智能技術與工程素養框架視域下人工智能校本項目化推進探究

林榮輝 陳佐宇

（1.福州第八中學，福建 福州 350004；2.福州市電化教育館，福建 福州 350001）

2021 年11 月30 日，為響應國務院《新一代人工智能發展規劃》，同時落實教育部“在中小學階段設置人工智能相關課程”的前瞻要求，中央電化教育館組織研制了《中小學人工智能技術與工程素養框架》（以下簡稱《框架》）《框架》的發布明確了基礎教育階段實施人工智能教學所需的核心素養、外延知識及教學框架。［1］《框架》的推出，為化解該階段人工智能教學存在的定位模糊、評價失準及標準不清等問題提供了參考標準，也對智能教學軟硬件環境的建設提供了依據。經由《框架》的指導，各地教育行政部門編撰本地化教材、開設校本化課程或進行學科融合探索也有了清晰的方向。

以基礎教育階段人工智能人才培養目標為例，《框架》的目標既不是在覆蓋人群中尋求智能算法專家，也不專注于在中小學階段培養硬件搭建人才。《框架》的核心訴求指向學生經歷接觸、理解和領悟智能的過程，逐步具備適應未來智能化環境要求的必備品格和關鍵能力。［2］《框架》明確了此類能力的提升與品格的養成需以跨學科、單元化、項目化的方式，與現實情境對人才的要求，共同促進學生掌握在智能社會生存與發展的能力。

在涉及學科領域上，《框架》提及的人工智能教育本身即具備跨學科與跨領域特質，故以基礎教育階段學生接受的學科教學測定與綜合素質評價的角度分析，匯集了程序編寫、數學建模、材料選擇與工藝磨合的《框架》要求同樣適用于對信息科技、信息技術、勞動技術、綜合實踐、通用技術等課程領域的指導。但在本地化或校本化實施環境中，人工智能學科本位的認知需求若能與特色校園創建或校園信息化、智能化建設共同推進，則更能形成一個兼顧教學上“因材施教”與學科建設上“因財適配”的良好態勢。

一、人工智能技術與工程素養框架與校本化落地解讀

（一）人工智能與人類

兼具賦能、競爭與協同作用的人工智能依靠細胞化功能架構——神經元模擬人類行為與思維。憑借強大算力和基礎算法的不斷發展，人工智能脫離了簡單模仿人類身體機能與大腦認知獲取的前期階段，正朝著復現或構建人類社會復雜關系，如輔助、協作、競爭的中期階段發展。在人工智能教學校本化實施過程接受并引入人工智能技術，既可在“戰術”層面提升基礎學科教育的深度，又可在“戰略”層面拓展校園智能化管理的廣度，進而依托智能感知、大數據與行為分析，減輕“雙減”背景下師生雙重數據焦慮并弱化師生對“人機競爭”的公平顧慮。

《框架》以全向視域剖析智能技術發展歷程，借周密解讀智能技術特性的范式，為人工智能與人類行為之間的倫理道德紐帶梳理構建了總體框架。總體觀念可理解為：在現實環境中，人工智能具有算力的局部優勢，但在創新性的算法創造及未來理念擴展上，AI 還與人類決策存在明顯差異。也就是說，人工智能因定位為人類的輔助者而不是人類未來活動意愿的制定者，甚至在相當長的一段時間內，人工智能因技術發展方向的離散性，仍存在導致數據泄露、數源篡改、信息解讀偏差等普遍社會風險。此類風險的階段性呈現與事件性化解，反之也能為人工智能教育本地化、校本化實施情境提供足量素材，使教學對象形成樂觀應對與規范遵守的共同認識。

（二）人工智能與社會

如何做到智能與社會的和諧共生，是推進智能教育走向普及的關鍵所在。《框架》以“相互促進”與“相互融合”兩個關鍵詞，闡述了人工智能與人類社會的不可分離性，即人工智能推動人類社會進步與人類社會支撐人工智能發展的態勢長存。人工智能曲折、螺旋式發展的前進動力，既源于人類社會發展過程中關聯領域知識經驗的積累，也源于當前社會形態轉變中新元素的加入。這些新元素的聚合發力，促使人工智能由學術牽引式發展向需求牽引式發展快速轉換。

在本地化與校本化實施層面，人工智能課程體系以信息社會變革中人工智能關聯事件的離散表現，以技能手段解決現實問題數量的量變到質變敘事，以教育、交通、制造、物流與安全等傳統角度，與人類社會的各個行業進行重構呈現。人工智能教育與城市產業集群發展，與國家/省/市級數字實驗區風潮合流，最終與社會經濟變革、教育變革、思想文化變革一起，掀起新一輪的產業革命。

