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現(xiàn)在，沒(méi)有哪個(gè)技術(shù)領(lǐng)域比人工智能 (AI，Artificial Intelligence) 更熱門(mén)的了。在人工智能研究領(lǐng)域，中國(guó)學(xué)者在數(shù)量上已經(jīng)超越美國(guó)同行。2010 年至 2014 年間，中國(guó)相關(guān)的專(zhuān)利申請(qǐng)幾乎是之前五年的三倍。中國(guó)總?cè)丝跀?shù)是美國(guó)的4倍，擁有超過(guò) 7 億的智能手機(jī)用戶(hù)，比其他國(guó)家都多。

阿里巴巴、百度、騰訊、滴滴出行、ofo 小黃車(chē)等知名企業(yè)，以及許多由風(fēng)險(xiǎn)投資所支持的初創(chuàng)企業(yè)，都在利用大量的數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練人工智能系統(tǒng)，從人臉識(shí)別到信息聊天機(jī)器人。毫無(wú)意外，其中當(dāng)然也包括備受關(guān)注的教育行業(yè)。

本文將從多個(gè)方面入手，分析中美高中信息技術(shù)課程的異同之處。

中國(guó)：人工智能納入信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)

近年來(lái)，中國(guó)政府也開(kāi)始將人工智能教育推向 K12 學(xué)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(biāo)準(zhǔn)，在信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”)中強(qiáng)調(diào) 了4 項(xiàng)核心知識(shí)， 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(xué)生能夠獲取解決問(wèn)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(jìn)行協(xié)作。

• 計(jì)算思維——學(xué)生能夠使用計(jì)算方法來(lái)定義問(wèn)題和抽象特征，構(gòu)建模型和處理數(shù)據(jù)。目標(biāo)是通過(guò)適當(dāng)?shù)乃惴▉?lái)解決問(wèn)題，并建立可轉(zhuǎn)移的技能。

• 數(shù)字學(xué)習(xí)與創(chuàng)新——學(xué)生可以利用數(shù)字資源和工具來(lái)管理他們的學(xué)習(xí)過(guò)程，創(chuàng)造性地解決問(wèn)題，解決學(xué)習(xí)任務(wù)，并建立創(chuàng)新的作品。他們必須建立獨(dú)立學(xué)習(xí)、協(xié)作、知識(shí)共享和創(chuàng)造的技能。

• 數(shù)字公民——學(xué)生必須在現(xiàn)實(shí)世界和虛擬世界中負(fù)責(zé)任地行事，并且知道如何保護(hù)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(lái)的潛在社會(huì)和環(huán)境問(wèn)題，并積極地了解他們以采取適當(dāng)?shù)男袆?dòng)。 

學(xué)生們被期望能掌握技術(shù)，能夠反思新技術(shù)，甚至進(jìn)一步成為技術(shù)設(shè)計(jì)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(huì)影響等重要理念來(lái)構(gòu)建。并建議嵌入真實(shí)世界的問(wèn)題和情境來(lái)培養(yǎng)學(xué)生在數(shù)據(jù)分析、問(wèn)題解決和計(jì)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(lèi)。

必修課程

必修課程是所有高中學(xué)生都必須修習(xí)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(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，旨在提升學(xué)生們的信息素養(yǎng)基礎(chǔ)。包括“數(shù)據(jù)與計(jì)算”和“信息系統(tǒng)與社會(huì)”兩個(gè)模塊。

學(xué)生修完必修課程后，可參加高中信息技術(shù)學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試。

選擇性必修課程

選擇性必修課程旨在為學(xué)生將來(lái)進(jìn)入高校繼續(xù)開(kāi)展與信息技術(shù)相關(guān)方向的學(xué)習(xí)及研究打下基礎(chǔ)，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展和滿(mǎn)足升學(xué)考試需要，選修選考。

課程共分為六個(gè)模塊，其中三個(gè)模塊是為學(xué)生升學(xué)需要而設(shè)計(jì)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(xué)生修完這三個(gè)模塊后，可參加高中信息技術(shù)學(xué)業(yè)水平等級(jí)性考試。

另三個(gè)模塊是為學(xué)生個(gè)性化發(fā)展而設(shè)計(jì)的課程，學(xué)生可根據(jù)自身的發(fā)展需要進(jìn)行選修:人工智能基礎(chǔ)、三維 (3D) 設(shè)計(jì)與創(chuàng)意、開(kāi)源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)

選修課程

選修課程是為了滿(mǎn)足學(xué)生的興趣愛(ài)好、學(xué)業(yè)發(fā)展、職業(yè)選擇而設(shè)計(jì)的自主選修課程，學(xué)而不考或?qū)W而備考，為學(xué)生就業(yè)和高校招生錄取提供參考，也可形成學(xué)校辦學(xué)特色。包括“算法基礎(chǔ)”“移動(dòng)應(yīng)用設(shè)計(jì)”兩個(gè)模塊。 

