从“信息技术学科核心素养”到“人工智能课程核心素养”——浅谈中小学人工智能课程的育人目标

胡作 崔宁 广东省深圳优必选科技股份有限公司

2017年以来，国务院和教育部多次发文要求“在中小学阶段设置人工智能相关课程”，各级教育主管部门与中小学校在人工智能课程的建设上投入了大量师资、课时和资金，但是，对“中小学阶段人工智能课程的教育目标是什么”这一问题一直没有厘清，这也造成了课程内容与教学形式的不统一。下面，笔者从中小学信息技术学科核心素养出发，探讨中小学人工智能课程的核心素养。

● 业内对中小学人工智能课程核心素养的研究案例

笔者在知网以“智能素养”为关键词进行检索，发现已有一些学者对该领域有所研究。例如，首都师范大学的汪明在《基于核心素养的学生智能素养构建及其培育》一文中指出，“学生智能素养是集智能知识、智能能力、智能情意与智能伦理于一体的多维复合结构体”；浙江工业大学的侯贺中、王永固在《人工智能时代中小学生智能素养框架构建及其培养机制探讨》一文中指出智能素养涵盖智能意识、智能态度、智能伦理、智能知识、智能技能、智能思维、智能创新七个维度；贵州师范大学的王毅、王乾花在《从信息素养到智能素养：中小学信息技术课程培养目标转向》一文中认为，“智能素养应包含智能知识、智能思维、智能化学习与应用、智能伦理四要素；北京师范大学的郑勤华、覃梦媛、李爽在《人机协同时代智能素养的理论模型研究》一文中将智能素养划分为智能知识、智能能力、智能思维、智能应用、智能态度五个维度。

2021年底，中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会发布了《中小学人工智能课程开发标准（试行）》，该标准也明确了中小学人工智能课程的培养目标是人工智能意识、技术应用能力、实践创新思维、智能社会责任四个维度。人工智能意识是指“深入感知与体验智能情景，对人工智能技术的敏感度与理解力”；技术应用能力是指“深入理解与应用基本智能技术，发挥人工智能技术在具体活动中的价值”；实践创新思维是指“启迪学生智慧，培养思维能力，激发基于人工智能理论与技术的创新实践”；智能社会责任是指“树立适应智能社会发展的责任意识”“树立正确的智能社会发展意识，逐步确立自身未来的成长与价值方向”。这四个维度的培养目标与信息技术学科的四大核心素养目标（信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任）一一呼应，遗憾的是，在“实践创新思维”目标的描述中并未言明具体包含哪些思维，即便是信息技术学科重要核心素养之一的“计算思维”也未提及，这难免会让课程开发者迷茫。如果加以明确，笔者认为可以把思维目标分为实践思维和创新思维两部分，实践思维主要包含计算思维、工程思维，创新思维包含批判性思维、设计思维，在此不做展开。

● 中小学人工智能课程的核心素养内容

信息技术课程是人工智能课程的主要阵地，在实际教学实践中，人工智能课程大多是由信息技术教师承担实际教学任务。以“厦门市人工智能进百校”项目为例，在2020年7月的全市100所项目学校人工智能课程授课教师培训活动中，小学阶段共有155人参加培训，其中信息技术学科教师81人（占比52%），科学学科教师43人（占比28%），其他学科教师31人（占比20%）；中学阶段共有119人参加培训，其中信息技术学科教师75人（占比63%），通用技术学科教师24人（占比20%），其他学科教师20人（占比17%）。在课时来源方面，在《厦门市教育局关于开展中小学人工智能教育试点工作的通知》文件中，明确要求“各试点年级每周要从信息技术、综合实践、校本课程等课程中，安排1个课时用于人工智能教学”。

通过上述数据可以看出，不论从授课教师学科背景还是从课时来源看，将中小学人工智能课程划入信息技术学科范畴都是最合理的，那么人工智能课程的核心素养也应是在信息技术学科核心素养的总体框架下建立，不宜另起炉灶自成一派，否则将失去广大信息技术教师的师资支撑和信息技术学科的课时资源。所以，以中小学信息技术（信息科技）课程标准为基础，从信息技术学科核心素养出发形成人工智能课程的教学目标（人工智能课程核心素养）会更合理，也更易于在师资、课时等方面促进课程在中小学校的落地实施。

《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》明确指出，信息技术的学科核心素养是信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任。那么，作为信息技术学科组成部分的人工智能课程的核心素养目标，也应是基于此四个方面的延伸、拓展和具体化。笔者认为，人工智能课程的核心素养目标可以分为人工智能意识、计算思维与工程思维、人工智能知识技术的学习与创新、人工智能社会责任四个维度。

