開蒙啟智 嵌入融合——論人工智能教育的定位與實施策略

李 巖

在互聯的環境日漸形成，大數據、云計算等技術日益發展的基礎上，歷經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

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

人工智能展現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展開。

2019年教育部裝備中心、中央電教館發布相關研究成果，組織實驗校開展課程教學探路。北京、上海、溫州、南京、廣州、青島等較早開展區域探索，初具規模。一批學校先行實驗，結合自身的特點和優勢，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象。

人工智能教育實施邏輯的審視

人工智能教育健康、持續地實施，有必要審視實施開展中內容各異、形式多樣等現象，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品（系統）和日常應用技術的體驗形式為主，滿足了學生的好奇心，激發學習熱情。隨著技術發展、相關部件開源發布，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，人工智能技術產品大量應用于科創課程、創客教育、STEM教育項目，實現了作品智能化應用。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”組織實施。也有部分中小學或有專業的師資，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的體系，保持學科知識專業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，也有專業教育之嫌。

3.編程發展計算思維的邏輯

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、遞歸、迭代等編程活動中發展計算思維。計算思維是信息技術學科素養的重要構成，編程是信息技術學科的重要內容和學習形式。編程發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展，義務教育階段實施人工智能教育應啟蒙理性，培養智能時代的公民而非技術的“操作員”；應啟迪智慧，培養學生人工智能思維和問題解決方法而非學科的“專業人”；應啟示威脅，明晰人工智能帶來的影響和挑戰，不做智能時代的“旁觀者”。

1.啟蒙：培養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、比較不同的產品，在觀念上“祛魅”，經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

人工智能以數據為學習對象，運用機器學習、神經網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，了解其不同于工業經濟時代強調因果關系的確定性思維模式，也不同于互聯網經濟大數據的計算思維模式。教師要讓學生感受人工智能以動態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則框架下，發現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、新規則框架，從而為復雜的、不確定性的問題解決開創新的思維模式、提供更強大的工具。這樣的啟迪對發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生了巨大影響，形成就業與轉業問題，如機器人代替流水線上的工人、無人駕駛在區域試行已經成為現實等。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之中，引發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，成為人工智能系統分析的“素材”，對個體的所有數據進行關聯分析和推理，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、社會聲譽甚至安全等出現重大的風險敞口。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，警惕人工智能的數據采集與分析引發的隱私泄漏等風險，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展迅猛，因此人工智能教育的內容、載體、技術路徑等有較強的動態性。人工智能是一門交叉綜合的學科，我們要挖掘學科交叉點，發揮綜合教學的價值。其落地實施要以學生為本，依據啟蒙理性、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、動態性、綜合性和選擇性，是制定實施策略的前提。

2.嵌入關聯的國家課程

日前，教育部在回復政協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容在科學、信息技術、綜合實踐活動等課程中有呈現。學校應加強教師人工智能專業知識培訓，開展專項技術產品和平臺的實訓，強化普及性的編程和應用人工智能的實踐教學。

不僅如此，由于人工智能與數學、生物等國家課程密切關聯，如機器學習中線性回歸和基于數據統計的分類與數學課程、神經網絡原理與生物課程等，人工智能教育需要發揮知識交叉綜合的優勢，將基礎概念、基本原理嵌入到關聯課程的相關內容中，既為國家課程學習創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，體會機器從數據中學習發現規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，實現無人零售的功能。在技術實踐中，專業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，賦能學生的特長發展，為培養創新型人才奠定基礎。

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，為智能時代培養有理性、有智慧和有道德責任的公民。