契合媒介素养培养的初中AI教育课程教学实施路径——基于人工智能的视角

时间：2024-07-06

王浩宇

(北京市第二十七中学，北京，100006)

一、引言

随着信息时代的高速发展，作为信息科学的前沿领域，人工智能(Artificial Intelligence，AI)受到全社会的普遍关注。历经60余载的发展，人工智能已经在航空航天、医疗卫生、交通、农业、教育等领域产生重大的影响。人工智能不仅能在单位时间内创造出更多的劳动剩余价值，而且使人类思维方式发生了重大转变。未来，人工智能将推进大数据信息化社会向智能化社会转型。

随着人工智能应用的深入，国家相继发布了《中国制造2025》《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》《新一代人工智能发展规划》《教育信息化2.0行动计划》等文件，明确了实施人工智能教育(以下简称AI教育)是智能化社会发展的历史使命，培养具有问题探索、创新意识和多学科思维解决问题的人才是当下教育所面临的重大挑战。中国学生发展核心素养研究成果发布的《中国学生发展核心素养》阐述了学生发展核心素养的总体框架和基本内涵，其中包含了理性思维、信息意识、技术应用等基本要点。[1]这意味着推进学习者应用人工智能技术和形成人机协同的思维方式较为迫切。伴随着智能化社会的发展，学习者个性化发展的要求愈高，媒介素养教育愈要顺应时代的发展，符合国家的发展战略。满足智能化社会发展需要的人才，除要具备以往媒介素养内涵的要点外，更要具备对智能化社会的科学认知、计算思维和编程能力。[2]本文将在分析媒介素养的基础上，明确AI教育在初中课程体系中的目标定位，探索初中人工智能课程教学实施路径。

二、人工智能时代与媒介素养

(一)人工智能与教育

由Stanford University发布的《2030年人工智能与生活》(ArtificialIntelligenceandLifein2030)报告中详细阐述了人工智能在教育领域产生的深远影响及颠覆性的变革。[3]建立在计算机辅助教学基础上的智能导师系统(Intelligent Tutoring System)，是模拟人类教师进行一对一个性帮辅、进行智能化教学的典型应用。[4]作为语言识别测评领域的人工智能应用，国内“科大讯飞”已经实现了用户跟读、发音评估、翻译等功能，其研发的“讯飞学习机”在教学、考试和管理等方面共构形成智慧教育体系。而基于生物反馈发展起来的眼动数据跟踪系统，更是可以收集除学习者表情以外的学习兴趣和内容偏好等信息。[5]由新媒体联盟(NMC)发布的《新媒体联盟地平线报告：基础教育版》对未来人工智能在教育领域的应用趋势进行了大胆预测，人工智能将在深度学习方法、设计学习空间及重构教育过程等方面具有更广泛的应用。[6]此外，人工智能在教育领域的应用将提升学习者的创新能力，促进教育教学目标的有效实现。

(二)人工智能时代下的媒介素养

1933年，由英国学者E.R.利维斯和丹尼斯·桑普森提出的“媒介素养”这一概念，在两人发表的文化批评著作《文化和环境：培养批判意识》一书中首次出现。之后，无论是加拿大学者强调的媒介使用技巧和手段，还是美国学者对其内涵界定中突出要求的创新能力，都可以归纳为是基于媒介接触和利用、媒介认知、媒介评价三个维度对媒介素养内涵进行的界定。[7-9]传统的媒介素养可以理解为，个体是媒介信息的接受者也是创造者，可以有效利用编码再现系统对各种形式的媒介信息进行解读。[10-11]在智能化社会背景下，媒介素养更要符合时代要求，将具有计算思维、编程能力和人机协同技能等内容融入其内涵。

1.计算思维是人工智能时代需具备的重要素养

由美国联邦教育部教育技术办公室发布的《重新思考技术在教育中的角色：2017年国家教育技术计划更新》，对智能时代技术赋权视角下的学习目标提出了新的诠释，即让所有学生都具有参与和提升在正式或非正式学习环境中的学习体验，并让他们成为在网络化社会中具有能动作用、有创造力和知识渊博的道德参与者。[12]他们在学习方面提出了“知觉学习模块”，认为知觉学习可以帮助学生对环境做出迅速的判断，从复杂的信息中筛选出最为重要的信息，在知识记忆能力和反应能力方面得到整体学习效能的提升。[12]

