中小學(xué)人工智能課程評價(jià)體系構(gòu)建與研究

摘要：本研究是從目前中小學(xué)人工智能評價(jià)遇到的問題入手，創(chuàng)造性地提出多模態(tài)等級(jí)評價(jià)體系的方法。本研究采用觀察法、調(diào)查法、分析法等研究方法，詳細(xì)描述北京市第八中學(xué)怡海分校（以下簡稱“我?！保┤绾螛?gòu)建人工智能評價(jià)體系，提升人工智能學(xué)科學(xué)習(xí)效果，在我校人工智能學(xué)科起到的巨大作用，有效解決當(dāng)前人工智能學(xué)科測評遇到的問題。

關(guān)鍵詞：人工智能;評價(jià)體系;應(yīng)用研究

2017年國務(wù)院頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》明確指出， “實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育” [1]。中小學(xué)生開展人工智能學(xué)習(xí)已經(jīng)提升，達(dá)到國家戰(zhàn)略的高度，因此，非常有必要對人工智能的教學(xué)、評價(jià)、應(yīng)用等進(jìn)行全面深入的研究。在基于人工智能素養(yǎng)教學(xué)改革背景下，對中小學(xué)生人工智能素養(yǎng)的學(xué)習(xí)過程中，需要科學(xué)化的、專門化的中小學(xué)生人工智能測評體系。2020年教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》的通知也指出，“制定相應(yīng)評價(jià)指標(biāo)體系，開展規(guī)?；瘻y評，實(shí)施有針對性的培養(yǎng)和培訓(xùn)” [2]。所以人工智能測評體系的構(gòu)建有重大的理論意義和實(shí)踐意義。我校從2003年開始講授《人工智能》課程，并且大規(guī)模開展人工智能班教學(xué)，取得良好的教學(xué)效果，對人工智能素養(yǎng)測評有一定的積累。

一、評價(jià)體系的理論基礎(chǔ)

（一）人工智能素養(yǎng)定義

在國家的大力提倡和支持下，人工智能素養(yǎng)問題也引起了國內(nèi)外研究者的關(guān)注，并圍繞人工智能素養(yǎng)的概念與內(nèi)涵開展了一系列研究。具體內(nèi)容如下：2017版《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》對人工智能定義進(jìn)行了明確的界定，即“人工智能是通過智能機(jī)器延伸、增強(qiáng)人類改造自然和治理社會(huì)能力的新興技術(shù)” [3]。對于人工智能素養(yǎng)，學(xué)界目前沒有統(tǒng)一的定義，從信息素養(yǎng)和人工智能素養(yǎng)的關(guān)聯(lián)性來看，我們可以看到。信息技術(shù)核心素養(yǎng)有四個(gè)維度，即計(jì)算思維、信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會(huì)責(zé)任。參照信息素養(yǎng)的測評方法，我們制定了人工智能的測評體系。人工智能素養(yǎng)比信息素養(yǎng)多一個(gè)維度，把“學(xué)習(xí)與創(chuàng)新”維度拆分成“知識(shí)”與“技能”，即人工智能思維、人工智能意識(shí)、人工智能倫理與責(zé)任、人工智能技能、人工智能知識(shí)五個(gè)維度。

1.人工智能思維

人工智能思維是指在人工智能時(shí)代背景下，用人工智能的思維方式來發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題一系列思維方式。人工智能思維的核心是認(rèn)知和應(yīng)用。例如，我在講人工智能《智能傳感器》這一章節(jié)時(shí)，教材提到根據(jù)雨滴傳感器和智能伸縮晾衣竿的結(jié)合，可以有效避免正在晾干衣服被淋濕。學(xué)習(xí)完本課的拓展環(huán)節(jié)，有同學(xué)突發(fā)奇想，想制作一個(gè)能夠檢測汽車輪胎壓力并能顯示和超限報(bào)警的模擬裝置，他解釋說利用該裝置的及時(shí)提醒，可以有效避免一些因車速過快、急轉(zhuǎn)彎或者路面不平造成的爆胎類交通事故。

2.人工智能意識(shí)

