圖片來源：攝圖網(wǎng)

現(xiàn)在，沒有哪個技術(shù)領(lǐng)域比人工智能 (AI，Artificial Intelligence) 更熱門的了。在人工智能研究領(lǐng)域，中國學者在數(shù)量上已經(jīng)超越美國同行。2010 年至 2014 年間，中國相關(guān)的專利申請幾乎是之前五年的三倍。中國總?cè)丝跀?shù)是美國的4倍，擁有超過 7 億的智能手機用戶，比其他國家都多。

阿里巴巴、百度、騰訊、滴滴出行、ofo 小黃車等知名企業(yè)，以及許多由風險投資所支持的初創(chuàng)企業(yè)，都在利用大量的數(shù)據(jù)來訓練人工智能系統(tǒng)，從人臉識別到信息聊天機器人。毫無意外，其中當然也包括備受關(guān)注的教育行業(yè)。

本文將從多個方面入手，分析中美高中信息技術(shù)課程的異同之處。

中國：人工智能納入信息技術(shù)課程標準

近年來，中國政府也開始將人工智能教育推向 K12 學校。 根據(jù)教育部 2018 年 1 月 16 日發(fā)布的最新版普通高中課程標準，在信息技術(shù)課程標準(簡稱“新課標”)中強調(diào) 了4 項核心知識， 相互支持共同構(gòu)建數(shù)字素養(yǎng)教育。 具體包括：

• 信息素養(yǎng)——學生能夠獲取解決問題所需的信息，分析信息和數(shù)據(jù)，用批判性思維技能做出合理的判斷，并分享信息進行協(xié)作。

• 計算思維——學生能夠使用計算方法來定義問題和抽象特征，構(gòu)建模型和處理數(shù)據(jù)。目標是通過適當?shù)乃惴▉斫鉀Q問題，并建立可轉(zhuǎn)移的技能。

• 數(shù)字學習與創(chuàng)新——學生可以利用數(shù)字資源和工具來管理他們的學習過程，創(chuàng)造性地解決問題，解決學習任務(wù)，并建立創(chuàng)新的作品。他們必須建立獨立學習、協(xié)作、知識共享和創(chuàng)造的技能。

• 數(shù)字公民——學生必須在現(xiàn)實世界和虛擬世界中負責任地行事，并且知道如何保護自己和他人的權(quán)利和安全。此外，他們必須關(guān)心新技術(shù)所帶來的潛在社會和環(huán)境問題，并積極地了解他們以采取適當?shù)男袆印?nbsp;

學生們被期望能掌握技術(shù)，能夠反思新技術(shù)，甚至進一步成為技術(shù)設(shè)計者和制造者。課程設(shè)置圍繞著數(shù)據(jù)素養(yǎng)、算法、信息系統(tǒng)及其社會影響等重要理念來構(gòu)建。并建議嵌入真實世界的問題和情境來培養(yǎng)學生在數(shù)據(jù)分析、問題解決和計算思維方面的技能。

在課程方面，共分為必修課程、選擇性必修課程、選修課程三類。

必修課程

必修課程是所有高中學生都必須修習的核心課程，面向?qū)W生全面發(fā)展，全修全考，也是選擇性必修和選修課程學習的基礎(chǔ)，旨在提升學生們的信息素養(yǎng)基礎(chǔ)。包括“數(shù)據(jù)與計算”和“信息系統(tǒng)與社會”兩個模塊。

學生修完必修課程后，可參加高中信息技術(shù)學業(yè)水平等級性考試。

選擇性必修課程

選擇性必修課程旨在為學生將來進入高校繼續(xù)開展與信息技術(shù)相關(guān)方向的學習及研究打下基礎(chǔ)，促進學生個性發(fā)展和滿足升學考試需要，選修選考。

課程共分為六個模塊，其中三個模塊是為學生升學需要而設(shè)計的課程：數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)管理與分析。

學生修完這三個模塊后，可參加高中信息技術(shù)學業(yè)水平等級性考試。

另三個模塊是為學生個性化發(fā)展而設(shè)計的課程，學生可根據(jù)自身的發(fā)展需要進行選修:人工智能基礎(chǔ)、三維 (3D) 設(shè)計與創(chuàng)意、開源硬件項目設(shè)計

選修課程

選修課程是為了滿足學生的興趣愛好、學業(yè)發(fā)展、職業(yè)選擇而設(shè)計的自主選修課程，學而不考或?qū)W而備考，為學生就業(yè)和高校招生錄取提供參考，也可形成學校辦學特色。包括“算法基礎(chǔ)”“移動應(yīng)用設(shè)計”兩個模塊。 

