí)使用AI產(chǎn)品，也不是學(xué)習(xí)AI編程技術(shù)，重要的是學(xué)習(xí)AI認(rèn)識世界、理解世界和解決問題的方式和方法，幫助學(xué)生形成一定的技術(shù)思維，同時又能辯證地審視AI技術(shù)，為未來在智能環(huán)境里工作和生活，或者為走上AI研究與實(shí)踐的專業(yè)道路打下基礎(chǔ)。可以借鑒AI4K12的內(nèi)容框架，在系統(tǒng)考量AI研究與應(yīng)用基本原理的基礎(chǔ)上形成一個系統(tǒng)的主題框架，并在該框架下根據(jù)不同年齡學(xué)生認(rèn)知能力與特點(diǎn)設(shè)計具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)?？蔀橹械湍甓卧O(shè)置更多體驗(yàn)類的目標(biāo)，引導(dǎo)他們體驗(yàn)AI的功能，感受其解決問題的思路和方法；針對高學(xué)段學(xué)生，更多設(shè)置理解AI功能底層的原理和算法，以及系統(tǒng)開發(fā)的目標(biāo)。在課程內(nèi)容上，可根據(jù)課程目標(biāo)的要求，特別是不同年齡段目標(biāo)的設(shè)定，選擇相應(yīng)的知識內(nèi)容。

其二是進(jìn)一步加強(qiáng)AI教學(xué)策略的研究和實(shí)踐。作為計算機(jī)學(xué)科的一個分支，AI知識專業(yè)、復(fù)雜而深奧，不僅需要跨學(xué)科的知識，也需要較強(qiáng)的抽象邏輯思維。針對抽象邏輯思維并不發(fā)達(dá)，甚至還處于前運(yùn)算和具體運(yùn)算階段的學(xué)生，如何引導(dǎo)他們學(xué)習(xí)AI知識？國內(nèi)有學(xué)者提出“應(yīng)用情境化、基于問題、基于案例的教學(xué)模式”[26]，也有人提出“基于項目學(xué)習(xí)的方式”[27]“應(yīng)用任務(wù)驅(qū)動式、基于問題或融入游戲化機(jī)制的探究式教學(xué)”[28]。那么，AI教學(xué)策略可以有哪些？如何針對不同的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計相應(yīng)的活動？

現(xiàn)有高中階段信息技術(shù)課標(biāo)有關(guān)人工智能部分的“教學(xué)提示”中比較籠統(tǒng)地給出了“案例分析”“項目學(xué)習(xí)”“小組合作”等教學(xué)策略和教學(xué)組織形式的建議，操作性有待進(jìn)一步完善。同時現(xiàn)有研究較少，可供參考的理論或?qū)嵺`成果并不完善?？梢越梃bAI4K12有關(guān)教學(xué)活動的建議，將教學(xué)活動和策略的選擇充分建立在AI教學(xué)目標(biāo)和AI知識內(nèi)容特點(diǎn)的基礎(chǔ)上。例如：感知AI特點(diǎn)，及其技術(shù)和產(chǎn)品功能的目標(biāo)，適合開展實(shí)驗(yàn)類活動，通過實(shí)驗(yàn)操作AI軟硬件資源，形成有關(guān)AI技術(shù)的直觀認(rèn)識；探究AI產(chǎn)品原理和算法原理的目標(biāo)，更適合開展實(shí)驗(yàn)和模擬算法的活動，模擬算法的活動可以不依賴軟硬件資源，通過簡單的紙和筆就能探索AI解決問題的邏輯；應(yīng)用AI原理和算法解決問題的目標(biāo)，更適合開展設(shè)計類活動，在該活動中教師需要提供豐富的學(xué)習(xí)支架引導(dǎo)學(xué)生一步步達(dá)成問題的解決；辯證看待AI技術(shù)的影響的目標(biāo)，適合開展案例分析的活動，通過實(shí)際例子引導(dǎo)學(xué)生多角度探索其中的倫理道德問題。依托以上由目標(biāo)、知識內(nèi)容與活動類型組成的設(shè)計框架，進(jìn)一步設(shè)計和開發(fā)不同類型的活動流程與策略，并通過教育教學(xué)研究和實(shí)踐進(jìn)行檢驗(yàn)和完善。

其三是進(jìn)一步加強(qiáng)AI教學(xué)資源的挖掘和建設(shè)。在當(dāng)前專業(yè)師資比較缺乏、地區(qū)差異較大的情況下，AI教學(xué)資源的建設(shè)顯得尤其重要。各地可根據(jù)實(shí)際情況開展AI教育資源的建設(shè)。AI資源建設(shè)有兩種方式。第一種是在基礎(chǔ)較弱、師資缺乏的地方，可充分利用現(xiàn)有高質(zhì)量的AI科普資源、開源軟硬件等，先行開展一些以AI核心技術(shù)(如機(jī)器學(xué)習(xí)、自然語言處理等)作為教學(xué)對象的學(xué)習(xí)活動，在教學(xué)中不斷檢驗(yàn)和完善這些資源，并將其作為下一步課程開發(fā)的基礎(chǔ)。第二種是在資源充足、軟硬件條件成熟的地方，可組織有關(guān)力量開發(fā)專門針對中小學(xué)AI教育的教學(xué)資源，除了常規(guī)的教師用多媒體教學(xué)資源，還需要特別重視實(shí)驗(yàn)資源的開發(fā)，為學(xué)生提供富媒體資源的探究環(huán)境。各地、各?？筛鶕?jù)具體情況在中學(xué)階段開設(shè)AI選修課，或在科學(xué)課、綜合實(shí)踐課中安排AI的學(xué)習(xí)專題，使用并優(yōu)化這些資源。

人工智能本身就是一個跨專業(yè)的綜合領(lǐng)域，人工智能的教學(xué)自然也涉及多個學(xué)科。為了確保AI教學(xué)資源的科學(xué)性和規(guī)范性，需要加強(qiáng)人工智能領(lǐng)域內(nèi)跨行業(yè)的合作。AI4K12行動充分體現(xiàn)了美國AI領(lǐng)域從高校研究者、知名企業(yè)實(shí)踐者到教師的合作。不同行業(yè)的不同視角確保了AI中小學(xué)教育的專業(yè)性、規(guī)范性和適切性。此外，AI引入基礎(chǔ)教育還處于初步發(fā)展階段，特別需要高校、科研院所研究者、企業(yè)實(shí)踐者和一線教師的共同努力，將AI理論知識、研究動態(tài)、實(shí)踐應(yīng)用與前沿發(fā)展以科學(xué)、專業(yè)、規(guī)范的方式進(jìn)行組合，確保教學(xué)的質(zhì)量。此外，研究者和實(shí)踐者也可以作為外部的人力資源，為學(xué)生提供與AI科學(xué)家進(jìn)行對話和學(xué)習(xí)的機(jī)會，提升學(xué)習(xí)興趣，開闊視野。

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作者簡介:

方圓媛：副研究員，在讀博士，研究方向?yàn)榻虒W(xué)設(shè)計與績效基數(shù)、基礎(chǔ)教育信息化(fangyy@moe.edu.cn)。

黃旭光：副研究員，研究方向?yàn)榛A(chǔ)教育信息化、基礎(chǔ)教育數(shù)字資源的設(shè)計與開發(fā)(huangxg@moe.edu.cn)。

本文轉(zhuǎn)載自微信公眾號“中國電化教育”，作者方圓媛、黃旭光。文章為作者獨(dú)立觀點(diǎn)，不代表芥末堆立場，轉(zhuǎn)載請聯(lián)系原作者。