在人工智能教育推動過程中，除去計算機與數理本位的數據化、算法化與結構化的展現，科技發展過程中并發的公平與法制問題，也是AI 教育在具體實施層面，需要人類考量并應對的問題。不光是師與生之間有關授業與學習的基礎雙向傳導，校與校，師與師之間的數字鴻溝與公平性質疑也呈現連片化趨勢。中老年教師具有較長的教學經驗、較扎實的教學功底，然而也存在較強的教育技術抵觸心理和人工智能恐懼心理。此類認識性的誤解可歸結于千百年來中華法系對透明與公正的追求。中華法系獨立于海洋法系和（歐洲）大陸法系，本身自成一體，其特點是刑禮結合、德主刑輔、慎刑恤罰，在責罰上對弱勢群體保持傾斜。應用到本地化、本地化智能推進管理上，便是落實推行公平而非西方法系強調的粗暴平等。一味強調全學段全教師拉平智能要求的“平等”，破壞的是教育系統的公序良俗，受摧殘的是良好的傳統教學風氣。

（三）人工智能技術

人工智能基礎應用技術從感知、交流、思考、決策、行動等方面模擬、延伸和擴展了人的智能，為人工智能的行業應用奠定了基礎；人工智能基礎應用技術涉及多個學科，其發展受各相關學科發展趨勢的影響，也對相關學科的發展產生影響。人工智能需要數據作為原料，需要算法進行實現，還需要一定的算力支持。三者中，數據為算法和模型提供基礎，算法是智能技術的核心，海量的數據和高效的算力是支撐目前機器學習算法實現的基礎。

不同的問題需要不同的人工智能技術解決［1］。對人腦思維能力進行合理推理最終做出規劃與決策，或是利用人工智能三要素——數據、算法和算力推動的信息提取為校園信息化或智慧化服務。因此，即便從原始人工智能教育核心概念延伸出來的智能教育發展方向存在不可預測性，但智能技術的發展在教育行政主管部門政策落地、未來學校與數字城市協同發展上，依然具有一致性。以新一代信息技術、數字經濟、文化教育為核心，聚焦面向未來的學校和教育形態，形成若干可控的、優質的項目輻射區域的目標已逐漸明朗。

人工智能應用系統的設計與開發包含設計、開發與測試三個組件［1］。在設計人工智能系統時，為實現特定目的，需要針對具體問題，遵循科學、創新、實用、經濟、人機、倫理、可持續、通用及安全等設計原則，設計人工智能系統解決方案。在設計滿足最佳能效需求的智能化系統時，需要根據設計的流程和方法，將現有知識有效組合，把握系統組成要素間的相互作用。可見，在技術與系統的內含與外延上，《框架》將人工智能技術的選用與人工智能系統的設計與開發劃分為不同領域，然而綜合考量筆者所在區域的基礎教育實施部門，即大部分省市縣域中小學目前皆無法獨立完成智慧教育平臺的搭建。在2022 年3 月教育部“通過關鍵工程推動教育數字化和信息化工作”的大背景下，區域性智慧教育平臺的搭建往往由域內教育行政主管部門牽頭，聯合智慧教育數據資源方，依據教育部的倡議和要求，以“教育大數據”為核心，構建市、縣、校三級教育管理、教學應用體系，為教育管理者提供科學管理工具，為教師、學生及家長提供優質教育資源和應用服務，促進優質教育資源共享及信息技術與教育教學的深度融合，形成區域“智慧教育大腦”，實現數字化驅動下的區域教育現代化進程。

二、《框架》與全民數字素養與技能的關聯

2022 年，中央網信辦、教育部、工業和信息化部、人力資源和社會保障部聯合印發《2022 年提升全民數字素養與技能工作要點》。四部門提出，要以滿足人民日益增長的美好生活需要、促進人的全面發展和全體人民共同富裕為根本目的，堅持目標導向、問題導向、結果導向，多措并舉提升全民數字素養與技能。《工作要點》明確了工作目標：到2022 年底，提升全民數字素養與技能工作取得積極進展，系統推進工作格局基本建立。數字資源供給更加豐富，全民終身數字學習體系初步構建，勞動者數字工作能力加快提升，人民群眾數字生活水平不斷提高，數字創新活力競相迸發，數字安全防護屏障更加堅固，數字社會法治道德水平持續提高，全民數字素養與技能發展環境不斷優化。

四部門部署了8 個方面29 項重點任務，有關數字教育的內容就占了兩方面，其中，“強調終身學習，既是時代發展的要求，也是滿足人民群眾日益增長的美好生活需要的要求，充分體現了“以人為本”的數字經濟發展方向。”［3］在具體素養的提升途徑與能力要求上看，參照《面向21 世紀學習者的21 世紀能力：數字時代的基本素養》報告，我們可將數字時代的素養分為基本素養、創造革新思維、有效的溝通、高效能產出與高效能學習幾個方面（圖1）。

