中小學人工智能課程設(shè)計的內(nèi)在邏輯與實施路徑

在人工智能戰(zhàn)略布局持續(xù)推進及全球人工智能教育蓬勃發(fā)展的時代背景下，人工智能教育已遂漸成為科教融匯的重要力量，推動著人才培養(yǎng)模式的變革以及教育教學方法的創(chuàng)新。自前國內(nèi)基礎(chǔ)教育階段的人工智能課程尚處于起步階段，亟須理論研究者、教學實踐者等不同層面的教育工作者從技術(shù)原理融合、教學模式創(chuàng)新、倫理奠基、資源配置等維度，協(xié)同推動人工智能課程的系統(tǒng)化設(shè)計與實施，從而助力學生成為具有責任心的人工智能技術(shù)使用者、具有創(chuàng)新意識和實踐精神的人工智能技術(shù)設(shè)計者和具有理性判斷力的人工智能技術(shù)反思者。

一、中小學人工智能課程設(shè)計的內(nèi)在邏輯

我國持續(xù)完善人工智能教育體系，明確指出在中小學階段需設(shè)置人工智能相關(guān)課程。目前上海開設(shè)了“人工智能基礎(chǔ)\"這一地方課程，各省市也已著手結(jié)合區(qū)域特色，積極推進人工智能課程建設(shè)。本研究團隊的人工智能課程設(shè)計以人工智能素養(yǎng)作為邏輯起點，涵蓋人工智能意識、人工智能思維、人工智能應(yīng)用與創(chuàng)新、人工智能社會責任，以“人一機一環(huán)境\"交互作為邏輯中介，在具體情境中建立人與多元要素的動態(tài)聯(lián)結(jié)，逐步走向?qū)W生的社會性與技術(shù)性成長這一邏輯終點，如圖1所示。

（一）面向人工智能素養(yǎng)的邏輯起點

明確人工智能素養(yǎng)的構(gòu)成維度是課程設(shè)計的邏輯起點，對于課程自標設(shè)定、內(nèi)容架構(gòu)及實施路徑選擇具有根本性導向作用。通過對《K-12人工智能課程：政府認可的人工智能課程藍圖》《中小學人工智能課程指南》《中小學人工智能課程開發(fā)標準（試行）》等國內(nèi)外人工智能教育的頂層規(guī)劃文件進行梳理后發(fā)現(xiàn)，人工智能素養(yǎng)被廣泛認為是一個綜合性的概念，涵蓋人工智能意識、技術(shù)應(yīng)用能力、實踐創(chuàng)新思維、人工智能社會責任等，注重人工智能知識、技能、價值觀與情感態(tài)度。

本文在多方梳理和分析的基礎(chǔ)上，確定人工智能素養(yǎng)主要涵蓋人工智能意識、人工智能思維、人工智能應(yīng)用與創(chuàng)新、人工智能社會責任四個維度。其中，人工智能意識指的是對人工智能技術(shù)的敏感度、認知深度與價值判斷意識；人工智能思維強調(diào)的是運用人工智能領(lǐng)域的方法論構(gòu)建問題解決方案的思維能力；人工智能應(yīng)用與創(chuàng)新注重基于場景需求批判性選用工具，并通過人機協(xié)同實現(xiàn)學習生活智能化管理，開展場景化創(chuàng)新實踐的應(yīng)用與創(chuàng)新能力；人工智能社會責任則指隱私保護、倫理規(guī)范和行為自律層面的社會責任擔當。人工智能素養(yǎng)的幾個維度動態(tài)關(guān)聯(lián)、整體協(xié)同：人工智能社會責任具有定向的決定性作用，既規(guī)范意識與思維的價值導向，也為應(yīng)用創(chuàng)新提供倫理框架；人工智能意識是人工智能思維的前提條件，認知的深度會影響思維模式；人工智能思維指導應(yīng)用創(chuàng)新，同時通過創(chuàng)新迭代能夠優(yōu)化思維模型。

人工智能素養(yǎng)涉及認知、思維、實踐、倫理等多個層面，這使得課程設(shè)計具有綜合性，注重多維度目標設(shè)定、跨學科內(nèi)容整合、系統(tǒng)化統(tǒng)整實施。課程除了關(guān)注技術(shù)賦能、思維重構(gòu)外，還強調(diào)倫理塑造。因此，課程應(yīng)涵蓋意識啟蒙、思維訓練、應(yīng)用創(chuàng)新、倫理責任等模塊，旨在引領(lǐng)學生構(gòu)建技術(shù)認知地圖，鍛造技術(shù)邏輯引擎，積極參與實踐創(chuàng)新，并強化倫理決策能力。

