中小學人工智能課程核心素養(yǎng)構(gòu)建探析

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【摘要】中小學人工智能課程核心素養(yǎng)，是學生在人工智能課程學習過程中構(gòu)建逐步形成的、為適應智能時代而應具備的關(guān)鍵能力與必備品格。本文以智能時代為背景，以人工智能學科內(nèi)容為依據(jù)，凝練了中小學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】中小學人工智能；核心素養(yǎng)；課程

2017年，國務院頒布的《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，應實施全民智能教育項目，在中小學開設人工智能相關(guān)課程。[1]隨著相關(guān)政策陸續(xù)出臺，很快就引發(fā)了中小學人工智能教育的熱潮。然而，當前許多人工智能課程在研發(fā)與教學實施的過程中，仍存在諸多問題，其根本原因在于目前中小學人工智能課程標準尚未建立，而部分學?；蛐Ｍ鈾C構(gòu)對于人工智能課程的育人價值與核心目標又缺乏準確的認識。因此，中小學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，并厘清其與學生發(fā)展核心素養(yǎng)的關(guān)系。中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)是指學生應具備的能夠適應終身發(fā)展和社會發(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)，屬于學科核心素養(yǎng)的范疇。考慮到人工智能尚未成為中小學的獨立學科，因此可以將其稱為中小學人工智能課程核心素養(yǎng)。參照2017版教育部課程方案對學科核心素養(yǎng)的定義，可以認為人工智能課程核心素養(yǎng)是學生通過人工智能課程的學習，逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力。[3]余文森認為，學生發(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、融合和有機轉(zhuǎn)化、相互促進的關(guān)系。[4]由此看來，人工智能課程核心素養(yǎng)從目標和方向上是指向?qū)W生發(fā)展核心素養(yǎng)的，具體是指學生當下或?qū)碓谌斯ぶ悄墉h(huán)境下或從事人工智能活動時所需要的，并在人工智能課程學習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，既要符合智能時代變革下對學生持續(xù)發(fā)展提出的新要求，也要充分考慮人工智能學科的內(nèi)容與特點，挖掘?qū)W科本身對學生發(fā)展的獨特價值。

1.以智能時代為基礎

以智能時代為基礎，應當聚焦于智能時代變革下，學生為把握機遇、應對挑戰(zhàn)所需的必備品格和關(guān)鍵能力。周程等認為，人工智能帶來的倫理與社會挑戰(zhàn)主要包括失業(yè)問題、隱私問題、算法偏見、安全問題、機器權(quán)利、機器道德自主性六個方面。[5]而這六方面的挑戰(zhàn)，也對學生提出了新的要求。（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時間，并創(chuàng)造許多新工作崗位。對學生來說，需要理解智能時代的人在從事不同勞動時其勞動價值的轉(zhuǎn)變，形成智能時代新的勞動價值觀。具體來說，學生需要思考：處于智能時代，我能做的事機器是否也能做？我是否應該專注于機器所不能做的事？如果機器都能做，那么我做這件事，是否有獨特的價值？（2）隱私問題當人們習慣于生物識別、智能推薦、智能導航等技術(shù)帶給我們便利的同時，卻可能忽略了因個人隱私暴露所帶來的潛在威脅。對于學生來說，需要有意識地建立隱私防范意識，這是智能時代自我保護的必要手段。（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險評估系統(tǒng)就被認為對黑人存在歧視。對學生來說，需要客觀理性地看待人工智能的能力范圍并評估其可能產(chǎn)生的影響，盡量避免人工智能系統(tǒng)產(chǎn)生的社會公平性等問題。（4）人身、財產(chǎn)安全技術(shù)的不完善或是使用不當，都可能對人身、財產(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。對學生來說，不僅需要在人機協(xié)作時，確保發(fā)揮其本身的優(yōu)勢，又要避免其潛在的風險；同時也需要建立起相應的智能社會責任感，以保證在進行人工智能活動時，能自覺遵守相關(guān)法律規(guī)定與道德規(guī)范。（5）機器權(quán)利爭論當人工智能具備了某些人類的特性后，是否應該同時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）機器道德自主性隨著人工智能的持續(xù)發(fā)展，特別是當強人工智能取得突破時，人工智能將逐步從被動工具向主動工具轉(zhuǎn)變，這將對人類現(xiàn)有倫理道德形成沖擊。機器權(quán)利與機器道德自主性，都屬于人工智能倫理的范疇。對于學生來說，理解人工智能會帶來哪些社會倫理的挑戰(zhàn)，并形成正確的人工智能倫理觀，將為學生在智能時代的長期發(fā)展指明正確方向。以上問題涉及對人的知識儲備、行為能力、思維方式、價值觀念與社會責任等全方位的挑戰(zhàn)。可以認為，這是學生適應智能時代所需要的重要素養(yǎng)。

2.以學科內(nèi)容為依據(jù)