優(yōu)先建立信息社會的信息通識素養(yǎng)

在給所有高中生的必修核心課程(模塊1與模塊2)中，網(wǎng)絡(luò)、軟件、硬件、算法、基礎(chǔ)編程，甚至人工智能應(yīng)用的基本原理都被納入課程標準。這與美國的大學先修計算機科學原理 (AP CSP) 的學習框架相當類似，是屬于普適全民的通識課程，上課時數(shù)也相當。優(yōu)先建立信息社會的通才素養(yǎng)，再培養(yǎng)專才(有興趣才深入學習編程或3D設(shè)計等)，與國際思維同步——直接學編程或3D打印，是落入“術(shù)”的訓練，而非素養(yǎng)的建立，掌握不到科技的完整輪廓。

高中階段所學習的知識對學生的終身發(fā)展起到重要的作用。知識性內(nèi)容與基本概念、基本原理的相關(guān)性越高，實現(xiàn)遷移的可能性就越大，其時效性就越長久，對學生終身學習和發(fā)展的價值就越大?！鲎孕抡n標(三)教材編寫建議

計算機和數(shù)字信息系統(tǒng)幾乎在現(xiàn)代生活所有方面都已滲透并造成影響。自動化、機器人和人工智能將取代越來越多人類的工作。我們每天在網(wǎng)絡(luò)上所接觸到的，其實很多背后都有人工智能和算法的存在，只是一般人可能看不出來。數(shù)字智能與公民素養(yǎng)、閱讀、寫作一樣重要，編程只是其中的一小部分。但中國更加積極，它把這些核心基礎(chǔ)設(shè)定為每個學生都必需要學習的，而AP CSP只是美國高中的一門選修課程，或許這是中國系統(tǒng)有效率的地方，美國系統(tǒng)的教育決策權(quán)以州自治權(quán)為主，在全國層級想普及一個新政需要相當?shù)臅r間。

不過，美國早就將計算思維(Computational Thinking)的訓練融入各個學科之中，美國的計算機科學教師協(xié)會(CSTA)與國際教育科技協(xié)會(ISTE) 在計算思維領(lǐng)域扎根研究多年，也發(fā)表了在各學科融入計算思維教育的建議進程、框架、與實例。因篇幅巨大，在此不一一列舉，有興趣的讀者可來信索取。

從新課標可看出中國政府更加偏重 “數(shù)據(jù)和信息”，期望下一代對于人工智能的基礎(chǔ)、大數(shù)據(jù)與相關(guān)技術(shù)能有更多的認識與了解。并不是要中小學生馬上開始學習機器學習(Machine Learning) 或深度學習 (Deep Learning) 技術(shù)，而是通過人工智能應(yīng)用的真實例子與成就來啟發(fā)學生。

中國與美國的課標細節(jié)比較

以模塊1：數(shù)據(jù)與計算為例來比較中美課標，以下是中國的課標：

這部分主要對應(yīng)到美國 AP CSP 學習標準 7 Big Ideas 中的 Big Idea 3: Data and Information，這是它的開頭： 

AP CSP 將課標結(jié)構(gòu)分成三層，從Enduring Understanding(EU) 細化出Learning Objectives(LO) ，指出學生應(yīng)該具備的能力，每個LO 再對應(yīng)到要具備該能力所需要的知識點支撐 – Essential Knowledge(EK)。

整個 Big Idea 3 共有3個 EU，6個LO，42個EK。

客觀論述，國內(nèi)課標描述比較粗略，AP CSP 標準定義到非常細致具體的知識點與技能。AP CSP 課標整體涵蓋范圍也比國內(nèi)標準更完整，它圍繞著七大理念：創(chuàng)意 (Creativity)、抽象 (Abstraction)、數(shù)據(jù)和信息 (Data and Information)、算法 (Algorithm)、編程 (Programming)、互聯(lián)網(wǎng) (The Internet) 和全球影響 (Global Impact)（更詳細論述可參考此篇前文：除了編程，中小學領(lǐng)域計算機科學教育應(yīng)該學什么？）。

縱觀整套新課標，宣告與高考綜合改革相銜接，選擇性必修課程與選修課程都是學生根據(jù)興趣發(fā)展的空間，是中國開始將高校入學考試多元化的第一步，重點就看如何落實執(zhí)行。歐美的高中則已經(jīng)提供多年相當多元的課程、與支撐多元學習發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。 

