示范与共建 推动中小学人工智能课程普及
2017年以来，湖北省百余所中小学校开设了人工智能校本课程，湖北第二师范学院在其中发挥了示范、服务作用。在第二届全国人工智能骨干教师培训班（武汉）上，贺德富教授示范讲授了《我能成为明星吗》《妈妈不用担心报听写了》《爸爸去哪儿》3个教学案例，分别涉及到人脸识别、语音识别与合成、情感分析，并带领老师们采用图形化编程和Python分别实现，示范讲授了人工智能课程在小学与中学的目标与衔接问题。
图 贺德富为全国人工智能骨干教师培训班授课
湖北省武昌水果湖第一小学信息技术主任胡祖军表示，小学生对人工智能的技术原理不能理解，传统授课方式不能很好地吸引学生，必须结合孩子们感兴趣的话题，以体验和项目搭建的方式开展课堂教学。教育部教育信息化教学应用实践共同体项目“中小学人工智能课程教学应用实践共同体”在湖北第二师范学院和湖北省教育信息化发展中心的指导下，以示范和共建方式，推动了中小学人工智能教育普及、普适、普惠。
消减焦虑，变精英教育为普及教育
针对社会上一些培训机构为了利益，过分宣传甚至是虚假宣传人工智能教育，把人工智能教育的泡沫吹大，增添了社会、学校、家长的教育焦虑问题，共同体大力推动以学校作为人工智能教育的主渠道，变小众教育为普及教育、变精英教育为普惠教育，避免被企业过于功利化的利益推动，失去教育“初心”。
人工智能普及教育不是要中小学生都变成程序员，而是要重视全面育人，立德、励志、启蒙、育智，要回归教育育人的本质和初心。训练学生的逻辑思维、编程思维、计算思维，让学生在未来面对世界发展不确定性的时候，能有正确的思考和解决问题的思维方式，成为具备较好信息素养的社会主义合格建设者和接班人。湖北省教育厅科技处王强处长提出，要积极探索人工智能课堂教学目的和内容，积极推进学习方式的变革，打破班级授课制，实施订单式学习，积极推进人工智能在教学领域的应用，实现普及教育与个性化培养的结合。
共同体成立初期的11个成员单位的负责同志和5位专家研究确定了本共同体的目标愿景，后面中小学校在申请加入共同体时，都承诺完全理解并遵守共同体推动人工智能课程“普及、普适、普惠”的理念和价值观，在校内普遍开设人工智能课程，让人工智能教育进课堂，所有学生都能体验到人工智能带来的便利和挑战，在普及推广的前提下，再把学有余力且对人工智能特别感兴趣的学生招进社团，进行提升式培养，校内教育不得学生收费。
图湖北省武昌水果湖第二小学、武汉市第二十中学人工智能班课
图 武汉市武昌区三道街小学、荆门市海慧中学人工智能班课
共建共享，建立课程小初高衔接体系
中小学人工智能在全国还属于新学科，可供借鉴的成果和经验还不多，教材、教学资源均未形成体系，部分教材对装备器材依赖过多，没有教学平台和器材就无法开展，不利于普及教育。我们借鉴其它共同体建设的成功经验，建立了人工智能课程资源建设与成果分享机制、人工智能实验室场地及建设方案共享机制，把共同体成员单位分为小学、初中、高中三个小组，各校主责一定数量的课程和教学资源，组内每月交流课程资源和教学研讨，打磨精品课程，组间每季度组织教学示范和教研活动，打造课程体系，形成9个专题、86节优秀示范课。专门开发湖北省中小学人工智能教育平台，按小学、初中、高中三个学段入门、进阶、拔高三个层次，免费分享优秀课程资源，助力有意开设人工智能课程的学校快速开设课程。
图湖北省中小学人工智能教育平台
