中小學(xué)人工智能課程核心素養(yǎng)構(gòu)建探究

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【摘要】中小學(xué)人工智能課程核心素養(yǎng)，是學(xué)生在人工智能課程學(xué)習(xí)過程中構(gòu)建逐步形成的、為適應(yīng)智能時(shí)代而應(yīng)具備的關(guān)鍵能力與必備品格。本文以智能時(shí)代為背景，以人工智能學(xué)科內(nèi)容為依據(jù)，凝練了中小學(xué)人工智能課程核心素養(yǎng)，并闡釋了其內(nèi)涵，最后提出了基于該核心素養(yǎng)的課程構(gòu)建思路。

【關(guān)鍵詞】中小學(xué)人工智能；核心素養(yǎng)；課程

2017年，國務(wù)院頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出：人工智能成為國際競爭的新焦點(diǎn)，應(yīng)實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)開設(shè)人工智能相關(guān)課程。[1]隨著相關(guān)政策陸續(xù)出臺(tái)，很快就引發(fā)了中小學(xué)人工智能教育的熱潮。然而，當(dāng)前許多人工智能課程在研發(fā)與教學(xué)實(shí)施的過程中，仍存在諸多問題，其根本原因在于目前中小學(xué)人工智能課程標(biāo)準(zhǔn)尚未建立，而部分學(xué)?；蛐Ｍ鈾C(jī)構(gòu)對(duì)于人工智能課程的育人價(jià)值與核心目標(biāo)又缺乏準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。因此，中小學(xué)人工智能課程核心素養(yǎng)的建立成了亟待解決的問題。

一、人工智能課程核心素養(yǎng)的概念

凝練人工智能課程核心素養(yǎng)，需要明確其概念，并厘清其與學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的關(guān)系。中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)是指學(xué)生應(yīng)具備的能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。[2]而人工智能課程核心素養(yǎng)，屬于學(xué)科核心素養(yǎng)的范疇。考慮到人工智能尚未成為中小學(xué)的獨(dú)立學(xué)科，因此可以將其稱為中小學(xué)人工智能課程核心素養(yǎng)。參照2017版教育部課程方案對(duì)學(xué)科核心素養(yǎng)的定義，可以認(rèn)為人工智能課程核心素養(yǎng)是學(xué)生通過人工智能課程的學(xué)習(xí)，逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。[3]余文森認(rèn)為，學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)與課程核心素養(yǎng)的關(guān)系是上位與下位、整體與部分、抽象與具體的關(guān)系；是目的、方向與手段、途徑的關(guān)系；是相互包含、融合和有機(jī)轉(zhuǎn)化、相互促進(jìn)的關(guān)系。[4]由此看來，人工智能課程核心素養(yǎng)從目標(biāo)和方向上是指向?qū)W生發(fā)展核心素養(yǎng)的，具體是指學(xué)生當(dāng)下或?qū)碓谌斯ぶ悄墉h(huán)境下或從事人工智能活動(dòng)時(shí)所需要的，并在人工智能課程學(xué)習(xí)中逐步形成的核心素養(yǎng)部分。

二、人工智能課程核心素養(yǎng)的構(gòu)建思路

人工智能課程核心素養(yǎng)的構(gòu)建，既要符合智能時(shí)代變革下對(duì)學(xué)生持續(xù)發(fā)展提出的新要求，也要充分考慮人工智能學(xué)科的內(nèi)容與特點(diǎn)，挖掘?qū)W科本身對(duì)學(xué)生發(fā)展的獨(dú)特價(jià)值。

1.以智能時(shí)代為基礎(chǔ)

