基于核心素養(yǎng)的高中人工智能課程的問題與策略分析

馬濤

[摘要]人工智能自2017年起成為基礎教育改革中高中信息技術課程的熱搜詞，對提升學生核心素養(yǎng)、培養(yǎng)我國的人工智能儲備人才具有重要意義。文章通過分析目前珠海人工智能課程實施背景、現(xiàn)狀以及挑戰(zhàn)，結合珠海市普通高中開展相關課程的教學實踐，提出開展人工智能課程的策略與建議：以加強政策與制度研究、注重專業(yè)人才培養(yǎng)與建設、側重數(shù)據(jù)管理評價、著力共同體隊伍建設、推廣典型應用案例經(jīng)驗五個方面，為在高中階段系統(tǒng)地開設基于核心素養(yǎng)的高中人工智能課程提供參考。

[關鍵詞]核心素養(yǎng);人工智能;現(xiàn)狀;策略分析

隨著近年來人工智能技術的高速發(fā)展，人工智能在各領域、各行業(yè)正引領新一輪的科技革命與變革，逐步成為國際競爭和產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新焦點。2017年7月8日，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”。2018年1月，中共中央、國務院發(fā)布《全面深化新時代教師隊伍建設改革的意見》，提出教師要主動適應信息化、人工智能等新技術變革，積極有效開展教育教學。2018年4月，教育部頒布《教育信息化2.0行動計劃》，強調構建人工智能多層次教育體系，在中小學階段引入人工智能普及教育，并進一步對人工智能教師培養(yǎng)、完善課程方案和標準做出要求。然而，新形勢下的中小學人工智能教育雖已成為一個熱門話題，但如何讓人工智能教育真正落到實處，還有許多問題值得深入研究。本文分別從人工智能的發(fā)展歷程、珠海高中人工智能教育課程的背景問題與挑戰(zhàn)、開展本地課程的策略與建議三方面，探討可能面臨的困難和障礙及應對策略，并展望未來發(fā)展的道路。

一、人工智能的發(fā)展歷程

“人工智能”（Artificial Intelligence，AI）的術語最早在1956年召開的達特茅斯研討會（DartmouthWorkshop）中被提出，當時的定義為“人工智能是擁有模擬能夠被精確描述的學習特征或智能特征的能力的機器”。從歷史發(fā)展的角度看，人工智能教育的發(fā)展可分為啟蒙、探索與發(fā)展三個階段。20世紀50年代，教育領域開始出現(xiàn)教學儀器和程序教學，并產(chǎn)生了計算機輔助教學系統(tǒng)和Algol、Logo編程語言的雛形，這些教育成果孕育了人工智能教育的啟蒙。20世紀70年代，人工智能教育研究進入探索階段，計算機輔助教學逐漸取代程序教學，并逐步發(fā)展成為智能教學系統(tǒng)、自適應學習系統(tǒng)等。2010年以來，人工智能教育進入發(fā)展階段，大數(shù)據(jù)、機器學習、計算機視覺、人機交互等技術的出現(xiàn)，進一步拓展了智能教學系統(tǒng)的功能，研究主要集中在工具學習、環(huán)境感知學習和教育機器人學習等方面。

二、珠海高中人工智能教育課程的背景、問題與挑戰(zhàn)

（一）珠海高中人工智能課程實施的背景

2017年國務院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》發(fā)布后，教育部《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》做出了相應調整：人工智能相關主題從選修二變更為選擇性必修四，獨立成冊。同時，在必修一模塊《數(shù)據(jù)與計算》中也略有涉及，并提出核心素養(yǎng)概念：依據(jù)信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任四個學科核心素養(yǎng)，以及數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)、信息社會四個學科大概念，對課程目標、課程結構、教學內容進行重新架構，對教授者和學習者提出了更高、更深層次的要求。

因此，人工智能作為高中信息技術國家課程的組成部分，研究如何在高中開設人工智能相關課程，必然涉及其與信息技術課程的關系。信息技術課程描述的算法、流程、模型等是人工智能課程的基礎，人工智能主導的大數(shù)據(jù)、機器學習、人機交互則是信息技術課高度凝練的體現(xiàn)。

（二）珠海高中人工智能課程的問題與挑戰(zhàn)

自2017年《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》發(fā)布以來，目前珠海市相當數(shù)量的普通高中均已開展人工智能校本課程的初步探索，如珠海市一中開展“基于Pyhton的大數(shù)據(jù)分析”與“人工智能設計與初步”課程、珠海市二中開展如“體驗與設計智能家居”課程、北京師范大學（珠海）附屬高級中學開展“簡易機器人制作”課程、珠海市實驗中學開展“人工智能初體驗”課程、珠海市和風中學開展“基于Simba和Mind+的智能設計”課程等，為學生后期開展人工智能系統(tǒng)學習奠定了基礎。