联合湖北省教育信息化发展中心围绕“普及、普适、普惠—新时代中小学人工智能课程资源建设与发展”，开展人工智能课程资源征集活动，课程资源分为教学视频、教案和课件两类。小学阶段主题为“人工智能与图形化编程”，以小学生可以理解的思维方式科普人工智能知识，讲授利用图形化编程软件搭建简单的人工智能系统；初中阶段主题为“人工智能与开源硬件”，利用掌控板、Micro:bit、Arduino等开源硬件或机器人组件讲授人工智能原理，体现机器学习和智能生成的原理，搭建中等复杂的人工智能系统，利用人工智能技术解决生活中实际问题；高中阶段课主题为“人工智能初步与Python编程”，利用Python语言讲授典型人工智能算法的实现过程，通过搭建简单的人工智能应用模块，亲历设计与实现简单智能和系统的基本过程与方法；人工智能师资培训主题为“人工智能+教育”，内容包括人工智能导论、机器学习、人工智能系统搭建、人工智能教育应用、人工智能与学科融合以及与人工智能相关的STEAM教育、创客教育、机器人教育等。
人工智能课程需要实验室，但不同厂家会提供不同的教学装备，我们建议各校根据实际需要选择，既要考虑班课教学需求，又要满足社团活动需求，已经建成实验室的成员校将他们的建设方案分享出来，让更多有建设需求的学校学习借鉴。湖北第二师范学院计算机学院杨莉院长介绍，2020年学院投资1500多万元新建了华为云学院人工智能大数据中心，可以作为湖北省中小学生人工智能实践基地，联合举办中小学生人工智能夏令营、科普周、师资培训和竞赛活动。人工智能大数据中心现有人工智能实验室、实训室、VR/AR体验室、产教融合创客空间、录播室、会议展示室十余间。购置了基于树莓派技术的人工智能小车、基于STM32技术的智能手环、基于STM32技术的智能飞行器、智慧养老实训套件各30套，工业级桌面型机械臂实训套件20套，开源树莓派人形机器人实训套件12套，可以满足200人的研学需求。
图湖北第二师范学院人工智能大数据中心
课程指南，准确定位课程目标内容
中小学人工智能课程的课程性质是什么，课程目标如何定位，课程结构和内容包括哪些，这是共同体必须首要考虑的大问题。在湖北省教育厅科技处和省教育信息化发展中心的指导下，共同体联合制定了《中小学人工智能课程指南》，将中小学人工智能定位为实践性、综合性、发展性课程。
中小学人工智能课程旨在培养学生的人工智能意识、技术创新思维、应用实践能力和智能社会责任。课程通过提供技术多样、资源丰富、融合发展的智能化环境，帮助学生从整体上较全面和清晰地认识人工智能，掌握人工智能的基本概念、基本原理和基本方法，了解人工智能研究与应用的新进展和新方向，认识人工智能在人类生产和生活中的重要价值，开阔学生知识视野，培养学生积极思考、严谨创新的科学态度和解决实际问题的能力，全面提升中小学生信息素养和适应智能社会的能力。
中小学人工智能课程的教学内容可分四个层面，即人工智能通识、人工智能技术、人工智能系统、态度与价值观。教学内容在小学、初中、高中三个阶段呈现梯度加深，如对人工智能的认识方面，小学阶段学生能够理解人工智能就是让机器去完成以前只有人才能够完成的智能工作，初中则要理解人工智能就是与人类行为相似的计算机程序，高中则要认识到人工智能是会学习的计算机程序，能根据对环境的感知，做出合理的行动，并获得最大收益。也就是，教学内容随着学生认知水平和知识能力的提高而逐步加深。
图 中小学人工智能课程指南研讨会
图 武汉市第四十九中学组队参加人工智能研学
武汉市汉阳区教育局电教馆谭婷馆长指出，中小学人工智能课程应突出体验、探究和交流，因为人工智能是一个交叉学科，知识体系复杂，中小学不能过分关注知识体系的完整性，应该以项目式学习为主要形态，通过翻转课堂重构教学组织方式。要建立人工智能课程评价体系，评价应以促进学生学习、改善教师教学为根本目的，避免过于关注知识与技能。
AI+创新，赋能中小学素质教育