这一计划对媒介素养的外延进行了拓展，认为媒介素养是指学习者在智能网络时代中，学会通过对繁杂的媒介信息进行筛选，把信息抽象和分解，以具备完成复杂任务的能力。这一信息抽象和分解的过程需要学习者掌握并完成问题的提出与界定，信息数据的组织、分析和应用，并解决问题。这一能力与2011年美国发布的《CSTAK-12标准(2011修订版)》以及2018年ISTE发布的《教育者计算思维能力标准》所提出的计算思维内涵和要求基本一致。计算思维的操作性定义是指在问题解决过程中，个体对问题进行组织和阐述，对数据进行分析和呈现，其中既涵盖了资源整合、步骤优化及解决其他问题过程的迁移，也涵盖了为解决方案设置、甄别、分析、实施和解决问题过程的迁移。[13]

2.编程能力是展现创新能力的技术支点

《新媒体联盟地平线报告：基础教育版》指出编程是激发计算机式思维的方式，STEM教育可以打破传统教学障碍，让学习者融入跨学科多元学习环境。[6]作为STEM教育的重要组成部分，编程可以帮助学习者了解计算运行规范，提高学习者的自主创造能力，让学习者更好地适应未来智能化社会发展的需求。随着国家对计算思维的重视，越来越多的学校开设了STEM课程，并将编程作为重要的教学内容。人工智能理论与技术的快速发展，为跨学科多元学习环境搭建了有力平台。人工智能技术为教学环境改善和学习者现有学习方式改进提供了助力，学习者从被动转向主动，教学内容与实际生活联系得更加密切，教学目标也从学习者知识获取转向创造知识和问题解决能力的培养。学习者依靠编程能力有效地完成复杂性计算和协作性问题的解决。[14]

3.人机协同技能是智能化社会必备的工作技能之一

随着人工智能技术的快速发展，人力资源市场受到不小的冲击，不仅体现在不少蓝领工作被人工智能替代，而且学校、家庭和社会的培养需求也会产生变化。然而，当下的学校教育课程体系中并没有充分体现出人工智能技术的作用，诸如计算思维和编程课程的开设以及教学目标的设定还需要进一步细化，学习者的创造能力需进一步提升。[15]在未来的劳动力市场上，人机协同工作将成为常态。对此，学校的培养目标应随着智能化社会的发展需要而进一步丰富，将培养学生的解决问题能力、协作能力、创造能力作为培养重点，让学生掌握更多的人工智能知识和技术，清楚合作解决问题的意义。[16]总而言之，智能化社会对未来人力资源的需求更多地倾向于人机协同的工作技能，人机协同技能将成为智能化社会下学习者必备的素养。

三、AI教育在初中课程体系中的目标定位

大数据信息化社会向智能化社会转型，媒介素养教育在初中学段课程体系中的教学目标也发生着变化，媒介素养教育从最开始的概念梳理转变为操作性的实训提升。人工智能技术的大踏步发展，势必推动AI教育在初中课程体系中的目标定位。

(一)初中各课程媒介素养教育和AI教育的设置

英国是最早将媒介素养教育纳入学校课程体系的国家，1997年便在中学开设媒介素养课程，中学媒介素养教育体系完备。[17]美国媒介素养教育始于20世纪60年代末，主要是为了让学生能够更好地形成公民和民主意识，掌握媒介信息工具，理解和使用媒介。[18]日本是开展媒介素养教育较早的亚洲国家之一，侧重于对媒介信息的接受和利用、传播能力的培养。[19]我国媒介素养教育发展较晚，经历了从认知、面对和转变的阶段。我国初中各课程相应结合学科特点设置了媒介素养教育培养目标，具体如表1所示。表1突出强调了初中生要掌握信息获取、加工和组织的方法，要求初中生能够在实践中解决问题，要求教师引导学生探究与合作。

