中小学如何做好人工智能课程建设

本文转自：中国教育报

浙江省宁波市第四中学人工智能课上学生学习编程中。

宁波市教育局供图

■“关注中小学人工智能教育”·理论篇①

开栏的话

当前，生成式人工智能热潮涌动，人工智能驶入发展快车道。中小学校如何加强人工智能教育？如何把人工智能技术与教育教学深度融合？围绕这些问题，智慧教育专刊特开设“关注中小学人工智能教育”专栏，约请专家、学者、局长、校长从不同角度展开讨论。敬请关注。

随着人工智能应用场景日趋丰富，生活于其中的每一位成员不仅要会使用智能工具，更需要用符合智能时代的思维方式去理解与创造性解决问题，具备与智能工具协同创新的能力。

教育是面向未来培养人才的事业，课程是学校育人的核心场域。在推进人工智能教育中，学校需要将人工智能课程建设作为学校智能教育的核心要素、教育教学活动开展的关键载体和学生人工智能核心素养全面发展的基础；要充分认识到，课程实施既是学生探索人工智能未来发展的过程，也是培养学生掌控人工智能与人类世界关系的责任感和使命感的过程。

依据核心素养明确课程目标

当前，我国中小学人工智能教育处于探索阶段，存在着课程价值取向不明确、课程内容与人工智能领域的核心技术理念脱节、课程内容组织缺乏逻辑连贯性、课程实践脱离生活实际、课程评价尚未形成体系等问题。

面对以上问题，学校首先需明确课程目标，这是人工智能课程建设的逻辑起点。2021年，中央电教馆发布《中小学人工智能技术与工程素养框架》（以下简称《素养框架》），从人工智能与人类、人工智能与社会、人工智能技术、人工智能系统设计与开发4个领域提出了中小学生应具备的核心素养。2022年教育部印发《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称《课程标准》），从信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任4个维度明确了课程核心素养基本要求。

《素养框架》和《课程标准》的发布不仅界定了中小学阶段人工智能教学中“最有价值的内容”，也明确了如何在中小学教学实践中体现人工智能的核心价值和教学目标。具体为：

一是明确人工智能技术能够解决的问题，了解人工智能技术的基本原理、过程和实现方法，并能选择最优的人工智能工具或模型框架，进而形成计算思维，具备利用人工智能技术解决问题的能力。二是能够整合人工智能技术和其他学科知识解决复杂问题，具备人工智能系统设计与开发、人工智能系统的评估与维护能力，培养系统工程思维，确保人工智能技术服务于全体人类社会。三是培养和树立科学合理的伦理观，正确看待和处理人机关系。认识人工智能与人类的关系、人工智能与社会的交互及对社会的影响，潜在的公平性问题、伦理问题、法律挑战，树立科学合理的伦理观，保证人工智能健康、合法地发展。

围绕核心素养构建课程内容

课程内容不仅是育人目标和课程目标的关键载体，更是学科教学活动的核心要素。需要将课程内容的构建放置于时代意义、学科价值以及学生认知能力的整体框架中进行考量，关注学生学习经验对内容接纳的可能性及科学技术学科特有的实践特性，避免出现高深莫测的“虚幻”内容或囿于某一特定软硬件平台的内容。

结合《素养框架》和《课程标准》，学校人工智能课程内容可以包括以下4类内容：

第一，人工智能相关概念和发展历程为核心的基础内容。以学生能够理解和掌握的与生活实际相联系的人工智能应用场景为背景，认识芯片、传感器，理解数据和计算、问题表达与求解。第二，以人工智能算法、自然语言处理、计算机视觉、机器学习、深度学习、模型开发等为核心的技术内容。结合语音识别、人脸识别、影像诊断、智能家居等让学生理解人工智能技术及应用原理和实现过程，初步形成人工智能感性经验。第三，机器人、无人驾驶、智慧医疗等典型场景的应用内容。从工业、医疗、交通、法律、教育等不同领域提取人工智能技术应用真实场景和典型案例，理解人工智能特有的问题解决方法，培养学生利用智能技术解决现实问题的意识和能力。第四，以人工智能社会与人文、人工智能安全和发展为核心的伦理内容。呈现人工智能技术应用潜在的伦理挑战以及对个人、社会等的潜在影响，关注人工智能技术引发的公平、安全、道德、法律等问题，引导学生辨析应用的利与弊，树立正确的人工智能价值观念，确保“技术向善”。需要注意的是，以上4类内容不应是单线性的依次排列、逐步实施的关系，而应是互为一体的融合。

构建知行合一的课堂实践学习样态

人工智能学科的实践特性决定了课程实施要结合学生认知规律和生活经验，依托真实问题和现实任务，体现真实性、挑战性、进阶性等特征。在人工智能课程教学中，应以应用类内容为载体，以基础类内容为要素，以技术类内容为支撑点，以伦理类内容为反思点，统整各部分学习内容，让人工智能学习内容与学生的真实世界相连接，构建一个知行合一、生动实践的课堂实践学习样态。

一是选择感知、体验类案例进行观摩，或将人工智能实景体验作为内容，帮助学生形象感知、深入体会人工智能技术的功能和实际应用，培养学生对人工智能场景的观察和理解能力，激发学生的学习兴趣和创新能力。如语音识别技术在汽车驾驶、智能家居、智能助教、医疗助手等场景的应用，帮助学生感受泛在的人工智能技术应用、体会人工智能技术为人类生活带来的便利；通过手机刷脸解锁、人脸识别支付、虚拟自动驾驶室等实景体验，助力学生理解智能交互，并能够将数字世界与现实世界相结合。

