發展人工智能教育，推動拔尖創新人才早期培養

謝忠新 李曉曉

【摘 要】本文剖析了中小學開展人工智能教育的雙重價值取向及其培養發力點，闡述了上海市浦東新區通過構筑區域中小學人工智能教育生態系統，圍繞區域、學校、課堂精準發力，培養早期拔尖創新人才與學生創新能力的經驗。

【關鍵詞】人工智能教育；拔尖創新人才；早期培養

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2024）01-014-03

中小學開展人工智能教育的雙重價值取向

隨著國際政治、科技、產業發展形勢風云變化，加強科技創新人才培養已成為社會共識。人工智能技術引領當下科技產業革命，國家戰略、教育政策文件及信息科技學科新課標相繼提出并細化了中小學階段開展人工智能教育的相關要求。在中小學開展人工智能教育，一方面可以培養學生的人工智能素養，使學生理解智能時代的各種新技術、新手段、新應用、新發展，更好地適應社會發展的需要；另一方面可以識別發現潛質學生，做好拔尖創新人才的早期培養，可以讓學生認識人工智能技術帶來的前所未有的挑戰，看到自己的差距，培養勇于追求、不斷創新的進取精神和使命感。在人工智能教育實施過程中，要重視學生的個性差異，有意識地發現在智能、志向、人格特征等方面遠超平均的潛質學生，進行有針對性地培養。

中小學人工智能普及教育與拔尖人才早期培養的“發力點”

人工智能的學習是一個由淺入深的系統性工程，中小學人工智能普及教育與人工智能拔尖創新人才早期培養面對的群體不同，培養定位不同，教學實施的發力點也各有側重。

1.人工智能普及教育強調素養導向的課程、資源、活動設計

人工智能普及教育強調設計體系化的人工智能課程內容，開發多樣化數字資源，組織實施素養導向的教與學活動。

（1）要有體系化的人工智能課程內容，解決“教什么”的問題。課程體系化設計可以確保課程內容的連貫性和系統性，幫助學生更好地認識人工智能的發展，理解人工智能原理思想與技術方法，有效利用智能社會中的技術、工具與服務，在建立興趣的基礎上，提高運用人工智能相關技術思想分析和解決實際問題的能力及創新創造能力。

（2）要有匹配課程的多樣化數字資源，解決“用什么來教”的問題。一是數字化資源要與課程內容相匹配，應結合課程內容思考資源設計。二是數字化資源類型應多樣化，既有作用于技術原理思想理解的視頻類資源，又有感受人工智能應用互動的體驗類資源，還有模擬原理運作過程的驗證類資源，更有可以動手操作實現技術運用的實踐類資源。

（3）要組織落實素養培養的教學活動，解決“怎么教”的問題。素養導向的課堂教學活動設計應體現真實情境、問題驅動、跨學科融合等特征，能夠促進學生互動、體驗、探究的項目學習、實驗教學、不插電的計算機活動等方式組織實施，幫助學生形成完善的思維體系、人格特質和社會情感以及多元智能。

2.人工智能拔尖人才早期培養強調學段貫通、因質選學、供需匹配

基于中小學人工智能普及教育，要識別并發現少部分具有人工智能學習潛質的學生，并為其提供與學習需求匹配的學習供給，促進其在人工智能特長領域的充分發展。

（1）學段貫通，探索課程銜接的拔尖人才早期培養路徑。學段壁壘是拔尖創新人才培養的瓶頸。各學段教學管評考方面的政策制度雖未銜接，但可以以貫通中小學段的進階課程體系設計為抓手，探索人工智能拔尖人才的早期識別與培養。從低年級到高年級，課程內容的廣度和深度逐層遞進。在連貫性結構化的課程學習過程中，具有人工智能學習潛質的學生更容易展示出特長。尤其要關注學生在真實情境中運用人工智能知識和技能來解決實際問題的能力，以及在他們感興趣或表現出特長的人工智能領域，合理規劃達成目標的路徑。