優(yōu)先建立信息社會(huì)的信息通識(shí)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(biāo)準(zhǔn)。這與美國(guó)的大學(xué)先修計(jì)算機(jī)科學(xué)原理 (AP CSP) 的學(xué)習(xí)框架相當(dāng)類(lèi)似，是屬于普適全民的通識(shí)課程，上課時(shí)數(shù)也相當(dāng)。優(yōu)先建立信息社會(huì)的通才素養(yǎng)，再培養(yǎng)專(zhuān)才(有興趣才深入學(xué)習(xí)編程或3D設(shè)計(jì)等)，與國(guó)際思維同步——直接學(xué)編程或3D打印，是落入“術(shù)”的訓(xùn)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(xué)習(xí)的知識(shí)對(duì)學(xué)生的終身發(fā)展起到重要的作用。知識(shí)性?xún)?nèi)容與基本概念、基本原理的相關(guān)性越高，實(shí)現(xiàn)遷移的可能性就越大，其時(shí)效性就越長(zhǎng)久，對(duì)學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展的價(jià)值就越大?！鲎孕抡n標(biāo)(三)教材編寫(xiě)建議

計(jì)算機(jī)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(dòng)化、機(jī)器人和人工智能將取代越來(lái)越多人類(lèi)的工作。我們每天在網(wǎng)絡(luò)上所接觸到的，其實(shí)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(lái)。數(shù)字智能與公民素養(yǎng)、閱讀、寫(xiě)作一樣重要，編程只是其中的一小部分。但中國(guó)更加積極，它把這些核心基礎(chǔ)設(shè)定為每個(gè)學(xué)生都必需要學(xué)習(xí)的，而AP CSP只是美國(guó)高中的一門(mén)選修課程，或許這是中國(guó)系統(tǒng)有效率的地方，美國(guó)系統(tǒng)的教育決策權(quán)以州自治權(quán)為主，在全國(guó)層級(jí)想普及一個(gè)新政需要相當(dāng)?shù)臅r(shí)間。

不過(guò)，美國(guó)早就將計(jì)算思維(Computational Thinking)的訓(xùn)練融入各個(gè)學(xué)科之中，美國(guó)的計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)(CSTA)與國(guó)際教育科技協(xié)會(huì)(ISTE) 在計(jì)算思維領(lǐng)域扎根研究多年，也發(fā)表了在各學(xué)科融入計(jì)算思維教育的建議進(jìn)程、框架、與實(shí)例。因篇幅巨大，在此不一一列舉，有興趣的讀者可來(lái)信索取。

從新課標(biāo)可看出中國(guó)政府更加偏重 “數(shù)據(jù)和信息”，期望下一代對(duì)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(rèn)識(shí)與了解。并不是要中小學(xué)生馬上開(kāi)始學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning) 或深度學(xué)習(xí) (Deep Learning) 技術(shù)，而是通過(guò)人工智能應(yīng)用的真實(shí)例子與成就來(lái)啟發(fā)學(xué)生。

中國(guó)與美國(guó)的課標(biāo)細(xì)節(jié)比較

以模塊1：數(shù)據(jù)與計(jì)算為例來(lái)比較中美課標(biāo)，以下是中國(guó)的課標(biāo)：

這部分主要對(duì)應(yīng)到美國(guó) AP CSP 學(xué)習(xí)標(biāo)準(zhǔn) 7 Big Ideas 中的 Big Idea 3: Data and Information，這是它的開(kāi)頭： 

AP CSP 將課標(biāo)結(jié)構(gòu)分成三層，從Enduring Understanding(EU) 細(xì)化出Learning Objectives(LO) ，指出學(xué)生應(yīng)該具備的能力，每個(gè)LO 再對(duì)應(yīng)到要具備該能力所需要的知識(shí)點(diǎn)支撐 – Essential Knowledge(EK)。

整個(gè) Big Idea 3 共有3個(gè) EU，6個(gè)LO，42個(gè)EK。

客觀論述，國(guó)內(nèi)課標(biāo)描述比較粗略，AP CSP 標(biāo)準(zhǔn)定義到非常細(xì)致具體的知識(shí)點(diǎn)與技能。AP CSP 課標(biāo)整體涵蓋范圍也比國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)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(xì)論述可參考此篇前文：除了編程，中小學(xué)領(lǐng)域計(jì)算機(jī)科學(xué)教育應(yīng)該學(xué)什么？）。

縱觀整套新課標(biāo)，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(xué)生根據(jù)興趣發(fā)展的空間，是中國(guó)開(kāi)始將高校入學(xué)考試多元化的第一步，重點(diǎn)就看如何落實(shí)執(zhí)行。歐美的高中則已經(jīng)提供多年相當(dāng)多元的課程、與支撐多元學(xué)習(xí)發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)。 