人工智能意識(shí)是指對人工智能的態(tài)度和觀點(diǎn)，以及潛在的使用人工智能解決問題的方法。包含：

（1）人工智能方法及應(yīng)用意識(shí)：當(dāng)遇到問題時(shí)，想到使用人工智能來解決以及使用人工智能合理構(gòu)建解決問題的方法。

（2）人工智能影響意識(shí)：要意識(shí)到人工智能是把雙刃劍，既能夠給人類帶來極大的促進(jìn)，產(chǎn)生正面的影響，也可能由于過度開發(fā)或者過度依賴人工智能產(chǎn)生負(fù)面的影響。

（3）人工智能憂患意識(shí)：當(dāng)人工智能出現(xiàn)極大發(fā)展后，有很多人擔(dān)憂人工智能會(huì)部分的取代人類，對人工智能的發(fā)展產(chǎn)生一些抵觸情緒。我們既不能過度擔(dān)憂人工智能發(fā)展會(huì)給人類帶來憂患，也要保持對人工智能的適度警惕。

3.人工智能倫理與責(zé)任

人工智能涉及的倫理問題，比如著名的電車問題，講述的就是失控的電車是碾壓5人還是碾壓1人的抉擇，人工智能該如何判斷并作出決策。在感受到人工智能倫理問題的同時(shí)，又該如何承擔(dān)起人工智能責(zé)任？不制造破壞人類生活的人工智能產(chǎn)品。

4.人工智能技能

人工智能技能是制作人工智能產(chǎn)品的能力，即能否從人工智能產(chǎn)品創(chuàng)想到產(chǎn)品實(shí)物，制作出真實(shí)能用的人工智能產(chǎn)品，通常包括智能交通產(chǎn)品、智能農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、智能家居產(chǎn)品、智能交通產(chǎn)品等等。人工智能技能根據(jù)復(fù)雜程度可以分為以下幾種：（1）制作單傳感器人工智能產(chǎn)品。能夠開發(fā)只利用一個(gè)傳感器的產(chǎn)品，例如發(fā)光二極管實(shí)驗(yàn)，按鈕按壓實(shí)驗(yàn)，超聲波實(shí)驗(yàn)等等。（2）多傳感器人工智能產(chǎn)品。能夠開發(fā)兩個(gè)以上傳感器的產(chǎn)品，例如跑馬燈、交通燈、按鈕和聲音傳感器組成的點(diǎn)歌系統(tǒng)等等。（3）與環(huán)境做交互的復(fù)雜人工智能產(chǎn)品。能夠開發(fā)多個(gè)傳感器產(chǎn)品，并且可以與環(huán)境進(jìn)行復(fù)雜的交互，完成比較復(fù)雜的功能，例如智能農(nóng)業(yè)系統(tǒng)，智能家居系統(tǒng)，智能交通系統(tǒng)。

5.人工智能知識(shí)

關(guān)于人工智能知識(shí)，參照信息技術(shù)2017版課程標(biāo)準(zhǔn)，我們對人工智能素養(yǎng)知識(shí)維度做了限定：（1）了解人工智能定義、基本特征，能夠說出人工智能發(fā)展的三個(gè)階段及著名學(xué)派、簡單的人工智能應(yīng)用以及發(fā)展趨勢。（2）了解人工智能的基本術(shù)語，比如監(jiān)督學(xué)習(xí)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí)等。（3）了解人工智能的基本算法，例如KNN算法，學(xué)習(xí)基本編程語言（例如變量、三大基本結(jié)構(gòu)等）。（4）結(jié)合一定案例，深入了解人工智能核心算法，例如啟發(fā)式搜索、決策樹、遺傳算法等等。（5）了解目前人工智能主流趨勢，深入了解深度學(xué)習(xí)、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。（6）綜合應(yīng)用人工智能知識(shí)，合理編制程序和算法，結(jié)合開源硬件，能夠搭建能與環(huán)境做復(fù)雜交互的人工智能作品。

（二）評價(jià)方法

教學(xué)評價(jià)分為表現(xiàn)性評價(jià)、過程性評價(jià)和發(fā)展性評價(jià)。正因?yàn)楸憩F(xiàn)性評價(jià)具有上述超越于傳統(tǒng)學(xué)業(yè)成就測驗(yàn)的優(yōu)勢，它在當(dāng)代教育評價(jià)領(lǐng)域占有了一席之地;也正因?yàn)楸憩F(xiàn)性評價(jià)體現(xiàn)了重視過程性評價(jià)、和質(zhì)性評價(jià)，表現(xiàn)性評價(jià)和發(fā)展性評價(jià)更多地需要關(guān)注學(xué)生的學(xué)習(xí)過程和產(chǎn)品制作過程，更多的是整體評價(jià)。而整體評價(jià)是建立在過程性評價(jià)基礎(chǔ)，本研究重點(diǎn)闡述過程性評價(jià)中測驗(yàn)體系的構(gòu)建。

