開蒙啟智 嵌入融合

李巖

【摘 要】當前，以體驗和應用導向的“黑箱”邏輯、知識系統(tǒng)主導的學科邏輯及編程發(fā)展計算思維的邏輯為主的實施現(xiàn)狀，反映出人工智能教育定位仍模糊。本文指出，在國家課程框架下，以啟蒙理性，培養(yǎng)智能時代的公民而非技術的“操作員”;啟迪智慧，培養(yǎng)學生人工智能思維和問題解決方法而非學科的“專業(yè)人”;啟示威脅，明晰人工智能帶來的影響和挑戰(zhàn)，不做智能時代的“旁觀者”為定位。采取嵌入關聯(lián)課程，融合相關課程的策略，有效推動義務教育階段人工智能教育的普及和深入實施。

【關鍵詞】人工智能;關聯(lián)課程;融合課程

【中圖分類號】G434 ? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2022）06-066-03

在互聯(lián)的環(huán)境日漸形成，大數(shù)據(jù)、云計算等技術日益發(fā)展的基礎上，歷經(jīng)半個世紀的人工智能科學研究在近十年取得重大突破，迎來又一個春天。人工智能技術迅速而又廣泛的應用，對人類社會產(chǎn)生了重大且深遠的影響。在政策引導、多方參與和基層探索中，人工智能教育呈蓬勃之勢。但由于定位模糊，義務教育階段人工智能教育內(nèi)容分化、形式紛繁、目標模糊等問題較為突出。在國家課程框架下厘清定位成為人工智能教育的當務之急。

潮起浪涌的人工智能教育

人工智能的發(fā)展始終受到國家的高度關注，寫入了2016年“十三五”規(guī)劃綱要和2017年全國兩會政府工作報告。《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《教育信息化2.0行動計劃》等宏觀政策發(fā)布，課程政策持續(xù)跟進，中小學人工智能教育潮頭漸起。

人工智能展現(xiàn)出的強大能力和美好前景，為人工智能教育描繪了一個由技術價值向教育市場拓展的藍海，引來眾多資本參與。涵蓋科普教育、科創(chuàng)競技、社團活動、課程教學等，人工智能教育的市場迅速擴展，推動人工智能教育在校外和校內(nèi)展開。

2019年教育部裝備中心、中央電教館發(fā)布相關研究成果，組織實驗校開展課程教學探路。北京、上海、溫州、南京、廣州、青島等較早開展區(qū)域探索，初具規(guī)模。一批學校先行實驗，結合自身的特點和優(yōu)勢，以不同的路徑，開展了人工智能教育教學嘗試。

應當說，政策引導、市場參與和多層級探索合力，推動了人工智能教育破冰開局。但也必須清醒地認識到，由于政策宏觀性、市場趨利性，以及部門、區(qū)域或學校初期探索尚不完備，人工智能教育潮起浪涌之際也遇到一些問題，甚至還有魚目混珠的現(xiàn)象。

人工智能教育實施邏輯的審視

人工智能教育健康、持續(xù)地實施，有必要審視實施開展中內(nèi)容各異、形式多樣等現(xiàn)象，分析找尋其背后的邏輯。

1.體驗和應用導向的“黑箱”邏輯

人工智能教育的實施多以成套的產(chǎn)品（系統(tǒng)）和日常應用技術的體驗形式為主，滿足了學生的好奇心，激發(fā)學習熱情。隨著技術發(fā)展、相關部件開源發(fā)布，如AI攝像頭、語音識別板卡等，一些開放接口的AI模型訓練平臺推出，人工智能技術產(chǎn)品大量應用于科創(chuàng)課程、創(chuàng)客教育、STEM教育項目，實現(xiàn)了作品智能化應用。體驗和應用便于實施，能展示人工智能的價值和作用，豐富學生經(jīng)驗。但人工智能被視為拿來即用的工具，其輸入與輸出是關注的重點而非內(nèi)部的結構和運作原理，在這里人工智能是一個“黑箱”。因而體驗和應用導向容易受到“是不是”人工智能教育的質疑。

2.知識系統(tǒng)主導的學科邏輯

人工智能作為計算機學科的一個分支，與數(shù)學、生物學、信息學等多個學科深度交叉。有學者建議按照美國“K-12人工智能教學指南”的五個主題：“感知、表示和推理、機器學習、人機交互、社會影響”[1]組織實施。也有部分中小學或有專業(yè)的師資，或與高校科研機構合作，選擇預測、分類、機器學習、圖像識別、語音識別等基礎知識板塊和典型應用等組織教學。上述的框架雖有組織視角的不同，但基于人工智能學科嚴謹?shù)捏w系，保持學科知識專業(yè)性是兩者的共同特點，其目的是讓學生“知其所以然”。與新修訂的高中信息技術課程“人工智能初步”模塊相比，更為強調人工智能學科的邏輯。這不僅有教學實施的難度，也有專業(yè)教育之嫌。