人工智能教育开课不是目的，提高学生的综合素质才是教育的目的。经过近两年的教学实践，共同体学校师生能力素质提高明显。成员校单位积极组织学生参加“电脑制作大赛（信息素养提升实践活动）”“信息技术创新与实践大赛（NOC）”“全国科普日”“院士专家进校园”“宋庆龄少年儿童发明奖”“明天小小科学家”“云上科技嘉年华”等科技实践活动，取得丰硕成果。
湖北省武昌水果湖第一小学通过人工智能实验室开设开源电子编程课程，培养孩子们的信息素养、创新意识和创造思维能力，有效激发了孩子们的创造兴趣。2020年初，突如其来的新冠疫情打乱了人们的正常生活。校园病毒防疫变得更加严峻和必要了。能否让教室实现智能杀毒灭菌？五（7）班的江晨语、章子然、赵印天三位同学动起了脑筋，设计了让教室进行智能杀毒灭菌的科技小发明，获得了实用新型专利授权。
图 湖北省武昌水果湖第一小学学生制作的AI科技小发明获实用新型专利
武汉市吴家山第三中学学校骨干教师长期参与人工智能课程的学习、开发、实施、培训等活动，不仅促进自身的提升及学校人工智能教育的良性开展，而且对区域形成了很好的辐射和拉动作用。2021年建党100周年前夕，以“学党史、知党情、感党恩”为主题，制作人工智能科创作品，为党庆生。
图 武汉市吴家山第三中学制作人工智能科创作品
武汉市楚才中学钱浩等老师引导学生学以致用，指导学生完成了英语单词听写APP小程序开发，让学生完整经历了需求分析、程序设计、试用反馈、修改完善、评价等过程，学生成长进步明显，荣获全国青少年人工智能创新挑战赛Stacktop程序设计赛金奖。
图 武汉市楚才中学学生完整体验智能项目开发过程
在教育部科技与信息化司、中央电化教育馆的指导下，“中小学人工智能课程教学应用实践共同体”将继续发挥示范引领作用，积极开展“结对帮扶”活动，共建共享优质教育资源，组织师资培训、交流汇课等教研活动，组织科普教育、竞赛展示等素养提升活动，不断推动中小学人工智能课程“普及、普适、普惠”和人工智能教育均衡发展。
美国如何强力布局人工智能教育
【环球视野】
作者：苏红（中国教育科学研究院国际教育创新研究室主任、副研究员）
近年来，以中美为代表的人工智能第一梯队国家和英国、法国、德国、加拿大等人工智能特色发展国家都在国家层面密集发布相关政策规划，布局人工智能产业、研发和教育，抓住人工智能技术带来的发展机遇，以期在不久的未来占据领先位置。
美国智库新美国安全中心去年发布报告提出,美国政府必须制定一个整体而连贯的战略框架来整合各项战略计划，以保持在技术领域的领导地位。《2021年美国创新和竞争法案》更是旗帜鲜明点出人工智能为关键领域，并将其作为美国应对挑战的重点。
强化人工智能教育体系化布局
通过政策和法律扩大人工智能战略布局。近年来，美国联邦政府密集出台国家政策和法案，不断加强布局，逐步深化落实，为人工智能教育提供强力政策和法律保障。
2016年，美国密集发布《为人工智能的未来做好准备》《国家人工智能研究与发展战略计划》和《人工智能、自动化与经济》三份报告。这些报告均由白宫科技政策办公室（OSTP）的国家科技委员会（NSTC）牵头起草，应对人才需求变化、聚焦人工智能重点领域，将人工智能提升到国家战略高度，为人工智能持续发展奠定基础。
为维持美国在人工智能技术上的领导地位，2019年和2020年，美国发布多份人工智能战略文件，加大人工智能布局，加速人工智能发展。2019年2月，特朗普签署《维护美国在人工智能领域的领导地位》行政令，随后发布《美国人工智能倡议》，阐述了增加研究投入、释放人工智能数据和模型等资源、制定人工智能治理标准、构建人才队伍、参与国际合作等五个发展人工智能的重点领域。2019年6月，更新《国家人工智能研究发展战略计划》，不仅优化了2016年的七个重点领域，还增加了第八项重点领域：扩大公私合作伙伴关系，加速人工智能的发展。