中小学人工智能课程核心素养构建探析

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【摘要】中小学人工智能课程核心素养，是学生在人工智能课程学习过程中构建逐步形成的、为适应智能时代而应具备的关键能力与必备品格。本文以智能时代为背景，以人工智能学科内容为依据，凝练了中小学人工智能课程核心素养，并阐释了其内涵，最后提出了基于该核心素养的课程构建思路。

【关键词】中小学人工智能；核心素养；课程

2017年，国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》明确提出：人工智能成为国际竞争的新焦点，应实施全民智能教育项目，在中小学开设人工智能相关课程。[1]随着相关政策陆续出台，很快就引发了中小学人工智能教育的热潮。然而，当前许多人工智能课程在研发与教学实施的过程中，仍存在诸多问题，其根本原因在于目前中小学人工智能课程标准尚未建立，而部分学校或校外机构对于人工智能课程的育人价值与核心目标又缺乏准确的认识。因此，中小学人工智能课程核心素养的建立成了亟待解决的问题。

一、人工智能课程核心素养的概念

凝练人工智能课程核心素养，需要明确其概念，并厘清其与学生发展核心素养的关系。中国学生发展核心素养是指学生应具备的能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。[2]而人工智能课程核心素养，属于学科核心素养的范畴。考虑到人工智能尚未成为中小学的独立学科，因此可以将其称为中小学人工智能课程核心素养。参照2017版教育部课程方案对学科核心素养的定义，可以认为人工智能课程核心素养是学生通过人工智能课程的学习，逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。[3]余文森认为，学生发展核心素养与课程核心素养的关系是上位与下位、整体与部分、抽象与具体的关系；是目的、方向与手段、途径的关系；是相互包含、融合和有机转化、相互促进的关系。[4]由此看来，人工智能课程核心素养从目标和方向上是指向学生发展核心素养的，具体是指学生当下或将来在人工智能环境下或从事人工智能活动时所需要的，并在人工智能课程学习中逐步形成的核心素养部分。

二、人工智能课程核心素养的构建思路

人工智能课程核心素养的构建，既要符合智能时代变革下对学生持续发展提出的新要求，也要充分考虑人工智能学科的内容与特点，挖掘学科本身对学生发展的独特价值。

1.以智能时代为基础

以智能时代为基础，应当聚焦于智能时代变革下，学生为把握机遇、应对挑战所需的必备品格和关键能力。周程等认为，人工智能带来的伦理与社会挑战主要包括失业问题、隐私问题、算法偏见、安全问题、机器权利、机器道德自主性六个方面。[5]而这六方面的挑战，也对学生提出了新的要求。（1）失业问题人工智能将取代大量的现有工作岗位，但也将解放人们大量的劳动时间，并创造许多新工作岗位。对学生来说，需要理解智能时代的人在从事不同劳动时其劳动价值的转变，形成智能时代新的劳动价值观。具体来说，学生需要思考：处于智能时代，我能做的事机器是否也能做？我是否应该专注于机器所不能做的事？如果机器都能做，那么我做这件事，是否有独特的价值？（2）隐私问题当人们习惯于生物识别、智能推荐、智能导航等技术带给我们便利的同时，却可能忽略了因个人隐私暴露所带来的潜在威胁。对于学生来说，需要有意识地建立隐私防范意识，这是智能时代自我保护的必要手段。（3）算法偏见受数据或相关开发人员的价值观影响，人工智能算法可能产生偏见。如美国芝加哥法院的犯罪风险评估系统就被认为对黑人存在歧视。对学生来说，需要客观理性地看待人工智能的能力范围并评估其可能产生的影响，尽量避免人工智能系统产生的社会公平性等问题。（4）人身、财产安全技术的不完善或是使用不当，都可能对人身、财产造成安全隐患。如无人驾驶汽车可能造成的交通事故，或是人工智能武器带来的毁灭性危害等。对学生来说，不仅需要在人机协作时，确保发挥其本身的优势，又要避免其潜在的风险；同时也需要建立起相应的智能社会责任感，以保证在进行人工智能活动时，能自觉遵守相关法律规定与道德规范。（5）机器权利争论当人工智能具备了某些人类的特性后，是否应该同时赋予其人类所特有的权利，如人工智能作品的版权归属是否属于其本身。（6）机器道德自主性随着人工智能的持续发展，特别是当强人工智能取得突破时，人工智能将逐步从被动工具向主动工具转变，这将对人类现有伦理道德形成冲击。机器权利与机器道德自主性，都属于人工智能伦理的范畴。对于学生来说，理解人工智能会带来哪些社会伦理的挑战，并形成正确的人工智能伦理观，将为学生在智能时代的长期发展指明正确方向。以上问题涉及对人的知识储备、行为能力、思维方式、价值观念与社会责任等全方位的挑战。可以认为，这是学生适应智能时代所需要的重要素养。