以智能時(shí)代為基礎(chǔ)，應(yīng)當(dāng)聚焦于智能時(shí)代變革下，學(xué)生為把握機(jī)遇、應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)所需的必備品格和關(guān)鍵能力。周程等認(rèn)為，人工智能帶來的倫理與社會(huì)挑戰(zhàn)主要包括失業(yè)問題、隱私問題、算法偏見、安全問題、機(jī)器權(quán)利、機(jī)器道德自主性六個(gè)方面。[5]而這六方面的挑戰(zhàn)，也對(duì)學(xué)生提出了新的要求。（1）失業(yè)問題人工智能將取代大量的現(xiàn)有工作崗位，但也將解放人們大量的勞動(dòng)時(shí)間，并創(chuàng)造許多新工作崗位。對(duì)學(xué)生來說，需要理解智能時(shí)代的人在從事不同勞動(dòng)時(shí)其勞動(dòng)價(jià)值的轉(zhuǎn)變，形成智能時(shí)代新的勞動(dòng)價(jià)值觀。具體來說，學(xué)生需要思考：處于智能時(shí)代，我能做的事機(jī)器是否也能做？我是否應(yīng)該專注于機(jī)器所不能做的事？如果機(jī)器都能做，那么我做這件事，是否有獨(dú)特的價(jià)值？（2）隱私問題當(dāng)人們習(xí)慣于生物識(shí)別、智能推薦、智能導(dǎo)航等技術(shù)帶給我們便利的同時(shí)，卻可能忽略了因個(gè)人隱私暴露所帶來的潛在威脅。對(duì)于學(xué)生來說，需要有意識(shí)地建立隱私防范意識(shí)，這是智能時(shí)代自我保護(hù)的必要手段。（3）算法偏見受數(shù)據(jù)或相關(guān)開發(fā)人員的價(jià)值觀影響，人工智能算法可能產(chǎn)生偏見。如美國芝加哥法院的犯罪風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)就被認(rèn)為對(duì)黑人存在歧視。對(duì)學(xué)生來說，需要客觀理性地看待人工智能的能力范圍并評(píng)估其可能產(chǎn)生的影響，盡量避免人工智能系統(tǒng)產(chǎn)生的社會(huì)公平性等問題。（4）人身、財(cái)產(chǎn)安全技術(shù)的不完善或是使用不當(dāng)，都可能對(duì)人身、財(cái)產(chǎn)造成安全隱患。如無人駕駛汽車可能造成的交通事故，或是人工智能武器帶來的毀滅性危害等。對(duì)學(xué)生來說，不僅需要在人機(jī)協(xié)作時(shí)，確保發(fā)揮其本身的優(yōu)勢(shì)，又要避免其潛在的風(fēng)險(xiǎn)；同時(shí)也需要建立起相應(yīng)的智能社會(huì)責(zé)任感，以保證在進(jìn)行人工智能活動(dòng)時(shí)，能自覺遵守相關(guān)法律規(guī)定與道德規(guī)范。（5）機(jī)器權(quán)利爭論當(dāng)人工智能具備了某些人類的特性后，是否應(yīng)該同時(shí)賦予其人類所特有的權(quán)利，如人工智能作品的版權(quán)歸屬是否屬于其本身。（6）機(jī)器道德自主性隨著人工智能的持續(xù)發(fā)展，特別是當(dāng)強(qiáng)人工智能取得突破時(shí)，人工智能將逐步從被動(dòng)工具向主動(dòng)工具轉(zhuǎn)變，這將對(duì)人類現(xiàn)有倫理道德形成沖擊。機(jī)器權(quán)利與機(jī)器道德自主性，都屬于人工智能倫理的范疇。對(duì)于學(xué)生來說，理解人工智能會(huì)帶來哪些社會(huì)倫理的挑戰(zhàn)，并形成正確的人工智能倫理觀，將為學(xué)生在智能時(shí)代的長期發(fā)展指明正確方向。以上問題涉及對(duì)人的知識(shí)儲(chǔ)備、行為能力、思維方式、價(jià)值觀念與社會(huì)責(zé)任等全方位的挑戰(zhàn)?？梢哉J(rèn)為，這是學(xué)生適應(yīng)智能時(shí)代所需要的重要素養(yǎng)。

2.以學(xué)科內(nèi)容為依據(jù)