3.編程發(fā)展計算思維的邏輯

以編程為主要形式的人工智能教育，在中小學校尤其是校外培訓目前最為普遍。學生通過學習編程語言規(guī)范、基本概念和基礎方法，進行圖形化或代碼編程實驗，訓練智能模型并調用識別手勢、手寫字體或語音控制等，鍛煉程序設計的基本能力。學生經(jīng)歷編程解決問題的過程，體悟按計算機科學的概念、方式對復雜問題進行分解、抽象、概括、算法設計、評估，進而加以解決的計算思維，在循環(huán)、遞歸、迭代等編程活動中發(fā)展計算思維。計算思維是信息技術學科素養(yǎng)的重要構成，編程是信息技術學科的重要內(nèi)容和學習形式。編程發(fā)展計算思維對人工智能教育有支持作用，但它們聚焦的核心確有顯著的差異，無法替代。

開蒙啟智的人工智能教育定位

教育的使命是面向學生未來發(fā)展，義務教育階段實施人工智能教育應啟蒙理性，培養(yǎng)智能時代的公民而非技術的“操作員”;應啟迪智慧，培養(yǎng)學生人工智能思維和問題解決方法而非學科的“專業(yè)人”;應啟示威脅，明晰人工智能帶來的影響和挑戰(zhàn)，不做智能時代的“旁觀者”。

1.啟蒙：培養(yǎng)智能時代的理性公民

今天，中小學生在體驗和享受指紋解鎖、人臉識別、聽歌識曲、看花知名、掃圖成文等日常的應用服務中，常常為人工智能技術的神奇所驚嘆，被技術的“魅力”所吸引，容易形成片面認知，對技術產(chǎn)生“膜拜”。這也正是“黑箱”邏輯潛在的最大弊端。教師應該通過人工智能發(fā)展的歷程、典型技術和人物的介紹，引導學生確立人是技術創(chuàng)新主體的觀念，適度打開人工智能的“黑箱”，學習人工智能科學的基礎知識、基本原理，在知識上“去昧”，應用人工智能技術時主動選擇、比較不同的產(chǎn)品，在觀念上“祛魅”，經(jīng)過啟蒙而成為未來智能時代的理性公民。

2.啟迪：汲取人工智能思維和問題解決方法的智慧

人工智能以數(shù)據(jù)為學習對象，運用機器學習、神經(jīng)網(wǎng)絡和深度學習等方式訓練生成諸如分類、識別乃至于推理、類人化交互等智能模型，不僅有實用的工具價值，還有豐厚的教育價值。教師要引導學生走進監(jiān)督學習等可行的典型性技術實踐，體悟人工智能思維和解決問題的智慧，了解其不同于工業(yè)經(jīng)濟時代強調因果關系的確定性思維模式，[2]也不同于互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟大數(shù)據(jù)的計算思維模式。教師要讓學生感受人工智能以動態(tài)的世界中不確定性問題的解決為目標，人工智能思維超越確定性思維和計算思維，在既有常識和邏輯規(guī)則框架下，發(fā)現(xiàn)并形成一套知識表征的觀念及相應的推理引擎，如圍棋的新定式、蛋白質結構預測等，生成新知識觀念、新規(guī)則框架，從而為復雜的、不確定性的問題解決開創(chuàng)新的思維模式、提供更強大的工具。這樣的啟迪對發(fā)展中小學生的世界觀、知識觀、技術觀，促進其智慧生長大有裨益。

3.啟示：認識人工智能發(fā)展應用的影響和潛在威脅

如今，人工智能的廣泛應用對工作崗位產(chǎn)生了巨大影響，形成就業(yè)與轉業(yè)問題，如機器人代替流水線上的工人、無人駕駛在區(qū)域試行已經(jīng)成為現(xiàn)實等。人們使用信息化設備檢索信息、計算判斷、決策選擇，背后的人工智能系統(tǒng)可能會構建一個“信息蠶房”，讓人們陷落在人為構造的智能系統(tǒng)之中，引發(fā)人與智能技術之間的多元主體關系的混亂。近期，國家處罰了一些運用人工智能算法“殺熟”牟利的大型壟斷平臺。國外一些不法分子采用“人臉交換”智能技術，制造假視頻和假新聞引發(fā)重大輿情，負面影響巨大。信息時代個體的行為信息被各種傳感器大量精準地獲取并云端存儲，成為人工智能系統(tǒng)分析的“素材”，對個體的所有數(shù)據(jù)進行關聯(lián)分析和推理，將導致個體的隱私無處可藏。信息一旦泄漏，個人和家庭的日常生活、財產(chǎn)、社會聲譽甚至安全等出現(xiàn)重大的風險敞口。人工智能教育應引導學生，關注身邊人工智能技術濫用的危險，警惕人工智能的數(shù)據(jù)采集與分析引發(fā)的隱私泄漏等風險，以主體的身份參與智能技術的評價、選擇，成為智能時代的共建者。