2.以学科内容为依据

课程核心素养，需要以课程的教学内容为依据。这意味着凝练出的课程核心素养应当是学生通过本学科教学活动所能够习得或逐步养成的，同时该学科的教学活动对于该核心素养的形成又具有不可替代性。因此，有必要对中小学人工智能课程的教学内容进一步梳理。本文将人工智能课程的教学内容分解为通用知识、社会影响、原理技能与实践应用四个部分。（1）通用知识人工智能的基本概念、分类、发展历史、主要学派等；通用知识的学习虽然无法直接培养学生的人工智能课程核心素养，但有助于学生了解人工智能，为其他内容的学习、思考与实践奠定基础。（2）社会影响人工智能技术必然会对人们的生产、生活带来巨大影响，这些影响有正面的，也有负面的。了解、感受人工智能的正面影响有助于学生学习兴趣的激发、人机协作意识的养成；而负面影响则需要学生从不同角度，提出关于人工智能的不同观点，有助于学生批判性思维的养成。（3）原理技能算法原理、程序设计、电子硬件等人工智能的核心原理与技术，这部分内容是人工智能学科的核心内容。其中，算法原理是实现“智能”的核心方法，编程、电子硬件等技术是实现“智能”的核心工具。在实践过程中需要避免陷入过于注重具体技术细节的误区，而应从人工智能的本质，即用计算方法解决智能问题出发，着力于学生计算思维的培养。（4）实践应用发现问题、分析问题、方案设计、项目实施与分享交流，这一部分内容是学生综合运用人工智能的思想、方法、技术、产品，创造性地解决问题的过程，有助于学生的实践力、创新力的提升。

三、人工智能课程核心素养的内容

本文构建的人工智能课程核心素养由智能意识、智能观念、智能思维与智能实践力四部分组成。

1.智能意识

包括人工智能感知力、人机协作意识与智能安全意识。具体表现为：能感知到身边的人工智能；能理解人类智能与人工智能的不同特点，并具有依据此特点与人工智能主动开展协作的自觉性与能动性；理解人工智能有可能带来的安全威胁，并具备面对人工智能所需要的安全防范意识，包括隐私安全、人身安全、财产安全意识等。

2.智能观念

包括劳动价值观、智能伦理观与社会责任感。具体表现为：理解智能时代下人在从事不同劳动时其劳动价值发生的转变，并坚持个人劳动价值的追求；理解人工智能可能带来的社会伦理挑战，并能贯彻科技向善的理念，在从事人工智能活动中，能自觉遵守与之相关的法律规定和道德规范。

3.智能思维

包括计算思维、批判性思维与创新思维。具体表现为：具有运用计算机科学领域的思想方法解决问题的能力；具有质疑精神，能够辨证看待人工智能，在面对因人工智能带来的认知冲突时，能独立探索、积极思考、小心求证来鉴别其可靠性、正确性、合理性，具有挑战权威的胆量；能突破思维定势，以全新的视角思考问题，并提出创造性的问题解决方案。

4.智能实践力

即应用人工智能解决问题的实践力，具体表现为：掌握人工智能工具的应用方法，具备常用人工智能工具的实操经验；能根据遇到的不同问题，选择恰当的人工智能工具，并在必要时能与他人开展合作，进而有目的、有方法、有步骤地进行问题解决，并形成经验反思。

四、人工智能课程核心素养运作模型

学生在从事人工智能活动时，良好的智能意识能为其提供运用人工智能的相关思想、方法、技术、应用解决问题的内在动机；良好的智能观念则为学生正确使用人工智能提供了保障、明确了方向；良好的智能思维为学生提供了解决问题的方法路径；良好的智能实践力则为学生提供了问题解决所需要的实现路径；而问题解决所形成的经验、成就感等，又进一步促进了智能意识的发展。以上素养，都是学生在对知识的学习、加工、处理的过程中逐渐养成的，即素养的运作机制，是围绕着学生对人工智能知识的学习而展开的。由此，该模型的表示见下图。人工智能课程核心素养的课程构建思路基于本文提出的人工智能课程核心素养运作模型的特点，以项目式教学的方式来进行课程的整体构建是非常合适的。在实践中，我们将课程分为七个环节，每个环节的学生任务与对应的主要核心素养见下表。以小学高年级的未来家居项目课程为例，具体介绍学生在每个环节中的项目任务。（1）应用体验：体验人脸识别、语音识别、声纹识别等多种现有技术，感受人工智能的魅力，激发对人工智能的学习兴趣。（2）知识讲解：学习上述技术的相应知识或技术，如语音识别准确率会受什么因素影响、如何在教学平台中调用人脸识别模块等。（3）发现问题：结合自身生活经验，以小组为单位，提出目前的家居生活中的各种问题。（4）分析问题：进一步分析提出的问题，如目前是否有该问题的解决方案可供参考?有哪些人工智能技术可以支撑问题的解决?基于该问题，我们要做怎样的产品或应用？（5）方案设计：完成未来家居项目的详细规划和设计，如小组成员分工、项目日程规划、选定特定人工智能技术、应用或产品的制作方案等。（6）项目实施：根据项目方案，拟定项目材料清单，完成未来家居相应产品或应用的制作，并进行测试、改进。（7）讨论交流：分享、展示各小组的项目成果，并进行该项目中人工智能产品或应用的辨证讨论，如人脸识别门锁是否有可能造成安全隐患？在这样的智能化家居生活中，家务劳动又是否有必要呢？经过实践探索，基于上述七个环节所建构的项目式课程，能有效地培养学生的智能意识、智能观念、智能思维、智能实践力，为学生智能时代的发展奠定基础。

作者:杜昌辉 张蕾 单位:上海迪乐姆创新教育研究院