由表1可知，初中信息技术课程和综合实践活动课程都涉及AI教育相关内容。分析初中信息技术课程和综合实践活动课程AI教育目标及内容设置可知，AI教育以培养初中生程序设计和机器人制作与应用为主，以个性塑造为宗旨，目的是让初中生在激发兴趣的基础上进一步了解知识和掌握技能。具体如表2所示。

表1 初中各课程媒介素养教育目标设置

表2 初中信息技术课程和综合实践活动课程 AI教育目标及内容设置

(二)初中AI课程的目标定位

1.重点培养学生计算思维和编程能力

在大数据信息化社会向智能化社会转型发展的初期，媒介素养教育更侧重于培养学习者媒介设备的应用。随着科学技术的高速发展，媒介素养教育不再局限在学习者的被动接受，更加强调学习者的主动学习和创造。

教育部发布《教育信息化“十三五”规划》，强调要积极探索信息技术在众创空间、跨学科学习、创客教育等新的教育模式中的应用，鼓励学校在课程体系中增设STEM课程和创客课程，培养学生的创新意识和能力。[20]这些教学实践的开展，为信息技术课程和综合实践活动课程提供了更加广阔的发展空间，学习者在学习了解理论知识的同时，还可以借助新技术的掌握，提升自己的分析和解决问题的能力。

在人工智能技术快速发展和普及应用的今天，计算思维和编程能力成为媒介素养的重要组成部分。在搜索引擎中检索“青少年编程培训”，出现至少295万条信息，内容包括了培训课程、动手制作、家长咨询、培训机构等多方面。编程培训已经成为校外培训机构新的关注热点，体现出家长对学生思维训练、提升计算思维和编程能力的重视程度。计算思维和编程可以帮助学生将现实问题抽象化，进而进行建模求解，有效提高学生大脑的运转，塑造学生大脑的学习认知。

2.突出人工智能技术与应用

《义务教育初中科学课程标准》将课程内容分为“科学探究”“生命科学”“物质科学”“地球和宇宙”“科学、技术、社会、环境”五个主题。[21]初中科学课程是以对科学本质的认识为基础，以提高学生科学素养为宗旨的综合课程。[21]初中科学课程突出“整合”与“探究”两个特点，注重不同学科知识和技能的融合与连接、理论与实践的结合，培养初中生的问题意识和问题解决的能力。在“科学、技术、社会、环境”这一主题上，初中科学课程侧重于让初中生了解技术设计的过程与环节，并具有初步的设计能力，运用简单的技术解决实际问题。

人工智能理论和技术作为初中信息技术课程和综合实践活动课程重要内容，应该纳入初中科学课程，重点培养初中生对人工智能技术的兴趣，引导初中生运用AI解决生活中的问题，使教学内容设置和课程标准要求相一致。人工智能涉及多学科的知识，教师应该将人工智能相关内容作为科学课程中“技术类”专题的要素展开，重点培养初中生的计算编程能力，以及对人工智能机器人的操控能力，即编程和智能设备操控的能力。此外，课程设计要符合初中生身心发展规律。

四、初中人工智能课程教学实施路径

人工智能视域下媒介素养的培养要基于课程的教学实施，AI教育教学应该根据初中生的身心发展特点，由浅入深、由简入繁，从教学目标、教学内容、课程设置等方面切入，在初级编程能力培养的基础上增设编程语言教学，强化在数据算法方面的训练，让初中生能够基本掌握智能识别、人机协同、自然语言理解等人工智能理论和技术。随着社会向智能化的转型，人工智能的应用将更加广泛，对我们的影响也更加深刻。虽然我国近年相继出台了不少促进人工智能发展的政策文件，AI教育的探索在不断深入，但人工智能课程系统还不完善，设备和师资相对匮乏，AI教育教学体系发展还不够充分等问题仍较突出。对此，发展AI教育，开设人工智能课程，在配置人工智能设备的基础上，学校还需要培养专业的教师，完善课程体系，摸索更多的课程教学路径，提高教学实践的有效性。

(一)明确初中人工智能课程教学目标及内容

当下，人工智能理论和技术涉及九个要素的内容，包含人工智能基础、程序设计语言与工具、数据与知识的标识方法、探索原理和推理技术、机器学习、专家系统、自然语言理解、智能控制、理解规划的作用任务。[22]基于初中生的身心发展特点和知识结构，根据教育教学的科学规律，本文提出人工智能教学目标和内容的设置框架，如表3所示。对人工智能理论和技术涉及内容进行筛选后，不同学校在实际的教育教学实践过程中可以根据自身的设备资源、师资配置进行调整。

