我们需要怎样的人工智能基础教育
加强人工智能基础教育，是未雨绸缪应对未来社会发展的必然选择和要求。在促进教育高质量发展的过程中，人工智能不仅要被作为“术”，即提供科学知识与核心技术的内容载体和工具方法，更要被作为“道”，提供观念理念与思维认知，助力“实现人的自由”“促进人的全面发展”。
人工智能被视为影响第四次工业革命和教育革命的标志性技术，人工智能基础教育的重要性也已成为社会共识。随着《新一代人工智能发展规划》的颁布，教育部先后提出将有关编程教育纳入中小学生必修课程及高考等政策，并在北京、广州等5个城市进行试点。这被普遍认为有利于推动人工智能在基础教育阶段的发展。
尽管不少学生将编程列入校外学习清单，高中生对信息学奥赛的参与度也大热，但据《开发者技能报告》数据显示，中国学校的编程教育渗透率仅为0.96%，美国和英国则分别为44.8%、9.31%。此外，在资本的驱动和教育竞争焦虑的“哄抬”下，人工智能基础教育出现的一些乱象，不可不察。
比如，人工智能被窄化理解为编程，国家义务教育阶段课程标准付之阙如，专任教师队伍专业化程度较低，课程教材等资源配置质量良莠不齐；学校教育受到校外培训挤压的同时又严重依赖于校外力量，学校教育社团化、小众化、择优化倾向严重；区域差异、城乡差异、校际差异及性别差异较大；教学评价单一化与竞赛功利化并存等问题凸显，等等。人工智能基础教育随着其重要性的提升，愈发呈现工具化、资本化、分层化和功利化倾向，这显然与人工智能基础教育的初心和科技向善的价值理念相违背。
加强人工智能基础教育，是未雨绸缪应对未来社会发展的必然选择和要求。在促进教育高质量发展的过程中，人工智能不仅要被作为“术”，即提供科学知识与核心技术的内容载体和工具方法，更要被作为“道”，提供观念理念与思维认知，助力“实现人的自由”“促进人的全面发展”。
基础教育不同于职业教育和高等教育，不是为了培养受教育者专业的技能、习得精深的知识，而是旨在为儿童打下未来身体发展、人格发展、学力发展和社会发展的基础。科学素质、科学素养已是现代社会的基本素质和必备素养，可以预见的是，面向未来智能社会，计算机科学等必将纳入核心科学的范畴。那么，我们究竟需要怎样的人工智能基础教育？
计算机科学作为一门真正要深入到中小学教育中的科学，被赋予了促进公平的更多责任和期待。从教育对象的全纳性出发，作为计算机科学分支的人工智能，应贯穿从小学到高中的连续学校教育过程。以科学或信息技术课为载体的人工智能教育，不应只是部分学生的“特长”、部分学校的“增光项目”、部分地区的“优先权”，而应是面向所有学生的普及教育、扎根于日常课堂教学中的基本素养和必修学科，注重可教性、可学性与可获得性。越是欠发达地区，越应落实课程的普及化开设和差异化教学，并将其作为促进公平、提高学校吸引力的抓手。
学校教育的知识传授目标之本在于“传道”，之末在于“授业”。知识的增加是一种外显的行为变化，而知识随着技术发展与社会更迭会不断发展和变化，知识的学习也是无法穷尽的。人工智能的发展正在重新定义人类知识和能力的价值，强化对知识机械记忆的教育将越来越没有价值，而学校教育和课本教材的更新速度也远不及科技知识发展的速度。况且学校教育的时间非常有限，知识的传授并不是越多越好，通过知识的学习来培养学生的能力和素养才是内隐的核心。
有必要指出，教中小学生编程，不是为了让他们会背代码、算数学、写程序，人工智能作为学习的内容载体和路径形式，最终的目标应是让学生掌握基本原理、问题解决的思路与方法、培养批判性思维的科学精神及学习兴趣。当前，各级各类的编程类、信息学等竞赛激励过早介入，形成了恶性竞争和拔尖筛选机制，同样扼杀了人工智能基础教育的可能性和公平性。未来，有必要进一步优化竞赛机制和功能。同时，也应通过多种方式的引导，增强人们对人工智能基础教育厚基础、重实践、强思维、求创新这些核心目标的关注和理解。
