從“信息技術學科核心素養”到“人工智能課程核心素養”
——淺談中小學人工智能課程的育人目標

胡作 崔寧 廣東省深圳優必選科技股份有限公司

2017年以來，國務院和教育部多次發文要求“在中小學階段設置人工智能相關課程”，各級教育主管部門與中小學校在人工智能課程的建設上投入了大量師資、課時和資金，但是，對“中小學階段人工智能課程的教育目標是什么”這一問題一直沒有厘清，這也造成了課程內容與教學形式的不統一。下面，筆者從中小學信息技術學科核心素養出發，探討中小學人工智能課程的核心素養。

● 業內對中小學人工智能課程核心素養的研究案例

筆者在知網以“智能素養”為關鍵詞進行檢索，發現已有一些學者對該領域有所研究。例如，首都師范大學的汪明在《基于核心素養的學生智能素養構建及其培育》一文中指出，“學生智能素養是集智能知識、智能能力、智能情意與智能倫理于一體的多維復合結構體”；浙江工業大學的侯賀中、王永固在《人工智能時代中小學生智能素養框架構建及其培養機制探討》一文中指出智能素養涵蓋智能意識、智能態度、智能倫理、智能知識、智能技能、智能思維、智能創新七個維度；貴州師范大學的王毅、王乾花在《從信息素養到智能素養：中小學信息技術課程培養目標轉向》一文中認為，“智能素養應包含智能知識、智能思維、智能化學習與應用、智能倫理四要素；北京師范大學的鄭勤華、覃夢媛、李爽在《人機協同時代智能素養的理論模型研究》一文中將智能素養劃分為智能知識、智能能力、智能思維、智能應用、智能態度五個維度。

2021年底，中國教育學會中小學信息技術教育專業委員會發布了《中小學人工智能課程開發標準（試行）》，該標準也明確了中小學人工智能課程的培養目標是人工智能意識、技術應用能力、實踐創新思維、智能社會責任四個維度。人工智能意識是指“深入感知與體驗智能情景，對人工智能技術的敏感度與理解力”；技術應用能力是指“深入理解與應用基本智能技術，發揮人工智能技術在具體活動中的價值”；實踐創新思維是指“啟迪學生智慧，培養思維能力，激發基于人工智能理論與技術的創新實踐”；智能社會責任是指“樹立適應智能社會發展的責任意識”“樹立正確的智能社會發展意識，逐步確立自身未來的成長與價值方向”。這四個維度的培養目標與信息技術學科的四大核心素養目標（信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任）一一呼應，遺憾的是，在“實踐創新思維”目標的描述中并未言明具體包含哪些思維，即便是信息技術學科重要核心素養之一的“計算思維”也未提及，這難免會讓課程開發者迷茫。如果加以明確，筆者認為可以把思維目標分為實踐思維和創新思維兩部分，實踐思維主要包含計算思維、工程思維，創新思維包含批判性思維、設計思維，在此不做展開。

● 中小學人工智能課程的核心素養內容

信息技術課程是人工智能課程的主要陣地，在實際教學實踐中，人工智能課程大多是由信息技術教師承擔實際教學任務。以“廈門市人工智能進百校”項目為例，在2020年7月的全市100所項目學校人工智能課程授課教師培訓活動中，小學階段共有155人參加培訓，其中信息技術學科教師81人（占比52%），科學學科教師43人（占比28%），其他學科教師31人（占比20%）；中學階段共有119人參加培訓，其中信息技術學科教師75人（占比63%），通用技術學科教師24人（占比20%），其他學科教師20人（占比17%）。在課時來源方面，在《廈門市教育局關于開展中小學人工智能教育試點工作的通知》文件中，明確要求“各試點年級每周要從信息技術、綜合實踐、校本課程等課程中，安排1個課時用于人工智能教學”。

通過上述數據可以看出，不論從授課教師學科背景還是從課時來源看，將中小學人工智能課程劃入信息技術學科范疇都是最合理的，那么人工智能課程的核心素養也應是在信息技術學科核心素養的總體框架下建立，不宜另起爐灶自成一派，否則將失去廣大信息技術教師的師資支撐和信息技術學科的課時資源。所以，以中小學信息技術（信息科技）課程標準為基礎，從信息技術學科核心素養出發形成人工智能課程的教學目標（人工智能課程核心素養）會更合理，也更易于在師資、課時等方面促進課程在中小學校的落地實施。

《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》明確指出，信息技術的學科核心素養是信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任。那么，作為信息技術學科組成部分的人工智能課程的核心素養目標，也應是基于此四個方面的延伸、拓展和具體化。筆者認為，人工智能課程的核心素養目標可以分為人工智能意識、計算思維與工程思維、人工智能知識技術的學習與創新、人工智能社會責任四個維度。

