新課標下人工智能教育的邏輯主線與落實

摘" "要：《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》遵循學生身心發展規律，力圖構建提升數字素養，培育數字時代創新力、學習力和遷移力的完整信息科技教育體系。從人工智能教育視角，分析新課標下人工智能在中小學教學中的設計安排，能夠促進人工智能的教育落實。新課標以人工智能教育為邏輯主線，人工智能課程的學習與實現從智能設備的體驗開始，到認識、理解，再到嘗試設計，最后進行創新設計。其中，入門、遷移、數據基礎、實踐創新的邏輯主線方式，貫穿整個人工智能課程中，在學習者的認知水平范圍內，逐步提高，環環相扣，最終實現學生數字素養和技能的提升。基于此，從人工智能的工具性作用和教育落實方面提出，人工智能教育要打破常規，在教學組織形式、教學內容安排、交流分享等環節上，不斷創新，以適應學生的發展需求，在新課標下穩步扎實做好人工智能知識的傳授。

關鍵詞：信息科技；人工智能；核心素養；課程標準；人工智能教育

中圖分類號：G434" " " " "文獻標志碼：A" " " " " " "文章編號：1673-8454（2023）07-0106-07

一、引言

2022年4月，教育部正式發布《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱新課標）。新課標遵循學生身心發展規律，力圖構建提升數字素養，培育數字時代創新力、學習力和遷移力的完整信息科技教育體系。信息科技課程主要研究以數字形式表達的信息及其應用中的科學原理、思維方法、處理過程和工程實現，旨在培養科學精神和科技倫理，提升自主可控意識，培育社會主義核心價值觀，樹立總體國家安全觀，提升數字素養與技能。小學低年級注重生活體驗，小學中高年級初步學習基本概念和基本原理，并體驗其應用；初中階段深化原理認識，探索利用信息科技手段解決問題的過程和方法。新課標突出人工智能作為邏輯主線的地位，這與《新一代人工智能發展規劃》中指出的“在中小學階段設置人工智能相關課程、逐步推廣編程教育、建設人工智能學科”一致，同時可作為高中階段進一步深層次教育的基礎，形成我國人工智能人才培養高地[1]。

二、人工智能教育在新課標中的邏輯主線

信息科技課程具有基礎性、實踐性和綜合性，促進學習者身心發展、認知水平的不斷螺旋上升，進而提升學生數字素養和技能。人工智能在義務教育階段沒有以單獨的課程呈現，但在信息科技課程中，以提升數字素養和技能為目的，作為邏輯主線，在整個義務教育階段從體驗開始，逐步滲透。如圖1所示，在信息科技課程中，以人工智能為主線的內容設計分四個階段，每個階段分為內容模塊和跨學科主題兩個部分，而每個階段的最后一項為跨學科主題實踐教學內容安排。

新課標中設計了跨學科主題，分別為數字設備體驗、數據編碼探秘、小型系統模擬、互聯智能設計四個層次階段，以螺旋上升、逐步提高的方式進行。這四個方面的跨學科主題重點突出人工智能教育，突顯跨學科、綜合性、實踐性的特點，整體在課程中的陳述表達也分布于義務教育段的整個過程，其中將小學1至2年級劃分為第一學段、3至4年級為第二學段、5至6年級為第三學段、7至9年級為第四學段，并以學生的身心發展和心智水平逐級安排不同的學習內容。在信息科技課程的內容模塊安排中，也分為相同的四個學段，從信息的交流分享開始，到最終的人工智能與智慧社會，中間穿插在線學習、數據與編碼、算法、過程與控制、物聯網、互聯網等關鍵內容。

（一）第一學段（1至2年級）

人工智能教育從此階段的信息交流、分享、安全與隱私中開始，結合數字設備體驗的表達與陳述，開啟人工智能教育的入門階段。信息無處不在，其依附于各種載體以多樣化的形式不斷進行呈現表達、交換傳遞。物理世界和數字世界都在不斷地產生信息，獲取、存儲、處理、交流分享信息的方式各具特點，智能化時代數字信息顯得尤為重要。圖、文、動畫、音視頻等信息的數字化更利于交流傳遞。利用智能設備進行文字、圖符、語音等多種輸入方式的表達與交流，以及用恰當的數字化方式表達個人見聞和想法，樂于與他人分享信息，成為“智能”機器化時代的入門技能。智能時代要求學習者具有主動使用數字設備的興趣與意識，體驗數字信息的人與人、人與智能設備（系統）、機器與機器間的交流傳遞過程，了解信息的多種表示方式，用圖符的方式進行表達，包括情感的數字化表達，如點贊、笑臉、五星好評等，并嘗試使用數字設備及數字資源開展學習活動，在公共場合文明使用數字設備等。