人工智能意识是指个体对人工智能现象与技术的敏感度与价值判断力，具体表现为个体自发关注人工智能在生产生活中的具体应用，对人工智能技术可能会造成的影响进行预期和判断，为借助人工智能技术解决实际问题提供参考。

计算思维的解释在《普通高中信息技术课程标准（2017版）》中已明确，即“计算思维是指个体运用计算机科学领域的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动”。具体来讲，计算思维可划分为问题拆分、模式识别、抽象特征、算法设计四个环节，是人类解决复杂问题的思维模式。

工程思维是人类为了完成某项工程所进行的一系列思考活动所形成的思维方式，是以系统分析和比较权衡为核心的一种筹划性思维。在具体操作层面，工程设计流程一般分为明确需求与限定条件、分析研究问题、创想可行方案、甄选最佳方案、制作模型、验证模型、优化迭代七个步骤的循环过程。

人工智能课程的设计应该是链接真实世界的，往往以真实的案例为课堂教学主题和情境，学生围绕真实具体的问题按照工程设计流程开展项目式教学，经历“界定问题—分析问题—小组讨论（头脑风暴）—选择方案—制作模型—验证模型—优化迭代”全过程。因此，工程思维必然是人工智能素养不可缺少的一部分。

人工智能知识技术的学习与创新，是指个体通过对人工智能相关知识与技术的学习，掌握人工智能基本软硬件工具的操作技能，从实际问题的具体需求出发，灵活组合、应用多种人工智能知识、工具和技术等资源，提出创新构想和解决方案。

人工智能社会责任是指人工智能社会中的个体在态度、价值观、道德规范等方面应尽的责任。具备人工智能社会责任的学生，能够客观理性看待人工智能带来的正面价值与负面风险，对人工智能技术坚守科技向善的根本立场，树立运用人工智能技术为人类服务而非危害人类的根本价值观；对人工智能的新应用新现象具备一定的安全意识和辨别防范能力；能够从法律方面、伦理方面思考人工智能技术的普及应用对人类社会带来的各种挑战。

● 如何在教学设计中实现人工智能课程的核心素养目标

下面，笔者以华东师范大学出版社出版的“AI上全能助手”课程中的“人脸识别智能家门”为例，介绍如何在教学设计中培养学生的人工智能课程四大核心素养。

在情境导入阶段，教师从忘带钥匙、丢失钥匙、双手提重物不便拿钥匙开门等真实生活现象出发，启发学生思考如何利用所学人工智能技术解决这些问题。这个环节重点激发学生的头脑风暴，启发运用人工智能技术解决身边问题的意识（人工智能意识），树立运用技术提高生活质量解决实际问题的价值观（人工智能社会责任）。

在探究式学习阶段，教师引导学生根据头脑风暴提出的创意想法进行任务分解，把“人脸识别智能家门”这一大任务分解为若干个子任务，如如何识别人脸、如何开门、如何关门等（计算思维—任务拆分），再针对每一项子任务讨论用什么工具、什么方法来解决，如用摄像头进行人脸数据的采集和识别，用舵机和积木零件搭建门的模型实现开门关门（计算思维—模式识别）；思考如何利用计算机提取关键数据，如舵机旋转多少角度是开门状态，多少角度是关门状态（计算思维—抽象数据特征），再以流程图的形式表达自己的整体方案构思（计算思维—算法设计），最终用图形化编程软件把算法程序化，并反复调试程序、优化模型（工程思维）。

经过自主探究式学习，学生对人脸识别、舵机控制、程序设计等人工智能相关知识和技术有了直观具体的感受（人工智能知识技术的学习），教师对计算机视觉识别的概念与原理进行必要解释，引导学生思考，还可以将本主题所学的知识与技术迁移应用到身边的哪些实际问题中（人工智能知识技术的创新应用、人工智能意识、人工智能社会责任）。

人工智能课程的四项核心素养是一个整体，在课程设计中不应把它们割裂，而应选择合适的课程主题，以工程设计流程为主线，在解决问题完成任务的过程中，在发现问题、定义问题、分析问题、解决问题、迁移应用的实践活动中，实现人工智能意识、计算思维与工程思维、人工智能知识技术的学习与创新、人工智能社会责任的整体教学目标。

● 结语

中小学人工智能课程是综合实践型课程，是面向未来的课程。在未来社会，人工智能将成为人类的记忆外存和思维助手。今天的中小学生是未来社会的主人，他们必须了解人工智能是什么，知道人工智能可以解决什么问题，认识到人工智能对生产生活会产生什么影响，并树立应用人工智能技术造福人类的积极价值观。因此，只有明确中小学人工智能课程的教学目标并在教学活动中予以贯彻执行，方能培养满足人工智能社会需求的合格人才。