同時，課程以人工智能教育為主線，可以通過跨學科融合的方式，建立各學科之間的有機聯(lián)系，構(gòu)建人工智能課程群。學校需統(tǒng)籌信息科技、科學、綜合實踐活動、勞動、課后服務(wù)等進行一體化實施，也可通過人工智能科技節(jié)、人工智能應(yīng)用比賽等多種形式的活動，引導學生在個人生活、校園生活和社會生活中感知、體驗和應(yīng)用人工智能，提高人工智能應(yīng)用與創(chuàng)新能力。

（二）基于“人一機一環(huán)境”交互的邏輯中介

人工智能教育是“人一機一環(huán)境”三元交互的過程，包括“人一人、人一機、人一環(huán)境、機一環(huán)境”之間的互動。多元主體的交互是連接素養(yǎng)培育與實踐應(yīng)用的關(guān)鍵中介。通過情境化解決問題、多感官交互、協(xié)作與反思等實踐互動，抽象的素養(yǎng)可以轉(zhuǎn)化為實際的勝任力。虛實結(jié)合的空間布局、技術(shù)增強的沉浸感環(huán)境、多元主體構(gòu)成的學習共同體、支持學習的支架工具，有助于構(gòu)建生生協(xié)作、師生互動、人機互動的學習環(huán)境。

首先，人工智能課程的系統(tǒng)設(shè)計需重構(gòu)學習環(huán)境，創(chuàng)設(shè)物理、虛擬、混合空間，再造虛實融合的教學場景與流程，提供個性化學習路徑，營造動態(tài)自適應(yīng)、智能可視化、虛擬雙師型、人機協(xié)同化的智能教育情境。其次，應(yīng)組建多元主體構(gòu)成的學習共同體，實現(xiàn)工具協(xié)同、環(huán)境協(xié)同和價值協(xié)同，助力學生合理使用人工智能工具，在智能場景中開展多元交互，共創(chuàng)任務(wù)，并在人機分工中堅持人類主導的地位，平衡技術(shù)理性與人文關(guān)懷。此外，在技術(shù)中介和協(xié)作實踐中，提供認知、元認知等維度的學習支架，通過觀察學習、反思工具等，幫助學生從邊緣參與者轉(zhuǎn)變?yōu)槭炀殞嵺`者。在個體、群體、系統(tǒng)三重互動下，學生能夠發(fā)展實踐參與、協(xié)作建構(gòu)、認知沖突處理等方面的能力。

（三）指向社會性與技術(shù)性成長的邏輯終點

學生通過螺旋式學習進階路徑，逐步獲得社會性和技術(shù)性的雙向成長，這一過程體現(xiàn)了課程對個體適應(yīng)智能社會發(fā)展的終極指向。社會性進階涵蓋倫理認知、社會交互和價值理性等方面的躍升，技術(shù)性進階涉及算法、數(shù)據(jù)、算力的梯度升維。教育部在《關(guān)于加強中小學人工智能教育的通知》中指出，小學低年級的人工智能課程注重感知體驗；小學高年級和初中階段側(cè)重理解和應(yīng)用，如算法邏輯；高中階段則注重項目創(chuàng)作和前沿探索，如智能應(yīng)用開發(fā)等。韓國教育部在《中小學人工智能教育內(nèi)容基準》中指出，小學的人工智能課程側(cè)重游戲和體驗，涉及藝術(shù)、音樂等學科；初中以項目實踐為主，涉及信息學科的數(shù)據(jù)收集、模型訓練、編程實踐等；高中則側(cè)重算法與學科融合，開展人工智能程序開發(fā)、數(shù)據(jù)分析等探究型學習。《義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）》明確指出，人工智能是義務(wù)教育階段信息科技課程設(shè)計的六條邏輯主線之一。

整體規(guī)劃各學段的人工智能課程框架時，需根據(jù)人工智能在社會和技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展進階情況，逐漸拓展廣度、深度和問題情境的復雜度。具體而言，小學低年級注重激發(fā)學生對人工智能的學習興趣，小學高年級和初中階段逐步探索利用人工智能解決問題的過程和方法，高中階段側(cè)重解決更為復雜的問題并完成創(chuàng)意物化。學校和教師通過技術(shù)認知與社會實踐的雙重進階架構(gòu)，助力學生實現(xiàn)技術(shù)素養(yǎng)與社會性發(fā)展的同頻生長，完成從技術(shù)使用者到智能生態(tài)共建者的身份重構(gòu)。