（作者：王学男，系中国教育科学研究院博士、助理研究员）
《光明日报》（2021年02月03日02版）
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中小学人工智能课程内容设计及实施案例分析
我国中小学人工智能教育取得飞速发展与瞩目成绩的同时，也存在以下几点主要问题。
其一，缺乏完善的课程体系，无论是国家课程还是校本课程，人工智能教育都是依托其他课程开展的，这导致了人工智能教育内容分量难以确定，目标难以明晰。横向来看，教学内容过于碎片化，学生难以构建相关知识体系；纵向来看，学段间的人工智能教育内容联系不够紧密，这既不利于学生循序渐进的知识与技能学习，也使得教师难以把握学情从而导致教学目标与教学效果之间的落差。此外，现阶段中小学人工智能教育的教材大多属于产品说明书或用户指南[4]。
二、中小学人工智能课程设计
表1中小学人工智能课程目标及内容架构
人工智能技术虽然复杂深奥，但是其应用广泛且贴近生活，知识内容间紧密联系，对学生而言并非是不可感知、无法构建的。以人工智能为依托培养学生的计算思维、智能素养也并非是难以实现的。教师如何设计人工智能课程内容以及课程间以何种方式组织就显得尤为重要。
（一）中小学人工智能课程内容设计案例
下面，以初中年级人工智能课程中的“智能灯”为例对中小学人工智能的课程内容设计做详细阐述。“智能灯”一课意在通过学生对于生活中常见情境下智能灯的设计了解其背后设计原理，能够通过模块化程序设计和python代码编写出智能灯的程序，激发学生对于人工智能在生活中应用的兴趣。“智能灯”课的具体课程内容设计如图1所示：
图1以“智能灯”为例的人工智能课程内容设计
1.问题提出，明确任务
问题提出：绿色、环保、节能、和谐是当今生活的主旋律，智能灯的出现深化了人类与灯光之间的关系。请同学们结合生活实际谈一谈你所了解的智能灯！
明确任务：明确智能灯的设计要求——内置监测外界光线强度传感器，当光敏值大于700时，灯自动打开，当光敏值小于700时，灯自动熄灭。
2.深入探究，设计展示
深入探究：请学生利用可视化工具，例如思维导图，深入理解智能灯的设计要求，分析其所需要的元器件并搭建其真实应用的简易场景。
设计展示：小组通过分工利用模块化程序语言和python语言对智能灯进行设计，调试形成小组作品，并对本组作品进行演示和分享，讨论这两种不同的计算机语言在应用时的异同之处。
3.总结反思，拓展提高
以思维导图的形式回顾智能灯设计的全过程。在实际生活中往往面临着更为复杂的情境，当外界光线昏暗，智能灯会自动给打开且不能自动关闭，这也造成了一种资源浪费。进而引发学生对智能灯更深入的思考，完善、改进作品设计，为之后的课程内容做好准备。
本案例从生活实际出发引发学生的学习兴趣，在内容设计过程中通过对可视化工具的利用帮助学生理清思维脉络，不仅重视学生对模块程序和计算机语言的学习利用，更是通过比较二者的语言风格加强学生对编程的深入理解，进而培养学生的计算思维。
（二）中小学人工智能课程组织案例
人工智能虽然是一个知识体系丰富的新兴技术领域，其内容架构设计包含人工智能基础、算法与编程、机器人与智能系统等多个模块。表面看起来是彼此独立、互不关联的内容，但实际上，无论是技术特点还是知识内容都是可联系、可互通的。忽视了课程内容间的联系、放弃将内容整合成为模块是无法将人工智能的原理与技术讲解透彻的，也无法将计算思维和智能的培养渗入课堂。因而，以综合任务为导向的模块化组织中小学人工智能课程不仅能够有效帮助学生构建人工智能知识体系，更有助于教师组织形式丰富、内容多样的系统课程，增加课堂趣味性、有效性。
以“模拟城市交通系统”为例组织相关课程内容。如图2所示，智能路灯、自动道闸、智能信号灯、环线巴士、无人加油站原本都是独立的课程内容，根据课程与生活实际的联系整合成模拟城市交通系统为主题的模块。教师利用5-10个课时实践此模块，引导学生设计完成模拟城市交通系统这个综合任务实践每课内容，帮助学生在体验人工智能的同时，创造性地应用人工智能解决实际问题。
