基于核心素养的高中人工智能课程的问题与策略分析

马涛

[摘要]人工智能自2017年起成为基础教育改革中高中信息技术课程的热搜词，对提升学生核心素养、培养我国的人工智能储备人才具有重要意义。文章通过分析目前珠海人工智能课程实施背景、现状以及挑战，结合珠海市普通高中开展相关课程的教学实践，提出开展人工智能课程的策略与建议：以加强政策与制度研究、注重专业人才培养与建设、侧重数据管理评价、着力共同体队伍建设、推广典型应用案例经验五个方面，为在高中阶段系统地开设基于核心素养的高中人工智能课程提供参考。

[关键词]核心素养;人工智能;现状;策略分析

随着近年来人工智能技术的高速发展，人工智能在各领域、各行业正引领新一轮的科技革命与变革，逐步成为国际竞争和产业发展的新焦点。2017年7月8日，国务院发布《新一代人工智能发展规划》，提出“在中小学阶段设置人工智能相关课程”。2018年1月，中共中央、国务院发布《全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》，提出教师要主动适应信息化、人工智能等新技术变革，积极有效开展教育教学。2018年4月，教育部颁布《教育信息化2.0行动计划》，强调构建人工智能多层次教育体系，在中小学阶段引入人工智能普及教育，并进一步对人工智能教师培养、完善课程方案和标准做出要求。然而，新形势下的中小学人工智能教育虽已成为一个热门话题，但如何让人工智能教育真正落到实处，还有许多问题值得深入研究。本文分别从人工智能的发展历程、珠海高中人工智能教育课程的背景问题与挑战、开展本地课程的策略与建议三方面，探讨可能面临的困难和障碍及应对策略，并展望未来发展的道路。

一、人工智能的发展历程

“人工智能”（Artificial Intelligence，AI）的术语最早在1956年召开的达特茅斯研讨会（DartmouthWorkshop）中被提出，当时的定义为“人工智能是拥有模拟能够被精确描述的学习特征或智能特征的能力的机器”。从历史发展的角度看，人工智能教育的发展可分为启蒙、探索与发展三个阶段。20世纪50年代，教育领域开始出现教学仪器和程序教学，并产生了计算机辅助教学系统和Algol、Logo编程语言的雏形，这些教育成果孕育了人工智能教育的启蒙。20世纪70年代，人工智能教育研究进入探索阶段，计算机辅助教学逐渐取代程序教学，并逐步发展成为智能教学系统、自适应学习系统等。2010年以来，人工智能教育进入发展阶段，大数据、机器学习、计算机视觉、人机交互等技术的出现，进一步拓展了智能教学系统的功能，研究主要集中在工具学习、环境感知学习和教育机器人学习等方面。

二、珠海高中人工智能教育课程的背景、问题与挑战

（一）珠海高中人工智能课程实施的背景

2017年国务院《新一代人工智能发展规划》发布后，教育部《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》做出了相应调整：人工智能相关主题从选修二变更为选择性必修四，独立成册。同时，在必修一模块《数据与计算》中也略有涉及，并提出核心素养概念：依据信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任四个学科核心素养，以及数据、算法、信息系统、信息社会四个学科大概念，对课程目标、课程结构、教学内容进行重新架构，对教授者和学习者提出了更高、更深层次的要求。

因此，人工智能作为高中信息技术国家课程的组成部分，研究如何在高中开设人工智能相关课程，必然涉及其与信息技术课程的关系。信息技术课程描述的算法、流程、模型等是人工智能课程的基础，人工智能主导的大数据、机器学习、人机交互则是信息技术课高度凝练的体现。