在第一學段，安排學生進行數字設備的體驗，以使其初步形成利用數字設備開展數字化學習與交流的意識。通過體驗掃碼點餐、刷臉進門、語音輸入、智能手環、智能衣柜、智能紐扣等，結合生活中已經很普遍的智能應用，讓學生學習體驗智能化社會，感知智能的便利和價值，激發和形成數字意識。同時，還要強調安全負責地使用數字設備，使學生具有信息安全意識。在該學段，通過個人信息管理、網絡禮儀等跨學科主題任務的實踐學習，進一步為數字素養奠基，這是一、二年級學生學習的入門階段。該階段的學習與實現，注重“體驗”，引領學生去認識和感知學習生活中的人工智能，以激發和形成數字意識為主。

（二）第二學段（3至4年級）

第二學段開始安排學生體驗在線學習與生活、數據與編碼、數據編碼探秘三部分。通過網絡聊天、網絡購物來學習信息的獲取與處理。合理選用數字化工具解決簡單問題并分解，進行數字化描述。在教學過程中，用可視化方式呈現數據之間的關系，如數據圖表、思維導圖、用數據講故事等。通過掃描支付、掃碼下載等功能來認識自主可控技術的意義，逐步為今后的人工智能教育做準備。“用數據講故事”則嘗試用已獲取的信息來進行表達，賦予智能機器人講故事的思維，根據應用場景選擇信息載體表示信息，用數字化工具收集、組織數據，并表達觀點或預測結果。這是一個遷移的階段，用圖表、思維導圖等形式，來收集、組織數據，以適應人工智能社會數據的獲取、傳遞、交流、分享、處理與應用。跨學科主題安排了數據編碼探秘，可以進一步體驗、感知數據編碼，為人工智能教育打好理論基礎。“用數據表達”是人工智能的需要，數據表達是人類去設計自主可控智能設備與智能系統必經的過程和環節。

（三）第三學段（5至6年級）

在新課標中，該學段的人工智能教育由入門轉到算法上來。人和智能設備（系統）需要主動獲取、篩選、分析數據，尋找最優的算法解決問題。用自然語言處理、流程圖等方式描述算法，表達問題的解決過程，通過基本控制結構簡單描述問題解決的實施過程，并能用程序驗證。有意識地將算法應用于數字化學習過程中，利用恰當的數字設備規劃方案、描述創作步驟，也是一個用算法表達“智能”的過程。其中，重要的是了解并認識算法及自主可控技術，包括程序的三種基本控制結構統一規則下的不斷應用。這種表達適合個體、團隊、系統的解讀，是通用的算法表達亮點優勢所在。跨學科主題安排了小型系統的模擬，整合已有學習資源，拓展和提升對人工智能的進一步認識；學習體驗小型化的人工智能系統，結合算法、過程與控制，實踐中感悟理論，在將理論內化于實踐中的應用，不斷提升、積淀。

算法是計算思維的核心要素之一，也是人工智能得以普遍應用的三大支柱之一。這一階段安排猜數字游戲、韓信點兵、最短路徑等任務實踐的學習體驗，將數據、算法正式引入到學生的視線。該階段學生學習了解過程與控制的特征及實現方式、特點和規律，知道反饋、環路、優化的方法。教師以生活中家用空調的磁控管、電機、控制電路、溫度傳感器等為例，介紹智能設備的工作情況；在教學中也可仿照空調的工作構件機理，拓展更多的創意設計。在跨學科主題任務中，安排小型系統模擬課程，如漢諾塔、開關系統、擴音系統等知識，由智能機器化的學習向智能設計轉化過渡，這個階段較重要，是數據基礎階段。