但是，由于一線教師對人工智能教育的內涵、外延沒有統(tǒng)一、清晰的認識，難以嚴格、準確地描述此類校本課程與人工智能的確切關系，導致此類課程僅在內容上與人工智能概念有少許關聯(lián)，目標、形式、方法與人工智能的核心差距巨大。此外，由于每位教師對人工智能的學習目標與方式理解不一，可能讓學生對人工智能概念產(chǎn)生偏差：缺少訓練模型，匱乏數(shù)據(jù)加持、短缺報告支撐等情況都在一定程度上限制了本地人工智能課程的開展，為日后人工智能課程的開設會帶來更大的挑戰(zhàn)。

1.學科課時安排方面

人工智能課程實施的良好載體為國家統(tǒng)一要求開設的信息技術課程。在《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》中，明確要求必修課程3學分，共54學時，各省份可根據(jù)自身實際情況開展合格性考試。目前，珠海各高中在當前學業(yè)負擔較重、課時緊張的情況下，必修一《數(shù)據(jù)與計算》與必修二《信息系統(tǒng)與社會》實施均顯捉襟見肘，課時被壓縮，人工智能模塊的課程開設則更無保障。各高中想從校本課程中安排課時，需受學校各種實際條件、學校特色發(fā)展思路等限制，無法做到全面普及、面面俱到。

2.教學師資建設方面

無可厚非，教學師資隊伍的建設是人工智能課程開設的核心。作為教學實施的主體，其教學水平?jīng)Q定著課程實施的完整性與前瞻性。當前，珠海高中先行嘗試人工智能課程的教師多為經(jīng)驗豐富的青年骨干教師，多采用抱團式學習的方法開展課程，沒有領導的支持和專業(yè)的學習，僅憑一腔熱血很難將課程實施到位。所以，通過何種專業(yè)培訓使學校層面認識到人工智能課程實施的重要性，如何保障學校骨干教師受訓過程中的時間分配、精力補給與課程資源都是需要積極考慮的問題。同時，興趣是最好的老師，如何提升“吃螃蟹”教師的成就感與榮譽感，均需要學校的行政部門做好大量前期調研與準備工作。

3.課程實施目標方面

人工智能包含內容廣泛，研究不僅包括我們通常理解的人工智能技術應用于教學過程的“引、學、練、測、評”五個環(huán)節(jié)，更應包括腦科學、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術方面的研究。高中一線教師在前期準備教學內容時，需要厘清人工智能教育與現(xiàn)有的信息技術教育、編程教育、機器人教育、STEAM教育、創(chuàng)客教育、競賽教育等概念的關系。在高中學段，學生究竟需要學什么，零基礎的學生如何入手，課程章節(jié)之間有何關聯(lián)，課程實施的目標是怎樣的？這些都是珠海教師和學校在摸索過程中需謹慎對待的問題，避免走彎路。

4.課程評價方面

各高中人工智能專兼職教師重點把握課堂教學內容的同時，如何對學習者的學習數(shù)據(jù)做出合理反饋和有效評價，是評價教學效果的重要一環(huán)。學習數(shù)據(jù)，可以是師生在教學中產(chǎn)生的教學數(shù)據(jù)，也可以是教師在進行教學管理中用到的已有數(shù)據(jù);可以是線上教育教學系統(tǒng)產(chǎn)生的實時數(shù)據(jù)，也可以是線下自主學習積累的歷史數(shù)據(jù)。本地高中教師由于習慣了日常教學的便捷，常常忽略過程性評價及結果性評價的跟蹤。結合數(shù)據(jù)的分析，構建基于大數(shù)據(jù)的評價模式，擺脫過往只注重評價結果的單一評價模式，對學生的學習過程、學習行為進行全面評估，并進行個性化、及時性的精準反饋，才能讓我們的人工智能課程走的更穩(wěn)更扎實。

5.設備應用方面

開設人工智能課程時，各學校教師均需借助相關教學實驗室及教學設備完成，如珠海一中借助Python平臺，珠海二中借助掌控版，珠海市和風中學借助樹莓派等實施校本人工智能課程，五花八門。但是，目前人工智能實驗室的國家建設標準并未出臺，相關設備的配備建議相對欠缺。對實施課程的本地教師和學校來說，課程開展需要何類型的新設備，或如何在學?，F(xiàn)有設備的基礎上降低成本，更新升級，提高應用實施的性價比，這些問題都需要專業(yè)人士更深入的思考與研究。

三、開展本地人工課程的策略與建議

（一）加強本地人工智能教育政策與制度研究

作為國家戰(zhàn)略實施的重要任務，為了推動人工智能課程，珠海本地教育行政部門應對未來教育形態(tài)有清晰的認識，要結合本地區(qū)的教育發(fā)展條件和基礎，開展深度調研和戰(zhàn)略研究，制定符合自身實情的各級各類實施方案，為課程得以平穩(wěn)、準確地開設夯實基礎。