（二）珠海高中人工智能课程的问题与挑战

自2017年《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》发布以来，目前珠海市相当数量的普通高中均已开展人工智能校本课程的初步探索，如珠海市一中开展“基于Pyhton的大数据分析”与“人工智能设计与初步”课程、珠海市二中开展如“体验与设计智能家居”课程、北京师范大学（珠海）附属高级中学开展“简易机器人制作”课程、珠海市实验中学开展“人工智能初体验”课程、珠海市和风中学开展“基于Simba和Mind+的智能设计”课程等，为学生后期开展人工智能系统学习奠定了基础。

但是，由于一线教师对人工智能教育的内涵、外延没有统一、清晰的认识，难以严格、准确地描述此类校本课程与人工智能的确切关系，导致此类课程仅在内容上与人工智能概念有少许关联，目标、形式、方法与人工智能的核心差距巨大。此外，由于每位教师对人工智能的学习目标与方式理解不一，可能讓学生对人工智能概念产生偏差：缺少训练模型，匮乏数据加持、短缺报告支撑等情况都在一定程度上限制了本地人工智能课程的开展，为日后人工智能课程的开设会带来更大的挑战。

1.学科课时安排方面

人工智能课程实施的良好载体为国家统一要求开设的信息技术课程。在《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中，明确要求必修课程3学分，共54学时，各省份可根据自身实际情况开展合格性考试。目前，珠海各高中在当前学业负担较重、课时紧张的情况下，必修一《数据与计算》与必修二《信息系统与社会》实施均显捉襟见肘，课时被压缩，人工智能模块的课程开设则更无保障。各高中想从校本课程中安排课时，需受学校各种实际条件、学校特色发展思路等限制，无法做到全面普及、面面俱到。

2.教学师资建设方面

无可厚非，教学师资队伍的建设是人工智能课程开设的核心。作为教学实施的主体，其教学水平决定着课程实施的完整性与前瞻性。当前，珠海高中先行尝试人工智能课程的教师多为经验丰富的青年骨干教师，多采用抱团式学习的方法开展课程，没有领导的支持和专业的学习，仅凭一腔热血很难将课程实施到位。所以，通过何种专业培训使学校层面认识到人工智能课程实施的重要性，如何保障学校骨干教师受训过程中的时间分配、精力补给与课程资源都是需要积极考虑的问题。同时，兴趣是最好的老师，如何提升“吃螃蟹”教师的成就感与荣誉感，均需要学校的行政部门做好大量前期调研与准备工作。

3.课程实施目标方面

人工智能包含内容广泛，研究不仅包括我们通常理解的人工智能技术应用于教学过程的“引、学、练、测、评”五个环节，更应包括脑科学、大数据、物联网、云计算等技术方面的研究。高中一线教师在前期准备教学内容时，需要厘清人工智能教育与现有的信息技术教育、编程教育、机器人教育、STEAM教育、创客教育、竞赛教育等概念的关系。在高中学段，学生究竟需要学什么，零基础的学生如何入手，课程章节之间有何关联，课程实施的目标是怎样的？这些都是珠海教师和学校在摸索过程中需谨慎对待的问题，避免走弯路。

4.课程评价方面

各高中人工智能专兼职教师重点把握课堂教学内容的同时，如何对学习者的学习数据做出合理反馈和有效评价，是评价教学效果的重要一环。学习数据，可以是师生在教学中产生的教学数据，也可以是教师在进行教学管理中用到的已有数据;可以是线上教育教学系统产生的实时数据，也可以是线下自主学习积累的历史数据。本地高中教师由于习惯了日常教学的便捷，常常忽略过程性评价及结果性评价的跟踪。结合数据的分析，构建基于大数据的评价模式，摆脱过往只注重评价结果的单一评价模式，对学生的学习过程、学习行为进行全面评估，并进行个性化、及时性的精准反馈，才能让我们的人工智能课程走的更稳更扎实。