課程核心素養(yǎng)，需要以課程的教學(xué)內(nèi)容為依據(jù)。這意味著凝練出的課程核心素養(yǎng)應(yīng)當(dāng)是學(xué)生通過本學(xué)科教學(xué)活動(dòng)所能夠習(xí)得或逐步養(yǎng)成的，同時(shí)該學(xué)科的教學(xué)活動(dòng)對(duì)于該核心素養(yǎng)的形成又具有不可替代性。因此，有必要對(duì)中小學(xué)人工智能課程的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)一步梳理。本文將人工智能課程的教學(xué)內(nèi)容分解為通用知識(shí)、社會(huì)影響、原理技能與實(shí)踐應(yīng)用四個(gè)部分。（1）通用知識(shí)人工智能的基本概念、分類、發(fā)展歷史、主要學(xué)派等；通用知識(shí)的學(xué)習(xí)雖然無法直接培養(yǎng)學(xué)生的人工智能課程核心素養(yǎng)，但有助于學(xué)生了解人工智能，為其他內(nèi)容的學(xué)習(xí)、思考與實(shí)踐奠定基礎(chǔ)。（2）社會(huì)影響人工智能技術(shù)必然會(huì)對(duì)人們的生產(chǎn)、生活帶來巨大影響，這些影響有正面的，也有負(fù)面的。了解、感受人工智能的正面影響有助于學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)、人機(jī)協(xié)作意識(shí)的養(yǎng)成；而負(fù)面影響則需要學(xué)生從不同角度，提出關(guān)于人工智能的不同觀點(diǎn)，有助于學(xué)生批判性思維的養(yǎng)成。（3）原理技能算法原理、程序設(shè)計(jì)、電子硬件等人工智能的核心原理與技術(shù)，這部分內(nèi)容是人工智能學(xué)科的核心內(nèi)容。其中，算法原理是實(shí)現(xiàn)“智能”的核心方法，編程、電子硬件等技術(shù)是實(shí)現(xiàn)“智能”的核心工具。在實(shí)踐過程中需要避免陷入過于注重具體技術(shù)細(xì)節(jié)的誤區(qū)，而應(yīng)從人工智能的本質(zhì)，即用計(jì)算方法解決智能問題出發(fā)，著力于學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)。（4）實(shí)踐應(yīng)用發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、方案設(shè)計(jì)、項(xiàng)目實(shí)施與分享交流，這一部分內(nèi)容是學(xué)生綜合運(yùn)用人工智能的思想、方法、技術(shù)、產(chǎn)品，創(chuàng)造性地解決問題的過程，有助于學(xué)生的實(shí)踐力、創(chuàng)新力的提升。

三、人工智能課程核心素養(yǎng)的內(nèi)容

本文構(gòu)建的人工智能課程核心素養(yǎng)由智能意識(shí)、智能觀念、智能思維與智能實(shí)踐力四部分組成。

1.智能意識(shí)

包括人工智能感知力、人機(jī)協(xié)作意識(shí)與智能安全意識(shí)。具體表現(xiàn)為：能感知到身邊的人工智能；能理解人類智能與人工智能的不同特點(diǎn)，并具有依據(jù)此特點(diǎn)與人工智能主動(dòng)開展協(xié)作的自覺性與能動(dòng)性；理解人工智能有可能帶來的安全威脅，并具備面對(duì)人工智能所需要的安全防范意識(shí)，包括隱私安全、人身安全、財(cái)產(chǎn)安全意識(shí)等。

2.智能觀念

包括勞動(dòng)價(jià)值觀、智能倫理觀與社會(huì)責(zé)任感。具體表現(xiàn)為：理解智能時(shí)代下人在從事不同勞動(dòng)時(shí)其勞動(dòng)價(jià)值發(fā)生的轉(zhuǎn)變，并堅(jiān)持個(gè)人勞動(dòng)價(jià)值的追求；理解人工智能可能帶來的社會(huì)倫理挑戰(zhàn)，并能貫徹科技向善的理念，在從事人工智能活動(dòng)中，能自覺遵守與之相關(guān)的法律規(guī)定和道德規(guī)范。

3.智能思維

包括計(jì)算思維、批判性思維與創(chuàng)新思維。具體表現(xiàn)為：具有運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法解決問題的能力；具有質(zhì)疑精神，能夠辨證看待人工智能，在面對(duì)因人工智能帶來的認(rèn)知沖突時(shí)，能獨(dú)立探索、積極思考、小心求證來鑒別其可靠性、正確性、合理性，具有挑戰(zhàn)權(quán)威的膽量；能突破思維定勢(shì)，以全新的視角思考問題，并提出創(chuàng)造性的問題解決方案。