图2“模拟城市交通系统”课程模块
三、中小学人工智能课程实施策略
（一）跨学科整合式教学
人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。它的涉及领域除了计算机科学外，更包括了生物学、心理学等。跨学科的整合能够将数学、生物、神经科学等多学科知识与人工智能知识相融合、渗透。在这个过程中，教师不仅能够利用其他学科知识帮助学生理解人工智能知识内容，更利用其他学科思维帮助学生培养计算思维的核心素养。跨学科整合式的教学是将人工智能学科与其他相关学科进行融合，以项目形式实践课程内容，利用人工智能技术创造性地解决实际生活问题。以“机器视觉”一课为例设计如下，这一课中，教师将人工智能中机器视觉的知识与神经科学相结合（如图3），以人是如何看到事物的为导入，进而类比解释机器是如何“看到”事物的。该教学设计在渗透了脑科学知识的基础上，帮助学生联系生活实际体验人工智能的应用与价值。
图3“机器视觉”与神经科学知识融合
（二）情境游戏化教学
由于中小学学生的认知水平存在局限性和差异性，以及人工智能领域知识特性，学生难以通过讲授和演示直接理解课程内容。人工智能技术的发展也为创设情境提供了条件，教师完全可以利用人工智能技术的应用反哺课堂教学，帮助学生增强学习的体验感，对人工智能技术形成直观、形象的理解。借助游戏化的角色、模式以及元素，为学生提供丰富、有趣的学习内容；通过机制、增益等策略，能够丰富学习者的经历和体验，同时提高学习者在活动中的参与率和巩固率[9]。因而，将情境的创设与游戏化学习相结合，有利于增强人工智能教学课堂的趣味性、个性化。例如东南大学举办的人工智能为主题的夏令活动中实施的“火灾演练”，要求学生扮演消防员在模拟灭火行动中完成救援。创设的火灾情境融合机器人小车巡线、FPV第一视角等教学内容。氛围营造、综合竞赛及消防员的角色扮演都极大激发了学生的课堂兴趣及参与感。该项目在实践中得到了学生与教师的一致肯定。该设计能够帮助学生将人工智能知识与生活实际相联系，建构开源硬件的知识体系。鼓励学生在游戏化式轻松的教学环境中大胆创新。从而达到培养学生核心素养与创新能力的目标。
表2“火灾演练”项目内容
面向中小学开展人工智能课程有利于学生了解现代科技发展、适应未来生活有着重要的意义。目前，我国中小学人工智能教育尚在探索发展阶段，无论是课程内容的设计还是其组织方式、或是教学策略均未成型，本研究希望借以案例的分析，促进研究者对中小学人工智能课程设计广泛、深入的思考。
参考文献
[1]国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知[EB/OL].
[2]教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知
[3][7]谢忠新,曹杨璐,李盈.中小学人工智能课程内容设计探究[J].中国电化教育,2019(4):17-22.
[4]徐多,胡卫星,赵苗苗.困境与破局:我国机器人教育的研究与发展[J].现代教育技术,2017,27(10):94-99.
[5]周邵锦,王帆.K-12人工智能教育的逻辑思考:学生智慧生成之路——兼论K-12人工智能教材[J].现代教育技
术,2019,29(4):12-18.
[6]解月光,杨鑫,付海东.高中学生信息技术学科核心素养的描述与分级[J].中国电化教育,2017(5):8-14.
[8]李德毅.AI——人类社会发展的加速器[J].智能系统学报,2017,(5):583-589.
[9]祝智庭,魏非.教育信息化2.0:智能教育启程,智慧教育领航[J].电化教育研究,2018,39(9):5-16.