（四）第四學段（7至9年級）

人工智能離不開互聯網和物聯網，其從應用層促進并改變著信息社會的不斷發展。“智能”的表現轉移到數字設備的應用和數字設備（系統）的表達，這種表達代替人類的多種表達，如接人待物、對周圍環境的實時反饋機制等。學習者在此階段設計和搭建簡單的物聯系統原型，體驗數據處理和應用的方法與過程，能通過軟件與硬件相結合的項目活動采集、分析和呈現數據，通過案例分析理解人工智能。首先，選擇恰當的數字設備支持學習、改變學習方式，并主動利用數字設備開展創新實踐活動；其次，了解自主可控對國家安全，以及互聯網和物聯網未來發展的重要意義，并體驗人工智能應用場景；最后，用智能設備或是開發的智能系統進行表達，如向世界介紹所在學校、無人機表演、在線數字氣象站、人工智能預測出行等，通過這些系列的學習任務，實現用數字設備進一步表達對環境的了解。

第四學段是實踐創新階段，也是智能設計、智能機器人的實現階段。學生可以利用互聯網工具或平臺，進行較精準的搜索、交流、協作，學習搜索引擎、社交媒體、短視頻、協同寫作等；設計并搭建簡易物聯系統，如實時定位、遠程控制、分享眾籌等；識別身邊的人工智能應用，理解人工智能與現實社會的聯系。這一階段的學習，盡可能做到從認識模仿到拓展創新，達到學習后的自我設計與創造，在知識技能的拓展上不要固化學生的思維，發揮學生無限的想象力，不斷創新、創造。

人工智能教育的學習與實現從體驗開始，到認識、理解，再到嘗試設計，最后到創新設計。入門、遷移、數據基礎、實踐創新的邏輯主線的方式，貫穿整個信息科技課程中，在學習者的認知水平范圍內，逐步提高，環環相扣，最終實現學生數字素養和技能的提升。

三、人工智能的工具性作用和教育落實

（一）人工智能在中小學階段的工具性作用

在“互聯網+”時代的當下，“智能”開始機器化。人工智能教育的穩步開展，使人們不致于陷于高科技的恐懼。持續掌握高科技產品和技術領域運行機制、工作步驟、原理等，適應人工智能時代的人才需求，是非常必要且緊迫的。人工智能教育需要不斷揭開高科技神秘的面紗，包括習得基于人類智慧事先優化的設計，以及指定的方案、運行步驟，如自主可控技術、高于人體生物性的傳感器等。借助這些功能來實現深層次的育人目的，并激發育人的活動力與潛力。

1.育人的載體工具

教育需要培養出能夠適應未來數字化發展的人才。人工智能教育在立德樹人，滲透愛國、文化自信的同時，還要做好教學實踐過程中的團隊合作、交流與分享，以及共同進步和提高。在知識學習和技能習得過程中，提高學生適應社會的生存能力，并發揮其自我能力，實現社會價值。

2.數字素養的提升工具

教師以人機協同的方式，培養學生計算思維、問題解決和創新思維等能力[2]。人工智能是由人來控制和創意性設計的，如智慧搭建、創意編程等，它是“理解問題—找出路徑”的思維過程，這不僅對學生思維能力的提升有很大幫助，而且對其學習能力的提升也有很大作用。更重要的是，可以讓孩子在面對復雜的問題時，不再退縮，而是迎難而上，將復雜問題分解成各種小問題，找到每個問題之間的聯系，并將問題逐一解決。在這一解決問題的過程中，思維的培訓和素養的提升顯得尤為重要，也是學生應對未來各種變革，能夠從容不迫的必備技能。人工智能教育是一項技能，是自我思維培養提升的集合，是數字素養提升的工具。學生將人工智能作為工具，可以更有效地分析處理學習和生活中的問題。在實施人工智能教育過程中，需引導學生正確把握人工智能技術工具性的實質，將其作為一種學習、提升自我的工具，實現從“學”到“用”的轉變。

3.創新素養的提升工具

在人工智能教育的實施過程中，要不斷喚醒、培養和提高學生的創新意識，在跨學科、綜合性的人工智能范疇內，在人的智能范圍內進行開發、創造，改善和優化人類生存環境，提高生活效率和質量[3]。從學校開設的人工智能教育課程內容來看，其綜合性強，適合時代發展的要求，從編程、機器人到無人機、智慧搭建、創意設計等，是培養學生創新素養很好的媒介和工具。創新素養是用新思維、新能力，對過去舊事物所產生出一種改造升級的修習涵養的過程，也可以理解為是對未來社會提出的一種新的、更高的要求。因此，需要不斷提升創新素養，以應對社會需求。