二、中小學人工智能課程的實施路徑

本文參照聯(lián)合國教科文組織的《學生人工智能能力框架》課程模塊，以人工智能素養(yǎng)為導向，構(gòu)建課程目標和評價方案。以“人一機一環(huán)境”三元互動為中介，開展情境、空間、資源的交互式整體規(guī)劃，促進學生的社會性與技術(shù)性進階成長。具體實施路徑包括：課程自標構(gòu)建、情境錨定與協(xié)同實踐、教學方法與策略適配、教學環(huán)境與資源供給、師資培訓與技術(shù)支持、課程評價與動態(tài)調(diào)適（如圖2）。

課程體系架構(gòu)包括四個模塊：以人為本的人工智能意識、人工智能倫理、人工智能底層技術(shù)與應(yīng)用、人工智能系統(tǒng)設(shè)計。這四個課程模塊分設(shè)理解、應(yīng)用和創(chuàng)造三級水平進階，交叉形成包含十二個模塊的課程矩陣，如表1所示。

課程模塊的架構(gòu)體現(xiàn)了人工智能從基礎(chǔ)理解到應(yīng)用實踐再到創(chuàng)新創(chuàng)造的進階規(guī)劃。理解層級聚焦于人工智能的基本原理、倫理準則及其適用邊界與問題評價標準，引導學生明確人類在人工智能發(fā)展中的主導地位。應(yīng)用層級側(cè)重人機互動過程中的責任歸屬、合規(guī)應(yīng)用，注重算法、數(shù)據(jù)等相關(guān)技能的培養(yǎng)與工具的審辨性調(diào)用，強調(diào)智能技術(shù)安全，以及在實際場景中的有效應(yīng)用。創(chuàng)造層級則致力于提升學生在人工智能時代的公民素養(yǎng)、設(shè)計倫理意識、工具開發(fā)以及系統(tǒng)優(yōu)化能力。

學校可據(jù)此進行課程架構(gòu)，結(jié)合校情和學情設(shè)計基礎(chǔ)課程，開發(fā)特色課程，并聯(lián)合高校、科研院所等共建高階實踐課程，以豐富學生的體驗，實現(xiàn)課程的層次性和開放性。例如，根據(jù)理解層級的模塊架構(gòu)，可設(shè)計“社區(qū)噪音智能監(jiān)測與管理助手”課程，包括調(diào)研社區(qū)噪音現(xiàn)狀、體驗與分析智能噪音監(jiān)測系統(tǒng)、制訂噪音管理方案以及成果展示等環(huán)節(jié)。在調(diào)研階段，通過實地采樣和訪談，收集噪音數(shù)據(jù)，調(diào)查居民對于噪音問題的主觀感受以及對噪音管理的期望等信息，強化學生對人們需求的敏銳洞察；在體驗與分析階段，通過智能監(jiān)測系統(tǒng)的體驗和算法分析，夯實底層技術(shù)基石；在制訂管理方案階段，融入具身倫理，解決噪音監(jiān)控效率與居民隱私權(quán)的平衡問題；在展示交流階段，探討智能技術(shù)在社區(qū)場景的適用邊界，深化理解人工智能問題的評價標尺。課程與相應(yīng)層級的人類能動性、具身倫理、人工智能基礎(chǔ)、智能系統(tǒng)問題界定四個模塊要點精準對接，以社區(qū)噪音問題為切入點，引導學生深入理解人工智能的底層邏輯、倫理邊界與應(yīng)用框架。

（一）課程目標構(gòu)建

課程模塊映射四大人工智能素養(yǎng)。在人工智能意識方面，強調(diào)人類能動性與具身倫理，引導學生意識到技術(shù)由人類主導且須遵循倫理原則。在人工智能思維方面，學生通過學習人工智能基礎(chǔ)和界定智能系統(tǒng)問題，理解其工作原理和適用邊界，構(gòu)建系統(tǒng)思維。在人工智能應(yīng)用與創(chuàng)新方面，課程注重智能技術(shù)的實際應(yīng)用，鼓勵學生創(chuàng)新智能工具。在人工智能社會責任方面，智能技術(shù)的合規(guī)應(yīng)用、設(shè)計倫理與社會公民素養(yǎng)都要求學生在技術(shù)開發(fā)應(yīng)用中考慮社會影響，確保符合倫理道德，以此培養(yǎng)有責任感的人工智能公民。