二是以问题链、启发式对话等形式展示学习内容，引导学生通过探索和思考来理解人工智能的概念和原理，增进对人工智能价值的思考和辨别能力。如将计算机视觉技术与人类视觉的形成进行类比，帮助学生理解摄像头类似人的眼睛，感知外界环境，理解外界环境。在体验、理解、实践人工智能技术的过程中，合理设置人工智能有哪些应用，将产生什么影响，应该怎么应对等问题链，引导学生正确认识人工智能、深入思考人工智能价值、合理应对人工智能带来的挑战。

三是基于“做中学”理念，开展项目式学习实践。将课程内容转化为可执行、可操作的探究项目。如引导和组织学生设计智能机器人编程项目、智能语音助手开发项目或探索设计智能决策系统模型构建项目，以项目为载体整合学生需要掌握的基础知识、实践能力和伦理态度，运用基本的身体动作、心智活动或人际关系促进认知结构整合，形成采用模式思考、识别和处理新问题的能力。

四是运用情景模拟营造文化氛围的形式，加深学生对区域特色文化的认知和理解，培养学生具备人工智能与本土文化融合能力。如模拟本地文化遗产保护情景，引导学生将人工智能和本土文化相结合，通过设计文物保护监测、文化遗产数字化展示、文化遗产保护规划等，使学生了解并思考运用人工智能技术推动民俗文化发展。

五是设计技术哲学和道德两难性问题讨论、技术问题引发的灾难分析、人工智能相关科幻片评析等内容，引导学生形成人工智能伦理意识和思考技术的问题习惯，以培养学生人工智能伦理认知能力。如通过研究算法失误导致的医疗事故案例，引导学生认真思考技术问题可能带来的灾难性后果，探索提出改进和解决方案，启发学生思考智能技术发展中如何保持人机关系的平衡，理性看待人工智能技术与人类社会的互动、共生、协同、依存等关系。

课程开发者应当动态把握人工智能发展趋势，结合学校及地区条件，选取合适的教学材料，积极改造或自主编写课程内容。同时根据课程内容的呈现需要，创新与内容相匹配的教学方法，合理规划不同类别内容的比例，让人工智能课程内容适切学生实际生活中的人工智能应用需求，适应学生对于复杂问题的认知层次，最终实现从素养要求到课堂实践的有效转化。

（作者丁黎军系西北师范大学教育技术学院讲师，郭炯系西北师范大学教育技术学院院长）

■基层案例

创设多维任务玩转智能飞行

李红梅

SMAC（Social——社交化，Mobile——移动化，Analytic——大数据分析，Cloud——云计算）拓展课程是重庆市沙坪坝区树人景瑞小学人工智能校本课程之一。我在接触智能飞行课程后，一直在思考如何设计课程，让学生收获更多知识。

开课初期，我问学生为什么选择这门课程，一石激起千层浪。“除夕夜，重庆举办大型光影无人机焰火表演，其中无人机表演的壮美山水我太喜欢啦。”“我想知道3000架无人机矩阵表演是怎么弄出来的。”基于学生们的兴趣，我查阅了无人机相关内容、咨询了学校信息技术教师，最终确定课程以无人机为载体，以能说出无人机飞行原理、飞行安全常识、无人机的组成部分，能手动操控无人机，能编程操控无人机（重点），能编队飞行（难点）的手、眼、脑一体教育为目标，设计了集拍摄、操控和编程为一体的智能飞行课程。课程为期16周，共计16课时。

课程初期理论学习中，我利用网络空间建立“飞行知识我知道”共享文件夹，让学生借助移动终端，自主查阅资料，用图片、视频和文字的形式记录并上传至网络学习空间，为整个项目的实施打下理论基础。学生经过利用遥控器控制无人机按指定的路线飞行、通过障碍等基础训练后，在编程飞行环节，我引导学生先观察给定的飞行路径，设计飞行路线并画在草稿本上，再利用软尺等工具，测量每个障碍物间的距离，最后用软件进行编程。学生们积极分享他们的编程思路：“我是这样想的，先起飞，到达任务1进行悬停，再到达任务2原地旋转180°，再依次完成任务3和4，最后在指定地点降落。”“我跟你不太一样，我设计的是，起飞后先通过任务3和4穿过竖圈和横圈，因为这是我擅长的任务，可以多得分，再依次通过任务1和2，最后降落。”经过不断的编程、试飞和调试，学生完成了一个又一个任务，通过了一个又一个挑战路线，在不断的挑战中成长。

下一环节，进入本课程的难点，编队飞行。这个环节学生要同时对多架无人机进行编程，并控制多架无人机执行同一个任务。我引导学生用逆推的方法来思考：先确定好要编队造型，如在空中呈现一个“大”字。再根据这个造型确定无人机的数量和每个编号无人机的最终位置，最后根据无人机的最终位置来确定无人机的起点位置和飞行路径。虽然这个环节对于小学生来说，有一定难度，但经过与教师的交流、与同学的合作，最终学生们完成了一些简单造型的编队飞行，如在空中呈现一个爱心，并在学校的第11届科技节中精彩展示编队飞行，得到了一致好评。

数字技术和资源为这门课提供了有力的支撑，教学方式的改变、平台资源的运用、各类技术的融合，让学生在自己感兴趣的世界中不断探索，让我向一专多能的教师转型迈出了一大步。

（作者单位系重庆市沙坪坝区树人景瑞小学）