4.綜合能力的培養工具

人工智能教育的跨學科、綜合性，使其成為學生綜合能力的培養工具[4]。基礎學科也在慢慢融入更多實際問題的解決和應用，并加入更多的綜合實踐活動。人工智能教育是在實踐過程中，慢慢掌握知識技能，體悟實踐中的現象、原理、邏輯等。在活動過程中，學生可以相互分享借鑒、交流深思。團隊中的個體可以發揮自己的專長來為小組服務，涉及組織能力與協調能力等；智能作品要賦予一定的寓意和內涵，作品介紹與宣傳中的文創與立意、解讀與他人認知也很重要。人工智能教育在多種科技實踐活動中表現更為綜合，同時沿襲人工智能技術的諸多優勢，在實施教育實踐活動的過程中，實現學生綜合能力的培養。

5.數字化轉型的必備工具

在萬物都數字化轉型的時代，普通生活都有了數字化生活的概念。事實上，數字化轉型和科技創新是同一個理念——通過科技讓人類的生活更美好。以往的發展都是以信息化為主導，其實信息化也有很多數據，只不過數據都分散在不同的系統里，沒有打通，也沒有真正發揮出價值。而數字化是真正把“數據”看作一種“資產”，這是曾經從未有過的“視角”[5]。伴隨著時代的走向，數據不再是單純的數據信息源，數據可以結合一些可視化界面作為載體，實時地展示反饋出這個世界的變化。人工智能教育中的編程課程，最直接地反映了對學生數字化意識和編程思維的培養。

（二）人工智能的教育落實

人工智能教育的跨學科性和實踐性，衍生出以能力和思維為主的新學科，技術賦能時代下的新學習模式和教學內容將重組。基于互聯網技術的“隨時隨地”學習，突破時間和空間的限制，使班級授課制不再是學校教育的單一形式[6]。另外，網絡空間、名師空間、特色空間、網絡通信群等應用更加拓寬了交流學習、學術專業研討的渠道，虛擬學習使個性化學習和基于興趣的深度學習成為常態學習形式。基于此，人工智能教育也要打破常規，在教學內容安排、教學組織形式、交流分享等環節，不斷創新，以適應學生的發展需求。

在教學內容方面，教師需要傳授基本的窗口操作、菜單理念、基本手勢等，而不同的應用場景需要學生自己去探究和體悟。其中，更多的是動手實踐，從中習得技能，內化知識。在教學組織形式方面，集中授課要注重整體知識與技能的內容安排，如項目式學習中的任務創建、協作分工、成果分享、相互激勵、答疑解惑，以及知識資源庫、學習網站的發布等。另外，還要注意學習過程的溝通與交流，分享學習的喜悅感、獲得感、成功感，通過組織頭腦風暴或深度交流，反思自我，尋找差距，激勵前進。

四、結論與建議

總之，在新課標的引領下，人工智能教育能夠普及普惠、深度融合，并提升全民科技素養、數字素養。未來社會必將是數字化社會[7]，要從娃娃抓起，從中小學開始，實實在在地推進人工智能教育。基于研究結論，本文提出如下建議。

首先，堅持科創育人目的。人工智能教育研究的重點是培養人的思維和問題解決的策略，從模仿到熟悉再到創造，進行自我素養的提高。人工智能教育的重心回歸到思維層次性的鋪墊，結合學習者心智水平的發展規律，實施不同層次教育目標要求。在基礎教育階段開展過程中，不能在知識和技能的具體細節上走入誤區，而應當把主要力量落實在目標所要求的本質核心上，讓學生不論是剛開始接觸還是提升階段，都做到層層遞進螺旋上升、循序漸進，并逐步接受、認識和提高。各學段依據學習者的認知水平，靈活處理學習內容，更多關注人的體驗感和獲得感，注重軟素質培養，培養有正確價值觀和道德品性的人。

其次，堅持喚醒創新意識，提升創新素養。在人工智能教育的實施過程中，堅持喚醒學生的創新意識，在問題的解決過程中，尋找最優化的算法和策略，并在模擬人類智慧的行為活動中，認識到人與智能機器的區別，利用機器人的傳感器來創新或重組設計新興機器生物體的新智能，創造出人類智慧下而高于人類生物體的力量，來為人類服務或提高工作效率，創造更為舒適的生存環境。隨著社會的發展，創新成為人的一種基本技能和品質，這也是智能機器人永遠不能替代人類的原因。創新素養使人的生物性外在表象在更高的層次上得以確證，使人自身的品質和素養得到升華和拓展。