5.设备应用方面

开设人工智能课程时，各学校教师均需借助相关教学实验室及教学设备完成，如珠海一中借助Python平台，珠海二中借助掌控版，珠海市和风中学借助树莓派等实施校本人工智能课程，五花八门。但是，目前人工智能实验室的国家建设标准并未出台，相关设备的配备建议相对欠缺。对实施课程的本地教师和学校来说，课程开展需要何类型的新设备，或如何在学校现有设备的基础上降低成本，更新升级，提高应用实施的性价比，这些问题都需要专业人士更深入的思考与研究。

三、开展本地人工课程的策略与建议

（一）加强本地人工智能教育政策与制度研究

作为国家战略实施的重要任务，为了推动人工智能课程，珠海本地教育行政部门应对未来教育形态有清晰的认识，要结合本地区的教育发展条件和基础，开展深度调研和战略研究，制定符合自身实情的各级各类实施方案，为课程得以平稳、准确地开设夯实基础。

同时，随着人工智能教育应用的不断深化，将会进一步模糊社会、学校和网络空间的界限，从而衍生出伦理、法律及安全问题。这些，需要本地政府和本地教育行政部门层面研讨出台数据保护的细则及监管框架，保护好师生个人隐私和合乎伦理，注重社会价值引导，加强预防和约束，才能使人工智能教育得到更好的发展。

（二）注重本地人工智能专业人才培养与建设

人工智能在教育领域的应用正不断深化，但相应的人才却存在很大缺口，作为课程实施的主体，本地实施学校应注重人工智能专业人才的培养，提供课程平台，促进学校间的交流，给予更多的教师以学习机会，夯实专业基础。此外，制定合理的人才培训框架体系，采取“走出去，请进来”相结合的策略：如邀请人工智能专家、结合珠海本地优势，请高新企业走入中小学校园，组成人工智能课程或项目研发团队;或聘请北京师范大学珠海校区、暨南大学、北京理工大学等高校相关教授作为中小学兼职教师，帮助中小学培养出一批高水平的人工智能教育专业人才支持课程的实施，提升技能水平。

（三）侧重本地数据管理与反馈评价的探索

结合现有人工智能课程的实施状况，市教育局教育质量监测部门应组建专业的评价团队，侧重本地数据的管理，设计丰富、严谨的评价量规，通过活动不断完善评价量表，并做好数据的评价反馈机制，为摸索人工智能的学校教学提供重要支撑作用。

（四）着力本地小初高人工智能共同体队伍建设与发展

要将在中小学将人工智能课程落到实处，绝不能将学习任务全部置于高中，而是应该通过“系统递进课程+共同体队伍构建”模式，促进团队良性循环。如可采取小学体验学习、初中通识学习、高中专业学习的方式，让更多的学生了解人工智能的“黑匣子”，由被动学习转为主动学习，对人工智能产生兴趣，继而才能深度学习，提升人队伍的核心质量。

（五）推广人工智能教育应用的典型案例与经验

人工智能具有创新的特点，它与早期教育信息化发展进程类似，存在发展不均衡、地区先行等特征。因此，可以借鉴前期教育信息化实践应用的经验，试点先行，以点带面。在教育部已经公布的12个智慧教育示范区的示范引领下，目前珠海市已通过组织申报，遴选了一示范区、七试点校推送至省。目前，该示范区（校）全部入选中央电教馆智能研修平台，后续将设计系列教研活动、研究课题等，为本地同行搭建经验交流平台，提升课程实施的效果，已然成为珠海开展人工智能教育的中坚力量。

四、结语

教育是一个讲究“润物细无声”的系统工程，人工智能教育的最终目的是“育人”，即培养具有信息意识、计算思维、创新能力的学生，才能培养出更多适应智能时代的人工智能高端人才。如何有效、踏实地将人工智能课程落地，实施过程中的诸多问题需要政府、教育行政部门、高等院校、中小学的共同努力和进一步的实践，这也是每一位教育工作者都应深入思考的问题。

本文系广东省中小学“百千万人才培养工程”专题科研项目2021年度课题《高中人工智能教學中的深度学习策略研究》（课题批准号：BQW2021JZN010）成果。

参考文献

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