嵌入融合的人工智能教育實施策略

1.立足人工智能教育議題的特點

人工智能教育是當代的教育議題之一，關乎每一位學生，為走進智能時代的未來社會奠基，所以人工智能教育應該普及。人工智能科學研究和技術迭代發(fā)展迅猛，因此人工智能教育的內(nèi)容、載體、技術路徑等有較強的動態(tài)性。人工智能是一門交叉綜合的學科，我們要挖掘學科交叉點，發(fā)揮綜合教學的價值。其落地實施要以學生為本，依據(jù)啟蒙理性、啟迪智慧、啟示威脅的定位，對人工智能的知識框架、技術線路等內(nèi)容加以選擇，設定適合的要求。把握人工智能教育的普及性、動態(tài)性、綜合性和選擇性，是制定實施策略的前提。

2.嵌入關聯(lián)的國家課程

日前，教育部在回復政協(xié)的中小學人工智能教育提案中明確指出，人工智能的相關教學內(nèi)容在科學、信息技術、綜合實踐活動等課程中有呈現(xiàn)。學校應加強教師人工智能專業(yè)知識培訓，開展專項技術產(chǎn)品和平臺的實訓，強化普及性的編程和應用人工智能的實踐教學。

不僅如此，由于人工智能與數(shù)學、生物等國家課程密切關聯(lián)，如機器學習中線性回歸和基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計的分類與數(shù)學課程、神經(jīng)網(wǎng)絡原理與生物課程等，人工智能教育需要發(fā)揮知識交叉綜合的優(yōu)勢，將基礎概念、基本原理嵌入到關聯(lián)課程的相關內(nèi)容中，既為國家課程學習創(chuàng)設了人工智能的情境，促進知識的理解和應用，又為人工智能開蒙去昧，認識基本原理、體悟思想找到扎實的基礎。

3.融合學校的其他課程

人工智能的科學原理、技術手段和社會應用等還與學生的多個學習領域相關，學校應加以整體設計，在諸多課程中融合人工智能教育。如在語文課程上開設人與智能設備關聯(lián)的科技文學作品閱讀及寫作，歷史課程中回溯技術變革、展望發(fā)展帶來的深刻社會影響，道德與法治課程中角色扮演，揭示人工智能應用帶來的道德和倫理挑戰(zhàn)等。學校要從科技和人文等多個視角，為中小學生人工智能教育啟蒙，奠定知識技能、思想方法和道德責任的基礎。

4.開展技術實踐賦能學生特長發(fā)展

對于學有余力并有志于人工智能探究學習的部分學生，項目或問題式教學是個有效的策略。如水果無人零售項目是學校人工智能校本課程的一個專題，學生們經(jīng)歷人工智能模型訓練的一般過程：采集整理一定量的各種水果圖片，手動標注水果類別的標簽，選取通用的目標分類算法，借助人工智能平臺訓練水果識別模型，驗證評估模型識別性能;了解機器學習的基本類型，理解監(jiān)督學習的原理，認識線預測和分類的基本算法，體會機器從數(shù)據(jù)中學習發(fā)現(xiàn)規(guī)律和事物特征的奧秘;再結合開源的軟硬件裝置，編程調用智能模型，解決智能識別水果自動稱重計價，實現(xiàn)無人零售的功能。在技術實踐中，專業(yè)的原理滲透在問題解決的過程中，分專題漸進學習相關的專業(yè)知識，基礎知識技能和基本方法與項目問題實際解決相結合，編程調試、項目作品制作等一系列綜合性的學習活動，賦能學生的特長發(fā)展，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎。

總之，人工智能教育應面向每一位中小學生，結合學校課程教學的實際，開蒙啟智普及展開;立足國家課程框架，采取嵌入與融合等切實策略有效實施，為智能時代培養(yǎng)有理性、有智慧和有道德責任的公民。

注：本文系江蘇省教育科學“十三五”規(guī)劃課題“中學人工智能啟蒙課程的區(qū)域設計和實施的研究”（課題編號： D /2020/02/74）階段性成果

參考文獻

方圓媛，黃旭光. 中小學人工智能教育：學什么，怎么教——來自“美國K-12人工智能教育行動”的啟示[J].中國電化教育，2020（10）.

吳軍. 智能時代： 大數(shù)據(jù)與智能革命重新定義未來[M].北京： 中信出版社，2016.