2019年11月，发布《人工智能伦理道德标准》。2020年，发布《人工智能倡议首年年度报告》，回顾在人工智能方面取得的进展，提出未来人工智能发展的长期愿景。美国国防部2020年发布《人工智能教育战略》，通过引领人工智能、促进人工智能发展、开发人工智能工具、增进人工智能应用、提升劳动力人工智能素养等举措，促进人工智能的开发与应用，培养全球人工智能领军人才，从而保障国家安全，促进经济繁荣以及确保美国人工智能技术在国际上的领先地位。
2021年1月,美国正式颁布《2020年国家人工智能倡议法案》，旨在确保美国在全球AI技术领域保持领先地位，将美国人工智能计划编入法典，保障增加研究投入、获取计算和数据资源、设置技术标准、建立劳动力系统及与盟友展开合作。2021年6月，国会下属的政府问责署（GAO）发布人工智能问责框架，围绕治理、数据、表现和监测这四个互补的主题，并对每个主题涉及的关键实践做法、系列问题和问责程序等进行了阐释，以帮助确保联邦机构和参与人工智能系统设计、开发、部署和持续监测的其他实体负责任地使用人工智能，不仅体现了对人工智能伦理的深切关注，而且为今后人工智能政策和立法确立了原则和方向。
设立专门机构。为了更好地落实人工智能国家战略，2021年1月，根据《2020年国家人工智能倡议法案》以及《2021财年国防授权法案》，美联邦政府成立了专门的国家人工智能倡议办公室，作为未来美国整个创新生态系统的国家人工智能研究和政策的中心，负责监督和实施国家人工智能战略。2021年6月，拜登政府白宫科技政策办公室（OSTP）和国家科学基金会（NSF）宣布成立“国家人工智能研究资源工作组”，研究建立国家人工智能研究资源的可行性，并制订路线图详细说明如何建立和维持这种资源。这个特别工作组由12名来自政府、学术界和私营组织的技术专家组成，将在2022年向国会提交报告，就国家人工智能研究资源的所有权及管理、治理模式、更好地传播高质量政府数据集的机会、安全、隐私、公民权利和自由、维持资源的方案等问题提出对策建议。该工作组在工作过程中，将整合各界专家和利益相关者的力量，跨机构合作，利用云计算资源支持联邦政府资助的人工智能研究和开发。建立国家人工智能研究资源旨在提供一个共享的国家人工智能研究基础设施，为人工智能研究人员和跨学科、跨领域的学生提供可访问的计算资源、高质量数据、教育工具和用户支持，从而使美国所有不同类型的人工智能研究人员都能平等接触资源、民主参与探索促进人工智能的创新想法。该小组还将起草一份创建人工智能研究资源的战略文件，在一定程度上能够让研究人员安全地访问从人口统计到健康状况和驾驶习惯的美国人口的匿名数据储存。在全社会高度重视个人隐私的环境下，美国推出这样一个举措，尽管备受质疑和压力重重，但还是一往无前，可见其重要性和政府的决心。
加大人工智能人才全民化培养力度
组建多元化人工智能人才队伍。美国为了持续领跑全球人工智能发展，确立了多元化、全民化人工智能人才培养目标，全学段覆盖，多途径支持，将专业跨度从人工智能拓展到科学、技术、数学和工程等多学科和跨学科领域，将培养范围从拔尖人才扩大到包括弱势群体在内的各学段学生和成年劳动力在内的全民人工智能技能提升。2019年8月，美国国家科学基金会（NSF）下属计算社区联盟（简称CCC）与人工智能协会联合发布《未来20年美国人工智能研究路线图》，建议对全能型劳动力队伍进行重组和培训，包括开发各级人工智能课程、实施高级人工智能学位招生和人才留存计划，提升少数群体和弱势群体参与度、促进新兴跨学科人工智能领域发展、培训高技能人工智能工程师和技术人员以及劳动力再培训等。在《人工智能倡议首年年度报告》中，将培养人工智能人才作为一项关键政策和行动方针，并提出一系列具体举措，包括：使教育适应未来劳动力的需要。其中，要培养对象包括从技术新手到能够使用人工智能工具的人员，以及在人工智能最前沿领域开拓创新的专家。为了让劳动者做好使用人工智能技术的准备，政府、企业和其他组织机构需要更加关注STEM教育人才领域以及技术学徒、再就业培训，让他们掌握的技能能够更好地适应行业发展需求。