圖1 數字時代的基本素養

2022 年4 月，教育部印發《義務教育課程方案和課程標準（2022 年版）》，該標準的推出，與原有《普通高中課程方案（2017 年版2020 年修訂）》一道，組成了橫跨小初高多階段的綜合智能教育體系。兩套課程方案都明確了人工智能教學實施要點，即中小學人工課程與信息科技/信息技術學科關聯，人工智能在基礎教育階段采取項目化教學推進，人工智能教學同樣對接信息意識、計算思維、數字化學習與創新和信息社會責任四大核心素養。

根據教育“十四五”規劃中培養具有全面發展、突出特長、創新精神與高備品德的育人目標（圖2），基礎教育階段的人工智能教與學應全面指向以學生為中心、以問題為基礎、循序漸進認知、教學相長的項目化模式建構（圖2）。

圖2 數字時代育人目標

圖3 人工智能項目化步驟

三、人工智能校本項目化構建的特點與難點

（一）人工智能校本項目化構建特點

人工智能校本項目化系統構建，是傳統教學項目化系統構建的進階形態，意即在現有真實情境相互構建中強化“新的信息”的收集能力。此類信息的收集過程主要依靠師生反饋互動推進，既不拘泥于教師指導、師生交流與生生交流的表單式的項目推進，又呈現“全民終身數字學習”的教育協同推進態勢。

（二）人工智能校本項目化構建難點

基礎教育階段，學校推進《框架》涉及的雙重技術——人工智能基礎應用技術與基礎支撐技術的難點在于兩者涉及的關鍵技術與思維手段皆源于上游高等教育階段計算機科學與技術學科的成熟體系，其高校知識起源與能力考查規范的高門檻直接映射于區域化中小學人工智能教學推進，強化了現有信息技術與信息科技教師學科本位認識與培養體系不成熟之間的矛盾，擴大了當下高校初生人工智能專向人才輸送出口與信息技術/信息科技教師師范生源入口的不一致性。［4］上述問題期望依托時代的發展、教師隊伍的階段性能力提升與校園教育信息化水平的提高逐步解決。

（三）人工智能校本化實施案例分析

以福建省福州第八中學開設的校本化案例——《尋樟》為例，該案例以福州地區方興未艾的中學多校區化趨勢為研究對象，在項目主題上以“樟樹”留存與否拷問多校區間校園文化傳承現狀，在活動上通過雙校區綠植樣本調查獲取第一手數據，在教學上結合信息技術學科的數據排序算法，人工智能領域的K 近鄰算法共同推進，以完成度較高的方式實現了初、高中一體化項目的教學實踐。項目特色為：

一是融合人工智能、信息技術和現實情感紐帶。歲月是老校的回憶，這些回憶大多隨著初高分設和新校區的外移變得割裂。福州八中老校區的百年歷程一直有棵大樟樹的陪伴，如今新區在外，試問新區是否留存大樟樹的血脈？我們嘗試用信息技術手段，特別是人工智能理念來回答。

二是采用廣播節目方式記錄，作品與校園需求融合。依托校園FM 節目《吉祥播報》形式設計（蜻蜓FM 可收聽），作品設計、校園推廣與師生信息提升提交平臺一并執行，用音頻護佑師生綿長的校車征程。

三是樣本和工具互補，算法與項目適配。數百份葉片樣本均經過仔細規整，標明信息，數據采集工具簡約高效，算法難度選擇適中，項目推進以學生為線索。

圖4 《尋樟》跨校區項目

在教育領域，人工智能教育應用與發展正從獨立的、針對特定領域的智能導師系統向基礎人工智能技術的智慧學習環境演進。［5］本案例的實施過程，嘗試從智慧學習環境營造上與普適化與項目化——中小學開展人工智能教學過程中的痛點相匹配。在如今校園群體源生數字化屬性較高與升學選拔導致的信息能力低下的實際矛盾下，得以兼顧認知水平與項目推進。中小學生可依托他們成長的時代特色與經過設計的校本屬性，依托人工智能學科融合與人工智能硬件平臺的良好“兼容性”，順暢地體驗兼具“因材施教”與“因財適配”的校本化優勢。

課程標準是教材編寫、教學、評價的依據，教材是課程標準的具體化，高位知識體系建構與工程素養達到程度是實踐追求。在基礎教育階段實施智能教學的是人，無論是財力限制，還是能力限制，人工智能教育決策者和推進者都不應受制于局部資源的限制，應通過平臺驅動、政策支持與市場化運作，充分發揮平臺資源優勢，根據國家教育政策和市場環境靈活調整，不斷創建新的智能教學策略。