美國(guó) AP CSP 課程示范

無(wú)論是必修還是選修課，首要的關(guān)鍵在于課程設(shè)計(jì)與師資培養(yǎng)。國(guó)內(nèi)教育工作者若想要參考美國(guó)教學(xué)設(shè)計(jì)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(fèi)注冊(cè)使用，有項(xiàng)目實(shí)作豐富資源)

大數(shù)據(jù)(Big Data) 爆炸成長(zhǎng)與計(jì)算機(jī)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，是今天人工智能成就的基礎(chǔ)，人類(lèi)不可能手動(dòng)處理現(xiàn)在的數(shù)據(jù)量，必須依靠計(jì)算機(jī)。本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)包括：

• 學(xué)會(huì)使用一些計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)軟件來(lái)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(lèi)有效從數(shù)據(jù)中萃取出信息，學(xué)生將學(xué)習(xí)如何處理數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)知識(shí)，并動(dòng)手練習(xí)。

• 數(shù)據(jù)處理的方法與可視化的方式可能影響甚至誤導(dǎo)認(rèn)知，學(xué)生必需學(xué)會(huì)判斷，避免被誤導(dǎo)，因?yàn)閳D表在生活中到處都有。

這一節(jié)課是在美國(guó)課堂中相當(dāng)?shù)湫偷捻?xiàng)目式學(xué)習(xí) (Project-Based Learning, PBL) 教學(xué)設(shè)計(jì)，從“鉤子&驅(qū)動(dòng)型問(wèn)題（Hook & Driving Question）”開(kāi)始。問(wèn)題的“鉤子”將問(wèn)題引入真實(shí)世界，引起學(xué)習(xí)者興趣。接著提供豐富的現(xiàn)實(shí)世界實(shí)例(這節(jié)是實(shí)際的數(shù)據(jù)可視化案例，包括互動(dòng)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(wèn)題等能力，并能識(shí)別圖表如何誤導(dǎo)讀者，學(xué)生動(dòng)手與圖表互動(dòng)，并與小組討論后回答問(wèn)題。然后，學(xué)生學(xué)習(xí)使用工具，處理數(shù)據(jù)與建立圖表。最后，學(xué)生選擇感興趣的數(shù)據(jù)集，動(dòng)手操作數(shù)據(jù)分析與可視化，以探究現(xiàn)實(shí)世界的現(xiàn)象，建立假設(shè)，再進(jìn)行驗(yàn)證與推論，總結(jié)項(xiàng)目報(bào)告，上傳到課程平臺(tái)。（這是混合式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，提供線(xiàn)上課程平臺(tái)-——支撐所有資源、練習(xí)與作業(yè)等管理，以及線(xiàn)下的課堂學(xué)習(xí)活動(dòng)。）

善用國(guó)外資源與合作，開(kāi)啟教育新篇章

現(xiàn)在，中國(guó)政府正在開(kāi)啟嶄新的一頁(yè)，推動(dòng)面向未來(lái)的教育，不僅僅是現(xiàn)代化的課程內(nèi)容，而且也要求教學(xué)法上的轉(zhuǎn)變，死記硬背或重復(fù)練習(xí)的學(xué)習(xí)方式將成為過(guò)去。根據(jù)最新的教育標(biāo)準(zhǔn)，課程和評(píng)估設(shè)計(jì)被要求必須具備基于現(xiàn)實(shí)世界項(xiàng)目式學(xué)習(xí) (Project-Based Learning) 與創(chuàng)造性問(wèn)題解決 (Creative Problem-Solving)的設(shè)計(jì)。學(xué)生應(yīng)該利用技術(shù)和數(shù)據(jù)處理技能來(lái)解決問(wèn)題，包括他們自己的學(xué)習(xí)或獨(dú)立研究。

這些走向都在追趕國(guó)際趨勢(shì)，但是，推動(dòng)新課標(biāo)之初，亟缺落實(shí)標(biāo)準(zhǔn)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(jì)，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(jì)算機(jī)科學(xué)教育免費(fèi)資源與免費(fèi)工具集，深入探討可來(lái)信。)

教材的內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)時(shí)代性，鼓勵(lì)教材編寫(xiě)者將能夠體現(xiàn)信息技術(shù)最新研究成果和發(fā)展趨勢(shì)，以及有獨(dú)特價(jià)值的創(chuàng)新內(nèi)容、應(yīng)用和案例寫(xiě)入教材，特別是能反映我國(guó)信息技術(shù)和信息社會(huì)發(fā)展新面貌的內(nèi)容?！鲎孕抡n標(biāo)(三)教材編寫(xiě)建議

中國(guó)擁有大量數(shù)據(jù)的優(yōu)勢(shì)，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(guó)政府為人工智能時(shí)代培養(yǎng)有能力和負(fù)責(zé)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(xué)習(xí)貼近現(xiàn)實(shí)案例與情境，并啟發(fā)學(xué)生創(chuàng)建對(duì)社會(huì)與社區(qū)有用的項(xiàng)目實(shí)踐。如果您有這樣的項(xiàng)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(guó)際聯(lián)盟主席。