强化STEM人才培养。2017年9月，美国教育部长的总统备忘录强调对STEM教育的重视，计划每年至少投入2亿美元用于促进高质量的计算机科学和STEM教育。2018年12月，白宫公布“北极星计划”——《规划成功路线：美国STEM教育行动方略》，提出美国未来五年STEM教育战略的愿景和目标。其愿景即，所有的美国公民都将终身受益于高质量的STEM教育，而美国将成为全球在STEM领域的国民素养、发明创造和劳动力就业方面的领导者。具体目标包括：一是为STEM教育的普及建立强大的基础；二是增加STEM教育的多样性、公平性和包容性；三是为未来的STEM劳动力做好准备。2020年，美国国家航空航天局投资STEM领域，为美国学生提供学习体验。美国国会拨款1.2亿美元的宇航局STEM参与计划，为学生提供了多种活动，包括直接颁发宇航局实习和研究的奖学金，挑战和比赛，教育资源和教育机会，对为开展研究和开发、能力建设和创造学生学习机会的教育机构提供竞争性奖励等。在宇航局STEM参与办公室（OSTEM）和各中心及职能机构等组织的共同努力下，丰富多样的STEM教育活动和产品吸引着学生积极参与，为培养未来STEM人才，全方位提高STEM素养奠定了坚实基础。《2021年美国创新和竞争法案》以立法形式提出，旨在加大理工科教育投入，推动理工科学员向理工科人力资源转化。该法案提出在国家科学基金会（NSF）设立一个新的“技术与创新局”（DTI），加速技术商业化，加强美国在关键技术方面的领导地位，通过奖学金和研究金发放，推动STEM劳动力培养和发展。
提升全民数字素养。数字素养是人工智能时代的必然要求。美国联邦的一项教育战略计划指出，数字设备和互联网带来的社会变革，要求每个人对这些技术或“数字素养”有基本了解。有效地使用计算机或计算工具进行网站创建、视频编辑、3D打印或操作制造控制系统等活动需要更高水平的技能或“计算素养”。《2021年美国创新和竞争法案》明确规定，将计算科学引入中小学教育。宾夕法尼亚州蒙托尔学区甚至开设了幼儿人工智能编程课程。美国人工智能协会（简称AAAI）和计算机科学教师协会（CSTA）联合发起美国AI4K12计划，提供资源帮助教师向学生教授人工智能知识。美国非营利项目AI-4-All开发了免费在线课程，帮助人们了解人工智能的工作原理，为人工智能领域的弱势群体创造更多机会。美国国家科学基金会为提升教师、学生和家长数字素养，汇编了一系列网络课程和资源，包括帮助学生了解计算科学的课程和工具、青年人与数字媒体互动相关信息、高中和大学计算机科学专业学生所需的资源，以及面向高中生的新闻和课程宣传等。
经费和培训计划向人工智能领域倾斜
持续资助人工智能研究机构。美国国家科学基金会联合农业部、国土安全部、交通部等机构，推动“国家人工智能研究院”项目。该项目在2020年投入1.4亿美元首轮资助了7个人工智能研究所，在2021年又投入2.2亿美元资助11个新成立的国家人工智能研究所，研究所覆盖范围扩大到了美国40个州和哥伦比亚地区。这些研究所聚焦研究基于人工智能的新技术，帮助老年人过上更加独立的生活，享受更高质量的护理；将人工智能转化为更容易获得的“即插即用”技术；通过利用人工智能加强成人在线学习；支持弱势群体从小学到博士后阶段的STEM教育，提高人工智能研究的公平性和代表性。新成立的11个研究所将在未来五年内各自获得约2000万美元的拨款，资助其在人机交互与协作、人工智能优化进步、人工智能和高级网络基础设施、计算机和网络系统中的人工智能、动态系统中的人工智能、人工智能增强学习农业和食品系统中的人工智能创新等领域的研究。