（2）因質選學，提供異質性個性化的人工智能學習課程。拔尖創新人才內部存在巨大的異質性，需要“因材施教”。要打破班級制、年級制的桎梏，實行混齡制教學。充分利用大數據、云計算、人工智能等新興技術的優勢，識別發現具備人工智能學習潛質的學生，跟蹤分析每個潛質學生在智力、心智結構和發展需求等方面的差異，在尊重和保護學生研究興趣的基礎上，為學生在人工智能領域獲得進一步發展，提供異質的個性化人工智能學習課程。

（3）供需匹配，創設探索性學習空間滿足學生內在需求。人工智能拔尖人才早期培養，應該根據潛質學生身心發展特點和內在需求，創設具有自主性、交互性、開放性、智能性、沉浸性等特征的探索性學習空間，讓學生在真實問題情境和跨學科的綜合學習和探究實踐中，努力把自己的興趣變成志趣再變成志向。在其中，教師更多的任務是指導、啟發和協助，引導學生在沉浸式學習環境中感受人工智能前沿技術的發展，探索人工智能核心技術思想的實現路徑和創造性應用。

中小學人工智能普及教育與拔尖人才早期培養的浦東探索

上海市浦東新區立足全區中小學人工智能教育推進，構筑了區域中小學人工智能教育生態系統，圍繞宏觀、中觀、微觀三個生態圈層精準發力，在人工智能普及教育實施中識別并發現具有人工智能學習潛質的學生，并開展針對性培養。

1.頂層設計：構筑區域中小學人工智能教育生態系統

以創新生態系統理論為指導，系統思考影響人工智能教育的諸多要素（如學生、教師、課程、資源、硬件、平臺、教學活動組織等）之間如何良好有序地運作，構筑了區域中小學人工智能教育生態系統，包含宏觀“區域系統協同層”、中觀“學校群落互動層”、微觀“課堂教學實踐層”三個生態圈層，聚焦學生人工智能素養培養、拔尖創新人才早期培養，形成開放、共享、協同、共生的可持續發展育人模式。

在區域系統協同層，構建了由浦東新區教育局牽頭，各實驗學校主體實施、高校及研究院專業引領，AI企業技術支撐的“政-校-研-企”多方協同機制，形成開放共享的區級場域，研發區域人工智能課程體系，協同部署人工智能教學硬件、人工智能教育區域大平臺、人工智能課程教與學資源等。

在學校群落互動層，根據同一學段學生基礎不同設置了“基礎課程校—進階課程校—實驗創新校”分層培養的學校群落，建立了小學、初中跨學段銜接培養的學校群落，探索分層進階群落的人工智能教育互動機制、推進策略等。

在課堂教學實踐層，面向真實問題解決，實踐素養導向和拔尖人才早期培養的人工智能教學新模式。轉變傳統教學方式，突出學生主體，注重啟發式、互動式、探究式教學，面向真實問題解決實施“體驗-理解-實踐”教學和“主題式研究性學習”。

2.精準發力：打造適宜的區域、學校、課堂育人環境

聚焦區域人工智能教育三個生態圈層精準發力，打造適合學生人工智能素養培養與拔尖創新人才早期培養的育人環境。

（1）區域系統協調層。研發了小初高貫通一體化的人工智能課程。組建專家團隊，研究構建貫通小學、初中、高中的人工智能教育課程體系，按照“認知→理解→應用→實踐→創新”的課程框架，使課程內容的廣度和深度從低年級到高年級逐層遞進，小學側重“感悟”、初中側重“體驗”、高中側重“創新創造”[1]。通過體系化的課程內容幫助學生奠定良好的人工智能知識、技能、倫理的基本功。每個學段的人工智能課程內容又可以分為基礎課程、進階課程和競賽課程（面向具有人工智能學習潛質的學生）三大類型，通過系列課程組合的方式滿足不同學校、不同學生的差異化需求。伴隨技術發展評估更新相應課程內容，如在文心一言等AIGC工具出現后，研發團隊將大語言模型的使用學習、簡單原理理解、模型調用等納入課程內容。

選購了人工智能課程學習所需的硬件設施。統一為各實驗校提供教學硬件，其中基礎課程配套的多為集成度高的、不需要搭建的教學硬件，學生可以直接通過編寫指令指揮硬件具備人工智能功能；進階課程配套的教學硬件則為學生動手操作提供更多的實驗和實踐空間，通過可以自主搭建的、能與區域人工智能教育大平臺及學校已有硬件便捷對接的教學硬件和工具，開展各類人工智能教學實驗。