二、表現(xiàn)性評價(jià)體系的建立

對學(xué)生進(jìn)行人工智能評價(jià)需要結(jié)合平時(shí)的表現(xiàn)進(jìn)行綜合評定，主要的評價(jià)要點(diǎn)有：1.能夠現(xiàn)場完成課上人工智能制作作品任務(wù)并能清晰地表達(dá)出來;2.具備良好的人工智能意識(shí)，應(yīng)用到學(xué)習(xí)和生活中并制作相應(yīng)的作品， 提交相應(yīng)的照片或視頻材料。3.在人工智能課上或?qū)W?？萍脊?jié)上，能夠有人工智能作品展示;4.在各級(jí)各類大賽中，獲得人工智能方面的獎(jiǎng)項(xiàng)。

三、發(fā)展性評價(jià)體系的建立

對學(xué)生進(jìn)行發(fā)展性評價(jià)有多個(gè)維度，主要有以下幾個(gè)維度：1.評價(jià)目標(biāo)多元化，促進(jìn)學(xué)生個(gè)性發(fā)展;2.評價(jià)主體多元化，促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)發(fā)展;3.評價(jià)內(nèi)容多元化，促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展;4.評價(jià)方式多元化，促進(jìn)學(xué)生健康發(fā)展。

四、過程性評價(jià)體系的建立——測驗(yàn)的編制

過程性評價(jià)主要依靠測驗(yàn)來完成。測驗(yàn)的編制盡量做到公平、公正，能夠客觀地反映學(xué)生的人工智能素養(yǎng)。測樣是由“維度、層次、等級(jí)”三個(gè)指標(biāo)進(jìn)行評估。整個(gè)過程性評價(jià)測驗(yàn)可以分為五個(gè)維度。

（一）劃分維度

人工智能素養(yǎng)可劃分為5個(gè)維度，即人工智能思維、人工智能意識(shí)、人工智能倫理與責(zé)任、人工智能知識(shí)和人工智能技能。這五個(gè)維度相輔相成，互相補(bǔ)充，構(gòu)成了人工智能素養(yǎng)評定的五個(gè)支柱。

（二）劃分層次

參考布魯姆教育目標(biāo)分類法，對每個(gè)維度又劃分若干層次，不同維度有不同層次，

1.人工智能思維

（1）能夠?qū)θ斯ぶ悄苁聞?wù)進(jìn)行剖析;（2）能夠綜合使用人工智能解決問題;（3）能夠?qū)θ斯ぶ悄苁聞?wù)做出恰當(dāng)?shù)脑u價(jià)。

2.人工智能意識(shí)

（1）能夠了解現(xiàn)實(shí)生活中哪些事務(wù)應(yīng)用了人工智能;（2）能夠了解人工智能的作用;（3）能夠應(yīng)用人工智能解決問題。

3.人工智能倫理與責(zé)任

（1）能夠了解人工智能倫理問題，例如電車問題;（2）能夠剖析人工智能倫理問題;（3）能夠合理避免人工智能倫理問題，發(fā)表自己的觀點(diǎn);（4）能夠在剖析人工智能倫理問題上提出初步解決方案（文字）;（5）能夠在剖析人工智能倫理問題上提出初步解決方案（程序）;（6）能夠完美解決人工智能倫理問題并承擔(dān)相應(yīng)責(zé)任。

4.人工智能技能

（1）能夠利用單一傳感器制作簡單人工智能作品（單一傳感器級(jí)）時(shí)序燈（單一傳感器、無環(huán)境交互）;（2）能夠利用多種傳感器制作簡單交互的人工智能作品（兩種及以上傳感器）（兩種及以上傳感器+無環(huán)境交互）按鈕+時(shí)序燈;（3）能夠利用多種傳感器制作復(fù)雜交互的人工智能作品（兩種及以上傳感器）（兩種及以上傳感器+環(huán)境交互）;（4）能夠完成網(wǎng)上例程和人工智能硬件結(jié)合（圖像識(shí)別、語音識(shí)別等）;（5）能夠?qū)崿F(xiàn)簡單程序和人工智能硬件結(jié)合（圖像識(shí)別、語音識(shí)別等）;（6）能夠編制主流人工智能程序，并和硬件搭配實(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的功能。