人工智能意識是指個體對人工智能現象與技術的敏感度與價值判斷力，具體表現為個體自發關注人工智能在生產生活中的具體應用，對人工智能技術可能會造成的影響進行預期和判斷，為借助人工智能技術解決實際問題提供參考。

計算思維的解釋在《普通高中信息技術課程標準（2017版）》中已明確，即“計算思維是指個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中產生的一系列思維活動”。具體來講，計算思維可劃分為問題拆分、模式識別、抽象特征、算法設計四個環節，是人類解決復雜問題的思維模式。

工程思維是人類為了完成某項工程所進行的一系列思考活動所形成的思維方式，是以系統分析和比較權衡為核心的一種籌劃性思維。在具體操作層面，工程設計流程一般分為明確需求與限定條件、分析研究問題、創想可行方案、甄選最佳方案、制作模型、驗證模型、優化迭代七個步驟的循環過程。

人工智能課程的設計應該是鏈接真實世界的，往往以真實的案例為課堂教學主題和情境，學生圍繞真實具體的問題按照工程設計流程開展項目式教學，經歷“界定問題—分析問題—小組討論（頭腦風暴）—選擇方案—制作模型—驗證模型—優化迭代”全過程。因此，工程思維必然是人工智能素養不可缺少的一部分。

人工智能知識技術的學習與創新，是指個體通過對人工智能相關知識與技術的學習，掌握人工智能基本軟硬件工具的操作技能，從實際問題的具體需求出發，靈活組合、應用多種人工智能知識、工具和技術等資源，提出創新構想和解決方案。

人工智能社會責任是指人工智能社會中的個體在態度、價值觀、道德規范等方面應盡的責任。具備人工智能社會責任的學生，能夠客觀理性看待人工智能帶來的正面價值與負面風險，對人工智能技術堅守科技向善的根本立場，樹立運用人工智能技術為人類服務而非危害人類的根本價值觀；對人工智能的新應用新現象具備一定的安全意識和辨別防范能力；能夠從法律方面、倫理方面思考人工智能技術的普及應用對人類社會帶來的各種挑戰。

● 如何在教學設計中實現人工智能課程的核心素養目標

下面，筆者以華東師范大學出版社出版的“AI上全能助手”課程中的“人臉識別智能家門”為例，介紹如何在教學設計中培養學生的人工智能課程四大核心素養。

在情境導入階段，教師從忘帶鑰匙、丟失鑰匙、雙手提重物不便拿鑰匙開門等真實生活現象出發，啟發學生思考如何利用所學人工智能技術解決這些問題。這個環節重點激發學生的頭腦風暴，啟發運用人工智能技術解決身邊問題的意識（人工智能意識），樹立運用技術提高生活質量解決實際問題的價值觀（人工智能社會責任）。

在探究式學習階段，教師引導學生根據頭腦風暴提出的創意想法進行任務分解，把“人臉識別智能家門”這一大任務分解為若干個子任務，如如何識別人臉、如何開門、如何關門等（計算思維—任務拆分），再針對每一項子任務討論用什么工具、什么方法來解決，如用攝像頭進行人臉數據的采集和識別，用舵機和積木零件搭建門的模型實現開門關門（計算思維—模式識別）；思考如何利用計算機提取關鍵數據，如舵機旋轉多少角度是開門狀態，多少角度是關門狀態（計算思維—抽象數據特征），再以流程圖的形式表達自己的整體方案構思（計算思維—算法設計），最終用圖形化編程軟件把算法程序化，并反復調試程序、優化模型（工程思維）。

經過自主探究式學習，學生對人臉識別、舵機控制、程序設計等人工智能相關知識和技術有了直觀具體的感受（人工智能知識技術的學習），教師對計算機視覺識別的概念與原理進行必要解釋，引導學生思考，還可以將本主題所學的知識與技術遷移應用到身邊的哪些實際問題中（人工智能知識技術的創新應用、人工智能意識、人工智能社會責任）。

人工智能課程的四項核心素養是一個整體，在課程設計中不應把它們割裂，而應選擇合適的課程主題，以工程設計流程為主線，在解決問題完成任務的過程中，在發現問題、定義問題、分析問題、解決問題、遷移應用的實踐活動中，實現人工智能意識、計算思維與工程思維、人工智能知識技術的學習與創新、人工智能社會責任的整體教學目標。

● 結語

中小學人工智能課程是綜合實踐型課程，是面向未來的課程。在未來社會，人工智能將成為人類的記憶外存和思維助手。今天的中小學生是未來社會的主人，他們必須了解人工智能是什么，知道人工智能可以解決什么問題，認識到人工智能對生產生活會產生什么影響，并樹立應用人工智能技術造福人類的積極價值觀。因此，只有明確中小學人工智能課程的教學目標并在教學活動中予以貫徹執行，方能培養滿足人工智能社會需求的合格人才。