課程核心素養(yǎng)，需要以課程的教學內(nèi)容為依據(jù)。這意味著凝練出的課程核心素養(yǎng)應當是學生通過本學科教學活動所能夠習得或逐步養(yǎng)成的，同時該學科的教學活動對于該核心素養(yǎng)的形成又具有不可替代性。因此，有必要對中小學人工智能課程的教學內(nèi)容進一步梳理。本文將人工智能課程的教學內(nèi)容分解為通用知識、社會影響、原理技能與實踐應用四個部分。（1）通用知識人工智能的基本概念、分類、發(fā)展歷史、主要學派等；通用知識的學習雖然無法直接培養(yǎng)學生的人工智能課程核心素養(yǎng)，但有助于學生了解人工智能，為其他內(nèi)容的學習、思考與實踐奠定基礎。（2）社會影響人工智能技術(shù)必然會對人們的生產(chǎn)、生活帶來巨大影響，這些影響有正面的，也有負面的。了解、感受人工智能的正面影響有助于學生學習興趣的激發(fā)、人機協(xié)作意識的養(yǎng)成；而負面影響則需要學生從不同角度，提出關(guān)于人工智能的不同觀點，有助于學生批判性思維的養(yǎng)成。（3）原理技能算法原理、程序設計、電子硬件等人工智能的核心原理與技術(shù)，這部分內(nèi)容是人工智能學科的核心內(nèi)容。其中，算法原理是實現(xiàn)“智能”的核心方法，編程、電子硬件等技術(shù)是實現(xiàn)“智能”的核心工具。在實踐過程中需要避免陷入過于注重具體技術(shù)細節(jié)的誤區(qū)，而應從人工智能的本質(zhì)，即用計算方法解決智能問題出發(fā)，著力于學生計算思維的培養(yǎng)。（4）實踐應用發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、方案設計、項目實施與分享交流，這一部分內(nèi)容是學生綜合運用人工智能的思想、方法、技術(shù)、產(chǎn)品，創(chuàng)造性地解決問題的過程，有助于學生的實踐力、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、智能觀念、智能思維與智能實踐力四部分組成。

1.智能意識

包括人工智能感知力、人機協(xié)作意識與智能安全意識。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，并具有依據(jù)此特點與人工智能主動開展協(xié)作的自覺性與能動性；理解人工智能有可能帶來的安全威脅，并具備面對人工智能所需要的安全防范意識，包括隱私安全、人身安全、財產(chǎn)安全意識等。

2.智能觀念

包括勞動價值觀、智能倫理觀與社會責任感。具體表現(xiàn)為：理解智能時代下人在從事不同勞動時其勞動價值發(fā)生的轉(zhuǎn)變，并堅持個人勞動價值的追求；理解人工智能可能帶來的社會倫理挑戰(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

包括計算思維、批判性思維與創(chuàng)新思維。具體表現(xiàn)為：具有運用計算機科學領(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，在面對因人工智能帶來的認知沖突時，能獨立探索、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，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.智能實踐力

即應用人工智能解決問題的實踐力，具體表現(xiàn)為：掌握人工智能工具的應用方法，具備常用人工智能工具的實操經(jīng)驗；能根據(jù)遇到的不同問題，選擇恰當?shù)娜斯ぶ悄芄ぞ?，并在必要時能與他人開展合作，進而有目的、有方法、有步驟地進行問題解決，并形成經(jīng)驗反思。

四、人工智能課程核心素養(yǎng)運作模型

學生在從事人工智能活動時，良好的智能意識能為其提供運用人工智能的相關(guān)思想、方法、技術(shù)、應用解決問題的內(nèi)在動機；良好的智能觀念則為學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生提供了解決問題的方法路徑；良好的智能實踐力則為學生提供了問題解決所需要的實現(xiàn)路徑；而問題解決所形成的經(jīng)驗、成就感等，又進一步促進了智能意識的發(fā)展。以上素養(yǎng)，都是學生在對知識的學習、加工、處理的過程中逐漸養(yǎng)成的，即素養(yǎng)的運作機制，是圍繞著學生對人工智能知識的學習而展開的。由此，該模型的表示見下圖。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)運作模型的特點，以項目式教學的方式來進行課程的整體構(gòu)建是非常合適的。在實踐中，我們將課程分為七個環(huán)節(jié)，每個環(huán)節(jié)的學生任務與對應的主要核心素養(yǎng)見下表。以小學高年級的未來家居項目課程為例，具體介紹學生在每個環(huán)節(jié)中的項目任務。（1）應用體驗：體驗人臉識別、語音識別、聲紋識別等多種現(xiàn)有技術(shù)，感受人工智能的魅力，激發(fā)對人工智能的學習興趣。（2）知識講解：學習上述技術(shù)的相應知識或技術(shù)，如語音識別準確率會受什么因素影響、如何在教學平臺中調(diào)用人臉識別模塊等。（3）發(fā)現(xiàn)問題：結(jié)合自身生活經(jīng)驗，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)品或應用？（5）方案設計：完成未來家居項目的詳細規(guī)劃和設計，如小組成員分工、項目日程規(guī)劃、選定特定人工智能技術(shù)、應用或產(chǎn)品的制作方案等。（6）項目實施：根據(jù)項目方案，擬定項目材料清單，完成未來家居相應產(chǎn)品或應用的制作，并進行測試、改進。（7）討論交流：分享、展示各小組的項目成果，并進行該項目中人工智能產(chǎn)品或應用的辨證討論，如人臉識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，家務勞動又是否有必要呢？經(jīng)過實踐探索，基于上述七個環(huán)節(jié)所建構(gòu)的項目式課程，能有效地培養(yǎng)學生的智能意識、智能觀念、智能思維、智能實踐力，為學生智能時代的發(fā)展奠定基礎。

作者:杜昌輝 張蕾 單位:上海迪樂姆創(chuàng)新教育研究院