奖学金和培训计划向人工智能领域倾斜。《人工智能倡议法案》规定，机构负责人应在法律允许的范围内，将人工智能作为联邦奖学金和人才服务计划中的优先选择领域，也就是在人才队伍建设中优先考虑人工智能人才，包括优先向高中、大学和研究生群体中掌握人工智能技术的相关人才发放奖学金，实施针对人工智能人才培养的强化教育和培训计划、认可和资助早期职业学院中的人工智能研究人员，执行面向人工智能的服务奖学金计划，支持人工智能教学和人工智能课程开发计划等，通过各种激励措施将人工智能技术纳入现有培训体系中，促进正规教育和非正式培训的个性化和自适应人工智能学习体验。
为确保国家拥有能够推进未来人工智能技术的高技能专家，联邦研发机构正在资助多项针对人工智能研究生和博士后研究的奖学金和奖学金计划，参与的联邦政府机构和研究机构包括国务院、国家航空航天局、国防部、能源部、农业部、退伍军人事务部、国家科学研究基金会、国家标准和技术研究院等。其中，国务院的杰斐逊科学研究员计划，面向具有美国公民身份、拥有美国高等院校终身教职的科学家和工程师，杰斐逊科学研究员在美国国务院或美国国际开发署任职一年，担任外交政策问题的科学技术顾问，利用自己的专业经验提供咨询和教育服务，增进政策官员对复杂尖端科学问题及其对美国外交政策和国际关系可能产生的影响的理解。隶属能源部的费米国家加速器实验室，作为美国最大的高能物理实验室，为在使用高性能计算解决复杂科学和工程问题的领域攻读博士学位的学生提供奖学金。更重要的是，该项目将来自不同的科学和工程学科，但都有兴趣在研究中使用计算机，希望在推进研究的同时对国家产生影响的研究者聚集起来，培养了一个由博士生、校友、能源部实验室工作人员和科学家组成的充满活力的、忠诚的研究共同体。
深化人工智能前沿技术的融合研究
近年来，人工智能和自动化为就业带来巨大冲击。身处人工智能和人类智能逐渐融合的时代，工业4.0颠覆了所有层级所需的各种劳动力技能。人工智能技术和自动化的快速发展不仅生成新的产业和职业，增加创新机会，提高生产率，而且可以将人类从简单重复劳动和危险工作环境中解放出来，从而有更多时间和机会从事更加安全、高效、更具创新性的工作。与之同时，人工智能和自动化也会带来一些问题。随着智能机器在美国工作场所普及，一些日常工作和体力劳动将被机器取代，涉及社会情感、创造力、技术和更高认知技能的工作需求增长，几乎每个人的日常工作性质都可能发生变化。如果不能适应这种变化，劳动者将会面临技能和职业不匹配的问题，被迫转岗或失业，从而导致一系列的社会问题。
为了让劳动者胜任当下和未来的工作，研究人工智能对工作的影响和未来趋势显得尤为关键。尤其是在后疫情时代，疫情加速企业推进应用人工智能和自动化进程。国际劳工组织《2021年世界就业和社会展望趋势报告》中指出，预计2022年全球失业人数将达到2.05亿，大大超过2019年1.87亿的水平，相当于5.7%的失业率。麦肯锡《失业与就业：自动化时代劳动力转变》报告指出，在对46个国家的预测显示，到2030年，几乎三分之一的工作活动可能会被取代。其中，受较高工资率的影响，发达经济体比发展中国家更容易受到自动化的影响。研究认为，不同国家和不同岗位受到的冲击有显著差别，越是发达国家，人工成本高，越有动力率先采用机器人，因而其劳动力被机器人取代的程度会更快更高。到2030年，被机器人取代的劳动力比率美国高达23%，中国为16%，全球平均为15%。