5.人工智能知識(shí)

（1）能夠了解人工智能的歷史（發(fā)展階段）、學(xué)派、人工智能定義;（2）能夠了解人工智能的基本術(shù)語，例如有監(jiān)督學(xué)習(xí)和無監(jiān)督學(xué)習(xí)、強(qiáng)化學(xué)習(xí);（3）能夠了解語音識(shí)別、圖像識(shí)別和專家系統(tǒng);（4）能夠了解人工智能的基礎(chǔ)算法，例如KNN算法;（5）能夠了解人工智能的核心算法，例如遺傳算法等;（6）能夠深入了解深度學(xué)習(xí)模型、機(jī)器學(xué)習(xí)。

（三）劃分等級(jí)

根據(jù)維度和層次的不同組合，可以生成學(xué)生對應(yīng)的等級(jí)。等級(jí)基本上可以對應(yīng)相應(yīng)年齡學(xué)生的學(xué)習(xí)程度。每個(gè)等級(jí)是依次遞進(jìn)且銜接的，這樣便于學(xué)生逐級(jí)學(xué)習(xí)。按照中小學(xué)四個(gè)階段（幼兒園、小學(xué)、初中、高中）、十個(gè)等級(jí)（幼兒園1級(jí)，小學(xué)2-4級(jí)，初中5-7級(jí)，高中8-10級(jí)）、每級(jí)若干考點(diǎn)，同一個(gè)考點(diǎn)可分四個(gè)層次（例如有監(jiān)督學(xué)習(xí)和無監(jiān)督學(xué)習(xí)幼兒園考查1層，小學(xué)考查2層，初中3層，高中第4層）。例如1-4級(jí)的考核標(biāo)準(zhǔn)如下：

1.一級(jí)（幼兒園級(jí)）考核范圍

人工智能意識(shí)：能夠了解現(xiàn)實(shí)生活中哪些事務(wù)應(yīng)用了人工智能。

人工智能思維：無要求。

人工智能倫理與道德：能夠了解人工智能對人類既可能極大促進(jìn)，也可能帶來危害。

人工智能知識(shí)：（1）了解人工智能的實(shí)例（刷臉門禁、手機(jī)指紋解鎖、面部識(shí)別轉(zhuǎn)賬等）;（2）了解聲音識(shí)別的實(shí)例，能夠做簡單聲音訓(xùn)練并識(shí)別（芝麻開門）;（3）了解簡單的圖像識(shí)別實(shí)例，能夠進(jìn)行簡單的手寫識(shí)別或面部識(shí)別解鎖平板電腦。

人工智能技能：了解簡單LED燈亮滅的實(shí)例，并能進(jìn)行搭建。

2.二級(jí)（小學(xué)四年級(jí)及以下）考核范圍

人工智能意識(shí)：能夠了解現(xiàn)實(shí)生活中哪些事務(wù)應(yīng)用了人工智能。

人工智能思維：無要求。

人工智能倫理與道德：初步了解人工智能帶來的倫理問題及如何應(yīng)對。

人工智能知識(shí)：（1）了解計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)，馮諾依曼結(jié)構(gòu)等;（2）了解計(jì)算機(jī)軟件知識(shí)，軟件分類等;（3）了解計(jì)算機(jī)數(shù)值問題，二進(jìn)制、八進(jìn)制、十六進(jìn)制;（4）了解編程語言的發(fā)展及分類;（5）初步了解人工智能算法;（6）了解人工智能歷史，知道各個(gè)人工智能標(biāo)志性事件和發(fā)展階段;（7）了解人工智能評定的方法，對圖文測試和中文屋子有一定了解;（8）能夠辨析身邊的人工智能實(shí)例;（9）初步了解人工智能概念和外延;（10）初步了解機(jī)器人學(xué)習(xí)感念和相關(guān)事例。