美國 AP CSP 課程示范

無論是必修還是選修課，首要的關(guān)鍵在于課程設(shè)計與師資培養(yǎng)。國內(nèi)教育工作者若想要參考美國教學設(shè)計思維，可連到取自 AP CSP 課程大數(shù)據(jù)相關(guān)章節(jié)其中一小節(jié)的內(nèi)容，例如， 數(shù)據(jù)處理與解讀。(免費注冊使用，有項目實作豐富資源)

大數(shù)據(jù)(Big Data) 爆炸成長與計算機技術(shù)的突飛猛進，是今天人工智能成就的基礎(chǔ)，人類不可能手動處理現(xiàn)在的數(shù)據(jù)量，必須依靠計算機。本節(jié)學習目標包括：

• 學會使用一些計算機基礎(chǔ)軟件來處理數(shù)據(jù)，是現(xiàn)代公民必備的數(shù)字技能。

• 數(shù)據(jù)可視化可以幫助人類有效從數(shù)據(jù)中萃取出信息，學生將學習如何處理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)知識，并動手練習。

• 數(shù)據(jù)處理的方法與可視化的方式可能影響甚至誤導認知，學生必需學會判斷，避免被誤導，因為圖表在生活中到處都有。

這一節(jié)課是在美國課堂中相當?shù)湫偷捻椖渴綄W習 (Project-Based Learning, PBL) 教學設(shè)計，從“鉤子&驅(qū)動型問題（Hook & Driving Question）”開始。問題的“鉤子”將問題引入真實世界，引起學習者興趣。接著提供豐富的現(xiàn)實世界實例(這節(jié)是實際的數(shù)據(jù)可視化案例，包括互動圖表)與分析解讀，建立從數(shù)據(jù)中判讀型態(tài)、發(fā)掘型態(tài)(pattern)、回答問題等能力，并能識別圖表如何誤導讀者，學生動手與圖表互動，并與小組討論后回答問題。然后，學生學習使用工具，處理數(shù)據(jù)與建立圖表。最后，學生選擇感興趣的數(shù)據(jù)集，動手操作數(shù)據(jù)分析與可視化，以探究現(xiàn)實世界的現(xiàn)象，建立假設(shè)，再進行驗證與推論，總結(jié)項目報告，上傳到課程平臺。（這是混合式學習設(shè)計，提供線上課程平臺-——支撐所有資源、練習與作業(yè)等管理，以及線下的課堂學習活動。）

善用國外資源與合作，開啟教育新篇章

現(xiàn)在，中國政府正在開啟嶄新的一頁，推動面向未來的教育，不僅僅是現(xiàn)代化的課程內(nèi)容，而且也要求教學法上的轉(zhuǎn)變，死記硬背或重復練習的學習方式將成為過去。根據(jù)最新的教育標準，課程和評估設(shè)計被要求必須具備基于現(xiàn)實世界項目式學習 (Project-Based Learning) 與創(chuàng)造性問題解決 (Creative Problem-Solving)的設(shè)計。學生應(yīng)該利用技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技能來解決問題，包括他們自己的學習或獨立研究。

這些走向都在追趕國際趨勢，但是，推動新課標之初，亟缺落實標準的課程內(nèi)容與師資，建議可向外取經(jīng)，善用歐美已經(jīng)設(shè)計，發(fā)展累積的豐富優(yōu)質(zhì)多元內(nèi)容，中外合作共建課程。(初步參考計算機科學教育免費資源與免費工具集，深入探討可來信。)

教材的內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)時代性，鼓勵教材編寫者將能夠體現(xiàn)信息技術(shù)最新研究成果和發(fā)展趨勢，以及有獨特價值的創(chuàng)新內(nèi)容、應(yīng)用和案例寫入教材，特別是能反映我國信息技術(shù)和信息社會發(fā)展新面貌的內(nèi)容?！鲎孕抡n標(三)教材編寫建議

中國擁有大量數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，政府政策與民間投資在人工智能領(lǐng)域的積極性都領(lǐng)先全球，中國政府為人工智能時代培養(yǎng)有能力和負責任的現(xiàn)代數(shù)字公民的決心是值得關(guān)注的。我們的CS4Good 主張學習貼近現(xiàn)實案例與情境，并啟發(fā)學生創(chuàng)建對社會與社區(qū)有用的項目實踐。如果您有這樣的項目想法，歡迎與我們交流。

作者:Jessie Chuang (jessie@classroomaid.org) ，Classroom Aid Inc. 聯(lián)合創(chuàng)始人，IEEE ICICLE SIG主席，教育大數(shù)據(jù)國際聯(lián)盟主席。