为了更好地应对不断变换的工作和工作环境，美国国家科学基金会将人类-技术前沿未来工作作为未来十大投入构想之一，并将其列在首位。2018年12月，美国发布“人类-技术前沿未来工作：核心研究”项目指南，提供3000万美元资助不超过30个项目，通过相关融合研究来理解和发展人类和技术的合作伙伴关系，开发新技术以提升人类绩效，阐明新兴社会技术场景，理解新技术的风险和收益，理解和影响人工智能对员工和工作的冲击，促进终身、无所不在的学习。项目鼓励多视角和跨学科的合作研究，并给出了可能的研究选题范围，一类是增强身体和认知能力，重点探讨泛在、智能和自治系统背景下人类和技术合作伙伴关系的未来，以及相关风险和机遇，比如人类和机器智能共生以提高效率、员工生活质量、环境健康或社区福祉等。还有一类强调生产力、工作与生活质量、培训和教育，促进对基本社会和经济结构、过程、政策或机构的理解。相关主题包括深入分析人机前沿工作的法律、文化和道德因素，技术对隐私和安全的影响，劳动力偏好以及员工控制和自治等。项目可以探索先进的学习技术或网络学习，同时研究其对未来工作和就业前景的影响。
（本文系中国教育科学研究院中央级科研院所重点项目“人工智能教育战略研究”的阶段性研究成果，项目批准号：GYB2019007）
《光明日报》（2022年01月20日 14版）
[责编：孙宗鹤]现阶段中小学人工智能课程的目标定位和主要任务
自2017年国务院颁布《新一代人工智能发展规划》以来，“人工智能进校园”“人工智能进教材”“人工智能进课堂”，各界呼声不断。2019年，国际人工智能与教育大会期间，陈宝生部长也明确提出“未来智能教育的发展方向之一是普及之路”。随着2020年的到来，国家《新一代人工智能发展规划》第一阶段的目标完成，新征途即将开启，人工智能课程的普及显得尤为迫切，教育实践者需要对前期课程实施情况进行再梳理，以求得再提升、再前进。
一、人工智能课程的现状分析
前期人工智能课程开设离不开技术公司支持，各种竞赛中也涌现了一批优秀的教育成果，但这种课程开发模式不能做到普及和普惠。分析原因，主要是受到资金、课程、师资三个方面的限制。
首先，课程内容以技术产品为主，课程开设所需的配件价格普遍偏高，很多耗材还不能重复使用，致使课程开设存在资金瓶颈，只能满足小规模特长生培养。其次，课程内容主要包括智能机器人、VR应用、无人机航模和3D打印等。由于课程内容碎片化、内容之间逻辑不清、课程体系不成熟和内容过于专业化等原因，迫使学校开设过程中过分依赖技术公司，而技术公司很难支持学校的长期发展，所以课程开设时断时续，普遍存在为了竞赛而开设的情况。最后，由于教育系统内部以人工智能为专业的师资力量不足，非专业教师无法依靠教师合作进行学科整合，以及包括人工智能课程未被列入必修课程等诸多现实因素，学校领导者也持观望和迟疑的态度，致使课程发展缓慢。
如今，随着国家层面在人工智能领域整体推进，智能设备在生活中被广泛使用。人脸识别、无人驾驶、开源硬件等技术已融入日常生活，课程所需资源随处可见，人工智能课程受资金限制的局面逐渐被突破。同时，社会智能化水平的提升和前期实践的积累，促使教育者对人工智能课程的理解回归理性。学校教育积极回应国家号召，课程开发由单一的科技产品主导逐渐过渡为思维训练和课程整合，普及之路呈现光明晴朗态势。
二、现阶段中小学人工智能课程的目标与定位