人工智能技能：了解簡單跑馬燈亮滅的實(shí)例，并能進(jìn)行搭建。

3.三級(jí)（小學(xué)5年級(jí)）考核范圍

人工智能意識(shí)：（1）能夠了解現(xiàn)實(shí)生活中哪些事務(wù)應(yīng)用了人工智能;（2）能夠了解人工智能的作用。

人工智能思維：無要求。

人工智能倫理與道德：了解人工智能倫理問題。

人工智能知識(shí)：（1）了解網(wǎng)絡(luò)搜索分類，能夠利用網(wǎng)絡(luò)查找需要的信息資源;（2）學(xué)會(huì)利用網(wǎng)絡(luò)獲取所需信息;（3）了解信息、數(shù)據(jù)和知識(shí)之間的關(guān)系;（4）了解文件分類的方法，知道常見的文件擴(kuò)展名;（5）了解人工智能歷史，知道各個(gè)人工智能階段標(biāo)志性事件和重要任務(wù);（6）了解人工智能的發(fā)展趨勢;（7）了解聲音識(shí)別的基本步驟;（8）了解圖像識(shí)別的主要步驟; （9）了解人工智能編程的三大結(jié)構(gòu)特點(diǎn);（10）了解變量的定義和類型;（11）能編寫求圓面積、計(jì)算周長等不少于10行簡單程序;（12）初步了解人工智能算法。

人工智能技能：了解簡單LED燈亮滅的實(shí)例，并能進(jìn)行搭建跑馬燈、燈帶等復(fù)雜燈光人工智能作品。

4.四級(jí)（小學(xué)6年級(jí)）考核范圍

人工智能意識(shí)：（1）具有良好的信息安全意識(shí)，具備良好的信息道德與倫理;（2）了解我國信息與信息技術(shù)法律。

人工智能思維：能夠?qū)θ斯ぶ悄苁聞?wù)進(jìn)行剖析

人工智能倫理與道德：能夠了解人工智能倫理問題，例如電車問題。

人工智能知識(shí)：（1）具備常見的計(jì)算機(jī)硬件知識(shí)，例如馮諾依曼五大部件（2）了解計(jì)算機(jī)軟件知識(shí)，例如文件類型及對應(yīng)軟件的使用方法（3）了解計(jì)算機(jī)進(jìn)制換算（4）了解程序在內(nèi)存中運(yùn)行的過程（5）了解圖靈測試;（6）了解人工智能的分類（7）了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及應(yīng)用（8）了解語音識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)的基本原理（9）了解自然語言處理（10）了解專家系統(tǒng)以及應(yīng)用（11）初步了解計(jì)算機(jī)算法，對程序編制有一定基礎(chǔ)，例如數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

人工智能技能：人工智能素養(yǎng)評價(jià)是對人工智能學(xué)習(xí)的非常好的總結(jié)和測量，可以有效地檢測人工智能學(xué)習(xí)，是在充分理解教育教學(xué)規(guī)律基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對教學(xué)過程、教育評價(jià)和教育管理的支持[4]，提升人工智能素養(yǎng)。希望能夠在以后的人工智能教育教學(xué)中以及人工智能課題研究中，更加完善對中小學(xué)人工智能素養(yǎng)的評價(jià)，更大程度的提升中小學(xué)生人工智能素養(yǎng)。

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1] 國務(wù)院 . 國務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知 [Z]. 國發(fā)（2017）35號(hào)，2017-07-08.

[2] 教育部 . 教育部關(guān)于印發(fā)《教育信息化 2.0 行動(dòng)計(jì)劃》的通知 [Z]. 教技（2018）6號(hào)， 2018-04-18.

[3]中華人民共和國教育部制定.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2018.15-18

[4] 黃榮懷 . 信息化環(huán)境下的課堂教學(xué)變革 [J]. 開放教育研究，2019，25（5）：11-22.

作者單位：徐啟發(fā)? ? 北京市第八中學(xué)怡海分校

課題項(xiàng)目：本文系北京市教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度一般課題“基于網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)空間混合式學(xué)習(xí)的應(yīng)用研究”課題的研究成果，課題批準(zhǔn)號(hào)：CHDB2020404。

徐啟發(fā)（1978.06-），男，漢族，河北保定，碩士研究生，中學(xué)高級(jí)，研究方向：現(xiàn)代教育技術(shù)。