基于課程模塊，構(gòu)建一個具有邏輯性、進階性的課程目標體系。界定各模塊關(guān)鍵專題的內(nèi)涵邊界與外延范疇，解構(gòu)模塊內(nèi)蘊含的核心概念群，揭示核心概念的內(nèi)核、邏輯關(guān)聯(lián)及層級結(jié)構(gòu)，闡明其在問題解決、思維發(fā)展中的支撐性作用。在此基礎(chǔ)上，確定各課程模塊的相關(guān)素養(yǎng)目標與評價標準，建立梯度化、跨學科的素養(yǎng)目標框架。在課程伊始，應(yīng)向?qū)W生全面呈現(xiàn)目標體系各個維度的具體要求與層級遞進關(guān)系，直觀展示從基礎(chǔ)算法理解到復雜場景應(yīng)用的學習進階路徑，實現(xiàn)目標導航。

（二）情境錨定與協(xié)同實踐

通過創(chuàng)設(shè)多元情境，組建實踐共同體，在實踐參與中協(xié)同意義建構(gòu)，破解人工智能課程的碎片化和淺表化難題。其一，中小學人工智能課程的情境選擇需貼近學生生活，可選取課堂內(nèi)的模擬情境、真實的校園場景以及社會問題解決情境等。例如，智能書包防丟失系統(tǒng)、校園安全AI系統(tǒng)、家庭智能節(jié)電計劃項目。其二，實踐共同體包含學生、教師、專家等多元主體，且分工明確、權(quán)責清晰。作為新手，學生可先承擔數(shù)據(jù)標注等邊緣任務(wù)，然后慢慢過渡到參與算法優(yōu)化等核心工作。實踐共同體蘊含新手一專家互動、同伴互動、人機互動等多種交互形式。其三，在實踐過程中提供反思工具等腳手架，支持學生協(xié)同意義建構(gòu)，實現(xiàn)從邊緣參與者到熟練實踐者的轉(zhuǎn)變。

（三）教學方法與策略適配

在人工智能課程實施過程中，應(yīng)適配契合不同專題特征的分類教學方法，并梳理各類教學方法銜接貫通的應(yīng)用策略。可根據(jù)專題特點采用實驗?zāi)M、角色扮演、趣味交互、同伴合作與小組競賽等教學方法，也可采用逆向工程、糾錯教學等教學策略。例如，在“人臉識別在公共安全中的邊界問題\"課程中，學生通過角色扮演，代入算法工程師、數(shù)據(jù)隱私官等角色，分析技術(shù)決策的倫理困境。項目化學習是人工智能課程教學中常用的方法，例如在“校園智能垃圾分類系統(tǒng)”中，可采用項目化學習的流程驅(qū)動真實場景的智能創(chuàng)新。人工智能課程教學中可通過辯論等方式提升學生的思辨能力。如在“醫(yī)院是否應(yīng)全面采用AI進行疾病診斷\"中可通過結(jié)構(gòu)化辯論引導學生在技術(shù)理性中注入價值判斷，發(fā)展批判性思維。

（四）教學環(huán)境與資源供給

在人工智能課程實施時，可部署教學系統(tǒng)平臺、仿真環(huán)境、實驗空間等，供給學生各類智能工具、學習支架等教學資源。

首先，適配人工智能系統(tǒng)平臺，提供資源包、模型庫、工具集以及應(yīng)用、算力等方面的支撐，加強信息安全和人工智能倫理治理。與此同時，提供無需依賴電子設(shè)備或編程環(huán)境的“不插電\"方案，通過物理操作、邏輯推演等低技術(shù)手段建構(gòu)普惠性人工智能教學環(huán)境。這有助于降低技術(shù)門檻，便于在資源有限的教學場景（如鄉(xiāng)村學校）中普及人工智能教育。

其次，構(gòu)建三元空間，通過物理環(huán)境、虛擬環(huán)境、文化環(huán)境的聯(lián)動，助力學生使用人工智能技術(shù)與工具，創(chuàng)造性地解決問題，促進人工智能應(yīng)用與創(chuàng)新。可以打造人工智能體驗中心、仿真實驗室等各類空間，為學生提供從初步體驗、實踐探究、綜合應(yīng)用到拓展創(chuàng)新的連續(xù)性學習空間，構(gòu)建全方位的人工智能教育環(huán)境。

最后，結(jié)合人工智能課程的特點，設(shè)計概念性、元認知、程序性和策略性學習工具和支架。通過綜合運用多種學習工具和思維策略工具，增強學生認知與關(guān)系層面的參與和交互，促進創(chuàng)新實踐和素養(yǎng)發(fā)展。