科学持续地实施人工智能课程，首先需要明确课程的价值和培养目标。学生不仅仅是人工智能的使用者，还是未来社会的创造者。基于此，要让学生能够适应未来世界发展并有所作为，学校现阶段就要帮助学生从记忆、重复计算中解放出来，转而注重学生思维的培养。《普通高中信息技术课程标准》指出，计算思维是信息技术学科四大核心素养之一。计算思维是运用计算机科学的基础概念(即思想和方法)去求解问题，设计系统和理解人类行为。典型的计算思维包括一系列广泛的计算机科学的思维方法，包括递归、抽象和分解、保护、冗余、容错、纠错和恢复等。人工智能课程注重培养学生在具体问题中寻求解答，在不确定情境中进行问题解决，利用顺序结构、循环结构和判断结构帮助学生进行方案规划、模型调整和深度学习。这是人工智能课程的主要价值所在。
同是计算思维培养，中小学阶段不是简单高中阶段培养目标和内容的前移，小学和初中的人工智能教育的定位要弱化专业，选择与学生生活有密切联系的通识内容，根据学生发展的顺序性重新进行教学设计。例如，同是讲二进制，小学阶段以玩卡牌的形式进行讲解，而高年级则会与指数函数相联系。所以，中小学人工智能课程以“启蒙”为主，引导学生在观察和参与中萌发兴趣，进而促进素养提升。
三、现阶段中小学实施人工智能启蒙课程的主要任务
1.补充完善课程内容，分级分段形成课程体系
不可否认，虽然前期的课程不成熟，但是仍然具有很大的教育价值。现阶段，课程专家需添加相关认知类基础知识，围绕计算机算法、图形化编程和Python等核心内容，根据技术的发展进行内容增减，调整逻辑顺序，保持课程的前沿性、开放性和生命力。课程语言应考虑教师和学生的接受性，要浅显易懂，操作要简单明了，循序渐进，通过降低教师的授课难度推进课程发展速度。
在实施过程中，教育目标是分阶段实现的。在小学低年级阶段可以以初步感知、了解人工智能的基本概念、机器学习、人脸识别、图像识别人机交互和无人机等技术为主；三年级开始可以逐步过渡到模块化编程，掌握基本的语音识别、图像识别、智能翻译和手势识别等图形化编程工具；在五、六年级可以进行学科整合，包括学科内整合和学科外整合，适当增加语文阅读与表达、数学游戏化学习、英语分级阅读等方面的智能应用；随着学生抽象能力的提升，七、八年级可通过问题导向进行项目式学习，初步掌握Python语言，为后续学习代码驱动硬件做好准备。
2.抓取课程特点，提取教学设计关键特征
“玩中学，做中学”是中小学课程设计的主要特征，人工智能启蒙课程也要利用自身特点在此基础上有所创新和突破。
游戏化教学在人工智能课程中具有先天优势。教师创设游戏情境，通过介绍游戏规则、分配游戏任务，指导学生进行游戏，让游戏贯穿教学始终。教师对游戏的把控要顺应学生自然遇到的问题，顺势对问题进行及时引导和提升，抽象的环节可通过人工智能技术呈现，争取达到“身临其境”的效果。
计算思维是人工智能课程的灵魂，要贯穿课堂的始终。课堂流程从“游戏导入情境、抽象出关键概念、分解成小问题、构建解决问题框架并进一步优化”等方面逐渐展开。特别重要的是引导学生在自然感知的基础上抽象出问题关键要素，通过关键要素的不同组合构架问题解决模型，帮助学生由自然语言过渡到结构化自然语言，再由结构化自然语言升级到抽象的计算机语言，经由语言的逐步抽象实现思维的进阶。
3.中小学与高校联动，教师培训与教学实践同时落地
人工智能专家曾预言：“人工智能就像一列高速火车，它临近时，你听到了轰隆隆的声音，在你期待中却一闪而过，远远地把你抛在身后。”教育的变革会因为社会的智能化而提速，实施人工智能课程也要从“等车来”转换为“先上车”，敢于与智能时代一起奔跑。课程实施中，中小学校既要有“造血”的担当，也要有“输血”的智慧。要选择已有的优秀研究成果积极实践，与高校联合打造学习共同体，以课程开发与教师培养同时推进的形式，让课程在教师实践中成熟起来，让教师在培训中成长起来。毕竟，时不我待，社会才是大学校，教师和学生要以终身学习的态度迎接智能时代的到来。