再次，注重學生能動性的培養與習得。學生能動性的培養在于自我意識的喚醒，以及學習動力的激勵和鞭策，形成自我良好的自身學習動力。在人工智能教育實施過程中，避免人云亦云或全程配合跟隨他人，在激發興趣上下功夫，促使自主探究并致力于深度學習與研究。在不同階段開展人工智能教育，在興趣的促使下，爆發出新時代學生的主觀能動性，不再是被動地依照在校時間流程或活動環節淺層次地應付參與，而是激發學生的主動探究與學習。

最后，強化思維的培養與鍛煉啟迪。在人工智能教育實施過程中，學生思維的嚴謹性和邏輯性得到進一步培養和啟迪，所涉及的不同編程語言在描述和解決問題過程中具有普遍通用性，或者是編程思維過程一樣，只是呈現形式、代碼或圖形標示不同，從教學目的來看，這是教編程思維意識、過程和素養。例如，在智能設計的實踐活動中，基于問題解決和情境預設，進行外觀創意設計，進一步對功能的實施操作中，用程序命令來進行控制，或是基于網絡、手機App控制；基于一個范例，對學生進行思維的培養和深度強化，對智能設計作品進行全過程、全方位的思維引導和拓展，不斷啟迪學生更多的思考，更有利于學生在實踐過程中，去捕捉已有智能素養基礎下的進一步探究和外延學習，感悟更加深度的思維推演，進而嘗試深度學習。在這個過程中，智能教育承載更多的目標，不僅實現動手實踐技能，還可延伸到程序設計、思維培養與提升，以及創新創造等。機器不能完全替代人類，人類在思維的過程中，通過量的積累，進行沉淀、思考、創新、頓悟。可見，在人工智能教育的過程中，要防止思維約束和思維固化，并能通過具體范例舉一反三，外延拓展，以點帶面，強化思維的培養與鍛煉啟迪。

參考文獻：

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[4]楊凱鴿，董雪.人工智能技術在教育中的應用現狀與展望[J].科技創新與應用，2022，12（12）：189-192.

[5]孫立會，王曉倩.人工智能之于教育的未來圖景：機器行為學視角[J].中國電化教育，2022（4）：48-55，70.

[6]何聚厚，李天宇，何秀青.中小學人工智能教育大單元設計的意蘊、困境和路徑[J].中國電化教育，2022（2）：30-37.

[7]盧宇，宋佳宸.中小學人工智能教育的現狀、實施與發展[J].人工智能，2022（2）：8-13.

Logic Main Line and Implementation of Artificial Intelligence Education

under the New Course Standard

Binghui YANG

（Wuzhong No. 5 Middle School， Wuzhong 751100， Ningxia）

Abstract： The “Information Technology Curriculum Standards for Compulsory Education （2022 Edition）” follows the laws of students’ physical and mental development， striving to build a complete information technology education system that enhances digital literacy， cultivates innovation， learning ability， and transfer ability in the digital era. From the perspective of artificial intelligence education， this paper analyzes the design and arrangement of artificial intelligence in primary and secondary school teaching under the new curriculum standards， and then achieves the implementation of artificial intelligence education. Taking artificial intelligence education as the main logical thread， the learning and implementation of artificial intelligence courses start from the experience of intelligent devices， to knowing and understanding， then to trial design， and finally to innovative design. Among them， the logical mainline of introduction， transfer， data foundation， and practical innovation runs through the entire artificial intelligence curriculum， gradually improving within the cognitive level of learners， and ultimately achieving the improvement of students’ digital literacy and skills. Based on this， from the perspective of the instrumental role and educational implementation of artificial intelligence， it is proposed that artificial intelligence education should break away from conventional practices and continuously innovate in teaching organizational forms， teaching content arrangements， communication and sharing， in order to meet the development needs of students and steadily implement artificial intelligence education under the new curriculum standards.

keywords： Information technology; Artificial intelligence; Core literacy; Curriculum standards; Artificial intelligence education

編輯：王曉明" "校對：李曉萍

DOI： 10.3969/j.issn.1673-8454.2023.07.013

作者簡介：楊炳會，寧夏吳忠市第五中學高級教師，省級骨干，省級名師網絡工作室主持人（寧夏吳忠 751100）