表3 初中人工智能课程教学目标及内容设置

(二)创新初中人工智能课程教学方式

1.强调学科教学融合

初中科学课程是以提高学生科学素养为宗旨的课程，主要培养学生的科学探究能力、创新意识和实践能力。[21]AI教育丰富了学习者的科学体验，并成为科学知识与技能探究的重要教学实践载体。《中小学信息技术课程导纲要(试行)》强调了人机协同、编程、计算思维等能力的培养，让初中生清晰地认识到信息技术对人类生活产生的深刻影响。[23]《中小学综合实践活动课程指导纲要》侧重通过探究、服务、制作、体验等方式，培养学生跨学科实践的综合素质。[24]将“创意物化”作为初中教育学段重要的培养目标，为AI教育开展提供了保障。

初中的科学课程、信息技术课程、综合实践活动课程是开展人工智能教学实践的重要平台。教师可以将AI教育与学科教学融合在一起，结合初中生的特点和知识水平，利用人工智技术创设智能化、个性化的英语教学环境，帮助初中生理解数学课程的复杂算法，感受力、光、声、电等物理学科内容的科学魅力。此外，学校可以将开设的STEM校本课程、创客课程与AI教育融合在一起，利用人工智能教学内容吸引更多的初中生参与到创意实践中。

2.突出探究式教学

AI教育课程是多学科融合的跨学科性课程，对尚处身心发展期的初中生而言，教师更应该充分结合初中生的身心发展特点和规律，让人工智能知识与技术以初中生可以理解接受的形式出现，以主题探究的形式让初中生自主进行科学实践，帮助他们认识到人工智能与日常生活密不可分。在学校开设的STEM校本课程和创客课程中，更是将探索式教学实践作为常规教学策略进行应用，更好地激发初中生的学习探究兴趣，将初中生带入真实情境，让初中生运用知识解决实际问题。学校利用校外教育平台，鼓励初中生增强探究深度和实践广度，参加各级机器人、编程、创客等多种竞赛。教师需要制订一套科学的评价标准，明确探究活动的操作规范，弱化等级指标，强化表现性指标，构建人工智能教学的测评体系。

(三)加强AI教育专任教师培养和课程体系建设

AI教育是一项跨学科综合教学实践，需要教师同时具备学科知识、应用技能、创新意识和指导学生的能力，需要大量的具有跨学科素养的专业教师。针对部分教师对人工智能理论和技术的储备相对薄弱，专业的人工智能课程教师相对匮乏，不同学校的软硬件设备不均衡等现状，高等教育机构有针对性地培养AI教育人才十分必要。当下的AI教育主要依托学科教育，人工智能知识的学习和技术实践相对分散，学生对人工智能概念、发展等认识模糊。《中国教育现代化2035》强调要利用现代技术加快推动人才培养模式改革，实现规模化教育与个性化培养的有机结合。[25]为了更好开展AI教育，培养学生计算思维、掌握编程语言、提高人机协同能力，国家应该出台AI教育课程标准，包含课程性质、课程基本理念、课程设计思路、课程目标、课程内容、教学建议、评价建议、课程资源开发与利用建议等。

(四)加大与高等教育机构、校外教育机构合作力度

义务教育阶段的学校的课程资源和设备配置远不及高等教育机构，高等教育机构的人工智能课程建设相较于初中更具有经验。对此，依据初中学生的认知特点，可以将高等教育机构的教学实践转化迁移到初中教学实践活动。初中在进行人工智能教学实践时，可以邀请专家、教研员走进校园，进行有针对性的教学实践指导。当前，校外教育机构在AI教育教学资源建设方面更加多样，校外教育机构研发的编程、机器人、算法、概率论等课程内容更加丰富，能由浅入深、由简入繁地对初中生进行系统培训。对此，初中学校可以借鉴校外教育机构的现有课程内容，结合自身实际情况，开发符合自身的校本人工智能课程。