選購、整合了人工智能教育大平臺與資源。這包括教與學系統和人工智能編程系統兩大主要模塊。教與學系統能夠支持課前教師備課、學生預習，課中人工智能技術和成果體驗、理解、實踐、應用等個性化活動設計和實施，課后學生自主學習和拓展研究、教師課堂數據分析診斷的教學閉環。編程系統能夠為師生提供多種差異化的編程工具，既有適合低年級學生使用的圖形化編程工具，又有適合高年級學生使用的代碼編程工具。一鍵切換實現“積木轉代碼”，消除學生對代碼編程的焦慮。在區域平臺上為師生準備了大量的感知類、互動體驗類、理解類、實驗/驗證類數字資源，支持設計與組織多種類型的人工智能實驗教學活動。同時組織了中心組教師與專家逐課打磨，為教師提供教案、課件、學習任務單等資源。

（2）學校群落互動層。形成了基礎、拓展、競賽分層培養機制。在小學和初中分別組建了基礎課程校、進階課程校、實驗創新校三類學校群落，其中前兩類主要開展人工智能普及教育，實驗創新校則更多為具有人工智能學習潛質的學生提供探索性研究性學習環境。各學校群落內以及學校群落間形成了各類教師研修共同體，借助區域系統協同層提供的課程、硬件、平臺、資源、培訓等開展教育教學實踐與研修，不斷提高教師專業教學與指導能力。

創設了人工智能主題式探索性學習空間。指向人工智能拔尖人才早期培養，在小學和初中學段，實驗創新校共創設了六個不同人工智能主題的實驗中心，包括機器人聯盟實驗中心、機甲大師實驗中心、計算機視覺實驗中心、智能語音實驗中心、人工智能VR實驗中心和浦東智慧城實驗中心。人工智能實驗中心不是單純的人工智能教育實驗室，而是一個融合教、學、做、創、分享、展示的“六度一體”多功能空間，為具備人工智能學習潛質的學生開展人工智能主題領域的深度學習提供良好適切的科技創新環境。其中，部分實驗中心還配備了大模型學習助手，通過沉浸式的體驗學習、實驗教學、人機協同學習、項目實踐及賽事輔導，在跨學科綜合學習中加強潛質學生的創新創造能力培養。

（3）課堂教學實踐層。構建了素養導向的人工智能“體驗-理解-實踐”式教學。以小學計算機視覺單元“人臉識別”一課為例，在體驗環節，教師利用教與學平臺以及體驗類資源、小飛機器人組織與指導學生體驗計算機視覺的功能與作用；在理解環節，教師組織學生開展計算機視覺的相關實驗，幫助學生在經歷原理運作的過程中理解計算機視覺的簡單原理、技術思想、倫理道德等；在實踐環節，基于人工智能硬件、編程平臺、項目資料，組織學生開展計算機視覺實踐項目的任務分析、動手編程與調試、作品交流等。

探索了人工智能潛質學生培養的“主題式研究性學習”。基于學生研究志趣，結合人工智能領域的熱點和前沿問題，確定具有挑戰性和探究性的主題，如“智能家居系統的設計與實現”“道路識別與自動駕駛”“大模型在智能語音中的運用”等。圍繞主題制定詳細的研究計劃，包括待解決的具體問題，擬采取的技術路線，需要收集的資料和數據，時間安排及人員分工等。教師引導學生按計劃進行自主學習、合作學習、探究學習，收集資料、分析數據、技術實現，解決問題。

發展人工智能教育，推動拔尖創新人才早期培養是人才強國奮斗目標的發展所需、時代所向。我們應統籌各方面的資源和優勢，推進中小學人工智能教育在實踐中發展，在發展中創新，在創新中育才，為人工智能拔尖創新人才培養探索新路徑、開拓新征程。

參考文獻

謝忠新，曹楊璐，李盈. 中小學人工智能課程內容設計探究[J]. 中國電化教育，2019（4）： 17-22.