东南大学百研工坊：21世纪是我国创新型人才培养的关键期。东南大学百研工坊（儿童发展与教育研究所）结合信息技术、生物医学工程、脑科学技术，进行青少年科学素养的国际比较研究和学生核心概念掌握水平的评测系统的研究与开发，我们的目标是：（1）面向中小学学生综合能力发展的steam研究；（2）通过实证教育研究，探究科学素养的本质及有效的培养途径；（3）将科学素养的传统评测方法与现代信息技术相结合，探究基于ECD模型的学生科学素养评测方法研究；（4）运用ERP、EEG和眼动等脑科学技术，开展对学生核心概念熟练掌握程度的评测研究。
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开展中小学人工智能教育，很有必要！
《教育信息化2.0行动计划》提出“完善课程方案和课程标准，充实适应信息时代、智能时代发展需要的人工智能和编程课程内容”，表明从国家层面对人工智能进入中小学教育有了明确的要求。
目前经济发达地区已经开展人工智能教育，一些人工智能企业积极参与了人工智能技术与工程素养教育活动，它们在开发与推广人工智能实验室，设计相应的实验方案。
人工智能技术与工程素养教育内容涉及脑科学、神经生理学、数学、心理学、艺术设计学、工程、计算机科学、电子技术等多学科知识与技能，其内容涵盖了当前中小学正在开展的创客教育、STEAM教育、机器人等课程的内容与理念。
随着人工智能技术与工程素养教育的成熟与发展，它将整合而成完整体系化的基础教育核心课程。
人工智能教育从娃娃抓起，
推助国民科学创新素质
信息数字化社会中，人工智能无处不在，融入到教育、交通、金融等改革发展的万花筒中。两会时间里，人工智能被写进2018年政府工作报告，引起社会各界尤其是教育领域的高度关注。
“人工智能时代刚刚来临，人工智能发展方面人才缺口大，同时国内中小学校的STEAM科学教育课程也亟待加强，这是促进素质教育的有力突破口。”中国教育科学研究院副研究员郁波说。
教育部发布的《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见》提出，鼓励中小学探索STEAM教育、创客教育等新教育模式，使学生具有较强的信息意识与创新意识，养成数字化学习习惯。
我国第一本面向中学生的人工智能教材——《人工智能基础（高中版）》正式发布，人工智能相关课程即将进入高中课堂。
鼓励高校在原有基础上拓宽人工智能专业教育内容，形成“人工智能+X”复合专业培养新模式，重视人工智能与数学、计算机科学、物理学、生物学、心理学、社会学、法学等学科专业教育的交叉融合。加强产学研合作，鼓励高校、科研院所与企业等机构合作开展人工智能学科建设。
除了高等学科建设外，还要在国内中小学大力拓展智能教育，利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革，构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系。开展智能校园建设，推动人工智能在教学、管理、资源建设等全流程应用。开发立体综合教学场、基于大数据智能的在线学习教育平台。开发智能教育助理，建立智能、快速、全面的教育分析系统。建立以学习者为中心的教育环境，提供精准推送的教育服务，实现日常教育和终身教育定制化。
“人工智能是改变人类未来生活方式的重要手段，是未来颠覆人类发展生活的大方向。”丁凤良表示，对国内中小学教育，人工智能和教育相结合势在必行，“让人工智能融入中小学课堂，推助国民科学创新素质，为国家的人工智能发展培育种子力量，这是我们每一位教育工作者应担起的社会责任。”
人工智能教育的基础——编程
人工智能时代的步伐已经势不可挡，据统计，未来10-20年，英美50%人类的工作，将会被人工智能所取代。在未来4-5年内，不但技术含量低的工人、司机、仓库管理人员会大量失业。甚至连像医生、律师、基金经理等技术含量高的金领也有可能会被人工智能所取代。
我们无法预测未来将会是怎样的，但是这些数据可以看出，未来必定是人工智能时代，机器人势必会取代人类的部分工作，那么，与其我们恐惧未来，还不如学会应对未来的能力——编程。
不免有家长会陷入这样的误区：编程不就是未来要当程序员吗？但是我家孩子未来并不想当程序员，所以学习编程还有必要吗？
学编程≠当程序员。那么学编程，究竟是学什么呢？
苹果创始人乔布斯曾说过：“这个国家的每个人都应该学习编程,因为它教你如何思考。计算机启蒙最大的好处是可以对人的思维方式进行训练，他是一个对思维完整性和逻辑性进行训练的过程，而在这个过程中我们可以培养一种新的看待问题和处理问题的方式。”
简而言之，学习编程就是学习编程思维。
“编程思维”并不是编写程序的技巧，而是一种高效解决问题的思维方式。“编程思维”就是“理解问题——找出路径”的思维过程。
因此，编程并不是培养孩子成为程序员，而是要让孩子学会编程思维。不仅对孩子综合能力的提升有很大的帮助，而且对孩子的学习课程也有很大的提升作用。
更重要的是，编程思维可以让孩子在面对复杂的问题时，不再退缩，而是迎难而上，将复杂问题分解成各种小问题，找到每个问题之间的联系，将问题逐一解决，在这一解决问题的过程中，编程思维显得尤为重要，这才是少儿编程教给孩子最重要的能力，也是孩子应对未来各种变革，能够从容不迫的必备技能。返回搜狐，查看更多