（五）師資培訓與技術(shù)支持

為保障人工智能課程的順利推進，需提供人工智能教師培訓與專業(yè)研修，并配置人工智能技術(shù)服務(wù)與支持。人工智能課程的教師角色面臨轉(zhuǎn)型，教師成為協(xié)同設(shè)計者、倫理引導者、智能工具協(xié)調(diào)者。教師協(xié)同規(guī)劃學習任務(wù)，在人機交互中引導學生關(guān)注技術(shù)風險，樹立正確價值觀，引導學生合理使用智能工具，避免過度依賴。通過相關(guān)專題的教師培訓和技術(shù)支持，既提升教師的人工智能技術(shù)和智能教學勝任力，又能幫助其提高倫理敏感度，使其及時識別學生在人機交互中的價值偏差。例如，在學生過度依賴AI創(chuàng)意時，教師可以適當進行干預(yù)和引導。

（六）課程評價與動態(tài)調(diào)適

研究團隊基于Context-Input-Process-Product框架（簡稱CIPP），對人工智能課程的開發(fā)背景、方案制訂、實施過程與效果進行評估，并動態(tài)調(diào)整改進。與此同時，對標素養(yǎng)目標，采用綜合性評價機制開展學習評價，將過程性評價與結(jié)果性評價相結(jié)合，以原型設(shè)計、實驗操作、研究報告、模型制作等多種評價方式，激發(fā)學生學習、應(yīng)用人工智能的興趣，促進學生逐步提升人工智能素養(yǎng)，突出評價的激勵導向和調(diào)整改進作用。例如：使用數(shù)字化檔案袋記錄和評價學生在智能設(shè)計項目中的倫理反思軌跡，追蹤和評估學生從技術(shù)執(zhí)行者到責任承擔者的進階過程；通過多元協(xié)同能力評價量表評價學習者的人機協(xié)同和人際協(xié)作能力，涵蓋技術(shù)協(xié)同力、倫理適應(yīng)力和社會協(xié)同力三個維度。

總體而言，人工智能課程設(shè)計以人工智能素養(yǎng)為邏輯起點，依托“人一機一環(huán)境\"這一交互中介，促成學習者的社會性與技術(shù)性成長。研究團隊通過“課程目標構(gòu)建一情境錨定與協(xié)同實踐一教學方法與策略適配一教學環(huán)境與資源供給一師資培訓與技術(shù)支持一課程評價與動態(tài)調(diào)適”的閉環(huán)實施路徑，助力人工智能課程的系統(tǒng)設(shè)計和綜合實施。未來，將持續(xù)關(guān)注學生在人工智能課程學習過程中的認知規(guī)律與情感體驗，通過多模態(tài)數(shù)據(jù)分析，明晰學生在理解復雜算法、構(gòu)建模型等環(huán)節(jié)的思維過程以及動機、情感變化，據(jù)此優(yōu)化課程內(nèi)容的組織形式和呈現(xiàn)方式，促進學生的深度學習與創(chuàng)新實踐。

參考文獻：

[1]中小學人工智能課程指南課題組，江波.中小學人工智能課程指南[J].華東師范大學學報（教育科學版），2023，41（3）：121-134.

[2]朱莎，李環(huán)，吳砥，等.面向未成年人的人工智能核心素養(yǎng)構(gòu)建：面向未成年人的人工智能技術(shù)規(guī)范研究（二）[J].電化教育研究，2023，44（6）：15-21，53.

[3]張靜蓓，虞晨琳，蔡迎春.人工智能素養(yǎng)教育：全球進展與展望[J].圖書情報知識，2024，41（3）：15-26.

[4]鐘柏昌，劉曉凡.論具身學習環(huán)境：本質(zhì)、構(gòu)成與交互設(shè)計[J].開放教育研究，2022，28（5）：56-67.

[5]黃榮懷，劉德建，提利利，等.人機協(xié)同教學：基于虛擬化身、數(shù)字孿生和教育機器人場景的路徑設(shè)計[J].開放教育研究，2023，29（6）：4-14.

[6]雷曉燕，邵賓.大模型下人工智能生成內(nèi)容嵌入數(shù)字素養(yǎng)教育研究[J].現(xiàn)代情報，2023，43（6）：99-107.

[7]夏雪景，馬早明.韓國中小學開展人工智能教育的舉措與經(jīng)驗[J.比較教育學報，2024（2）：163-176.

[8]苗逢春.為智能社會公民素養(yǎng)奠基的《學生人工智能能力框架》[J].中國電化教育，2024（11）：1-12.

[9]MIAO，F(xiàn)，SHIOHIRA，K.AI competency frameworkforstudents[M].Paris：UNESCO，2024.

[10]鐘柏昌，劉曉凡.人工智能教育教什么和如何教：兼論相關(guān)概念的關(guān)系與區(qū)別[J].中國教育科學（中英文），2022，5（3）：22-40.

（上海市黃浦區(qū)教育學院）