同時，隨著人工智能教育應用的不斷深化，將會進一步模糊社會、學校和網(wǎng)絡空間的界限，從而衍生出倫理、法律及安全問題。這些，需要本地政府和本地教育行政部門層面研討出臺數(shù)據(jù)保護的細則及監(jiān)管框架，保護好師生個人隱私和合乎倫理，注重社會價值引導，加強預防和約束，才能使人工智能教育得到更好的發(fā)展。

（二）注重本地人工智能專業(yè)人才培養(yǎng)與建設

人工智能在教育領域的應用正不斷深化，但相應的人才卻存在很大缺口，作為課程實施的主體，本地實施學校應注重人工智能專業(yè)人才的培養(yǎng)，提供課程平臺，促進學校間的交流，給予更多的教師以學習機會，夯實專業(yè)基礎。此外，制定合理的人才培訓框架體系，采取“走出去，請進來”相結合的策略：如邀請人工智能專家、結合珠海本地優(yōu)勢，請高新企業(yè)走入中小學校園，組成人工智能課程或項目研發(fā)團隊;或聘請北京師范大學珠海校區(qū)、暨南大學、北京理工大學等高校相關教授作為中小學兼職教師，幫助中小學培養(yǎng)出一批高水平的人工智能教育專業(yè)人才支持課程的實施，提升技能水平。

（三）側重本地數(shù)據(jù)管理與反饋評價的探索

結合現(xiàn)有人工智能課程的實施狀況，市教育局教育質量監(jiān)測部門應組建專業(yè)的評價團隊，側重本地數(shù)據(jù)的管理，設計豐富、嚴謹?shù)脑u價量規(guī)，通過活動不斷完善評價量表，并做好數(shù)據(jù)的評價反饋機制，為摸索人工智能的學校教學提供重要支撐作用。

（四）著力本地小初高人工智能共同體隊伍建設與發(fā)展

要將在中小學將人工智能課程落到實處，絕不能將學習任務全部置于高中，而是應該通過“系統(tǒng)遞進課程+共同體隊伍構建”模式，促進團隊良性循環(huán)。如可采取小學體驗學習、初中通識學習、高中專業(yè)學習的方式，讓更多的學生了解人工智能的“黑匣子”，由被動學習轉為主動學習，對人工智能產(chǎn)生興趣，繼而才能深度學習，提升人隊伍的核心質量。

（五）推廣人工智能教育應用的典型案例與經(jīng)驗

人工智能具有創(chuàng)新的特點，它與早期教育信息化發(fā)展進程類似，存在發(fā)展不均衡、地區(qū)先行等特征。因此，可以借鑒前期教育信息化實踐應用的經(jīng)驗，試點先行，以點帶面。在教育部已經(jīng)公布的12個智慧教育示范區(qū)的示范引領下，目前珠海市已通過組織申報，遴選了一示范區(qū)、七試點校推送至省。目前，該示范區(qū)（校）全部入選中央電教館智能研修平臺，后續(xù)將設計系列教研活動、研究課題等，為本地同行搭建經(jīng)驗交流平臺，提升課程實施的效果，已然成為珠海開展人工智能教育的中堅力量。

四、結語

教育是一個講究“潤物細無聲”的系統(tǒng)工程，人工智能教育的最終目的是“育人”，即培養(yǎng)具有信息意識、計算思維、創(chuàng)新能力的學生，才能培養(yǎng)出更多適應智能時代的人工智能高端人才。如何有效、踏實地將人工智能課程落地，實施過程中的諸多問題需要政府、教育行政部門、高等院校、中小學的共同努力和進一步的實踐，這也是每一位教育工作者都應深入思考的問題。

本文系廣東省中小學“百千萬人才培養(yǎng)工程”專題科研項目2021年度課題《高中人工智能教學中的深度學習策略研究》（課題批準號：BQW2021JZN010）成果。

參考文獻

[1]中共中央，國務院.國務院關于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知[Z].2017-07-20.

[2]中共中央，國務院.關于全面深化新時代教師隊伍建設改革的意見[Z].2018-01-31.

[3]教育部.關于印發(fā)《教育信息化2.0行動計劃》的通知[Z].2018-04-13.

[4]Mccarthy J，Minsky M L，Rochester N，et al.A Proposal for the Dartmouth Summer Research Project on Artificial In tel- ligence[J].Journal of Molecular Biology，2006（1）：279-289.

[5]李振，周東岱，劉娜等.人工智能應用背景下的教育人工智能研究[J].現(xiàn)代教育技術，2018，（9）：19-25.

[6]馮翔，王亞飛，吳永和.人工智能教育應用的新發(fā)展[J].現(xiàn)代教育技術，2018，（12）：5-12.

[7]李海峰，王煒.國際領域“人工智能+教育”的研究進展與前沿熱點——兼論我國“人工智能+教育”的發(fā)展策略[J].遠程教育雜志，2019，（2）：63-73.

[8]王振強，中小學人工智能教育現(xiàn)狀問題與思考[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2019（11）：1-5.

[9]中華人民共和國教育部.普通高中信息技術學科課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020：17-19.