4.智能實(shí)踐力

即應(yīng)用人工智能解決問題的實(shí)踐力，具體表現(xiàn)為：掌握人工智能工具的應(yīng)用方法，具備常用人工智能工具的實(shí)操經(jīng)驗(yàn)；能根據(jù)遇到的不同問題，選擇恰當(dāng)?shù)娜斯ぶ悄芄ぞ?，并在必要時(shí)能與他人開展合作，進(jìn)而有目的、有方法、有步驟地進(jìn)行問題解決，并形成經(jīng)驗(yàn)反思。人工智能課程核心素養(yǎng)運(yùn)作模型學(xué)生在從事人工智能活動(dòng)時(shí)，良好的智能意識(shí)能為其提供運(yùn)用人工智能的相關(guān)思想、方法、技術(shù)、應(yīng)用解決問題的內(nèi)在動(dòng)機(jī)；良好的智能觀念則為學(xué)生正確使用人工智能提供了保障、明確了方向；良好的智能思維為學(xué)生提供了解決問題的方法路徑；良好的智能實(shí)踐力則為學(xué)生提供了問題解決所需要的實(shí)現(xiàn)路徑；而問題解決所形成的經(jīng)驗(yàn)、成就感等，又進(jìn)一步促進(jìn)了智能意識(shí)的發(fā)展。以上素養(yǎng)，都是學(xué)生在對(duì)知識(shí)的學(xué)習(xí)、加工、處理的過程中逐漸養(yǎng)成的，即素養(yǎng)的運(yùn)作機(jī)制，是圍繞著學(xué)生對(duì)人工智能知識(shí)的學(xué)習(xí)而展開的。由此，該模型的表示見下圖。

四、人工智能課程核心素養(yǎng)的課程構(gòu)建思路

基于本文提出的人工智能課程核心素養(yǎng)運(yùn)作模型的特點(diǎn)，以項(xiàng)目式教學(xué)的方式來進(jìn)行課程的整體構(gòu)建是非常合適的。在實(shí)踐中，我們將課程分為七個(gè)環(huán)節(jié)，每個(gè)環(huán)節(jié)的學(xué)生任務(wù)與對(duì)應(yīng)的主要核心素養(yǎng)見下表。以小學(xué)高年級(jí)的未來家居項(xiàng)目課程為例，具體介紹學(xué)生在每個(gè)環(huán)節(jié)中的項(xiàng)目任務(wù)。（1）應(yīng)用體驗(yàn)：體驗(yàn)人臉識(shí)別、語音識(shí)別、聲紋識(shí)別等多種現(xiàn)有技術(shù)，感受人工智能的魅力，激發(fā)對(duì)人工智能的學(xué)習(xí)興趣。（2）知識(shí)講解：學(xué)習(xí)上述技術(shù)的相應(yīng)知識(shí)或技術(shù)，如語音識(shí)別準(zhǔn)確率會(huì)受什么因素影響、如何在教學(xué)平臺(tái)中調(diào)用人臉識(shí)別模塊等。（3）發(fā)現(xiàn)問題：結(jié)合自身生活經(jīng)驗(yàn)，以小組為單位，提出目前的家居生活中的各種問題。（4）分析問題：進(jìn)一步分析提出的問題，如目前是否有該問題的解決方案可供參考?有哪些人工智能技術(shù)可以支撐問題的解決?基于該問題，我們要做怎樣的產(chǎn)品或應(yīng)用？（5）方案設(shè)計(jì)：完成未來家居項(xiàng)目的詳細(xì)規(guī)劃和設(shè)計(jì)，如小組成員分工、項(xiàng)目日程規(guī)劃、選定特定人工智能技術(shù)、應(yīng)用或產(chǎn)品的制作方案等。（6）項(xiàng)目實(shí)施：根據(jù)項(xiàng)目方案，擬定項(xiàng)目材料清單，完成未來家居相應(yīng)產(chǎn)品或應(yīng)用的制作，并進(jìn)行測(cè)試、改進(jìn)。（7）討論交流：分享、展示各小組的項(xiàng)目成果，并進(jìn)行該項(xiàng)目中人工智能產(chǎn)品或應(yīng)用的辨證討論，如人臉識(shí)別門鎖是否有可能造成安全隱患？在這樣的智能化家居生活中，家務(wù)勞動(dòng)又是否有必要呢？經(jīng)過實(shí)踐探索，基于上述七個(gè)環(huán)節(jié)所建構(gòu)的項(xiàng)目式課程，能有效地培養(yǎng)學(xué)生的智能意識(shí)、智能觀念、智能思維、智能實(shí)踐力，為學(xué)生智能時(shí)代的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

作者:杜昌輝 張蕾 單位:上海迪樂姆創(chuàng)新教育研究院