中小学人工智能课程指南
中小学人工智能课程指南（试用）
一、前言自1956年正式提出“人工智能”至今，人工智能取得了长足的发展，将深刻影响人类社会生活、改变世界。经过60多年的演进，人工智能发展进入新阶段，尤其是大数据、物联网和深度学习的日趋成熟，推动人工智能被广泛应用到制造、农业、物流、医疗、金融、家居、教育等诸多行业，引发经济结构重大变革，深刻改变人类生产生活方式和思维模式，实现社会生产力的整体跃升。2017年，党中央、国务院正式印发《新一代人工智能发展规划》，确立了我国新一代人工智能发展三步走的战略目标，人工智能的发展至此上升到国家战略层面。
在人工智能悄然走进千家万户的时代背景下，开展人工智能教育刻不容缓。《新一代人工智能发展规划》明确指出人工智能已成为国际竞争的新焦点，应广泛开展人工智能科普活动,实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。其目的是让学生了解身边快速发展的人工智能技术，认识到人工智能技术发挥的巨大作用，形成智能化意识，树立远大理想，成为智能社会的建设者和接班人。
在基础教育领域，人工智能教育已受到一定重视。2003年印发的《高中信息技术课程标准（实验）》将“人工智能初步”设定为选修模块，2017年印发的《高中信息技术课程标准（2017版）》将“人工智能初步”设定为选择性必修模块，并在必修模块中加入了人工智能典型案例，强调要加强人工智能教育。
2018年4月教育部先后印发《高等学校人工智能创新行动计划》和《教育信息化2.0行动计划》，对人工智能教育提出更明确的要求“在中小学阶段引入人工智能普及教育”，形成“人工智能＋X”的复合专业培养新模式。大力推进智能教育，开展以学习者为中心的智能化教学支持环境建设，启动“人工智能+教师队伍建设行动”，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。。
2018年10月31日中共中央政治局就人工智能发展现状和趋势举行第九次集体学习。中共中央总书记习近平在主持学习时强调，人工智能是新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，具有溢出带动性很强的“头雁”效应。加快发展新一代人工智能是事关我国能否抓住新一轮科技革命和产业变革机遇的战略问题。要深刻认识加快发展新一代人工智能的重大意义，加强领导，做好规划，明确任务，夯实基础，促进其同经济社会发展深度融合，推动我国新一代人工智能健康发展。
相关文件的颁布，为新时期的人工智能教育提供了方向引领和政策支持。在此背景下，各地根据实际情况，在小学和初中开设与高中、大学相衔接的人工智能地方课程，形成自下而上的教育体系，帮助学生了解技术给世界带来的深刻变革，在头脑中播下人工智能的种子。这对推动国家人工智能的发展，对拔尖创新人才的培养，对科教兴国实现强国梦，都具有特别的时代意义。
二、课程性质与基本理念（一）课程性质中小学开展人工智能教育，能够锻炼和培养计算思维、逻辑思维，提升观察力、想象力、创造力、计算能力、动手能力、应变能力、表达能力、团队协作力、社交能力，这九大能力可以全方位得到锻炼。在中小学开展人工智能教育，旨在培养适应智能化社会需求的、具备良好素质与能力的新型人才。一方面帮助中小学生了解人工智能对现代社会的影响，关注相关前沿知识，发展人工智能意识和信息伦理道德；另一方面帮助他们增长技术应用技能，激发利用人工智能技术创建美好世界的情感。
中小学人工智能是一门实践性课程。人工智能无疑是当前信息技术应用领域中最“杰出”的代表。中小学人工智能课程的实施，需要从贴近学生日常生活的人工智能技术出发，让学生通过动手动脑等实践活动，了解和掌握人工智能技术的原理、方法和技能，尝试提出新问题、新思路、新办法，达到发展创新意识和提高解决实际问题能力的目的。
中小学人工智能是一门综合性课程。人工智能科学除涉及信息科学外，还涉及到脑科学、神经科学、认知心理学等。人工智能技术包含计算硬件、大数据、各类算法等多领域技术知识，广泛应用于各行各业。人工智能课程的学习，需要将信息、技术、数学、艺术等多学科知识进行有效融合，运用观察、体验、实践等多样化的学习方式，以促进综合素养的发展和提升。在知识领域和能力发展方面都需要处理好“分”与“合”的关系，努力提升学生整体认识，促进能力全面发展。
中小学人工智能是一门发展性课程。人工智能蕴含着旺盛的生命力，并带来无限可能。一方面人工智能技术自身处于飞速发展期，另一方面人工智能技术与其它学科的结合引发新一轮科技变革，因此中小学人工智能课程需要与时俱进，课程目标和内容设置应有一定的前瞻性、开放性和灵活性。
（二）课程基本理念
1.培养适应未来智能社会的高素质公民
人工智能推动了社会进步，智能社会正在向我们走来。我国基础教育的目标培养社会主义祖国的建设者和接班人，现在学生的素质和质量直接影响我国经济、社会的未来发展。课程标准面对网络和智能化工具不断普及的现实，培养学生对人工智能技术发展的敏感度和适应性，帮助学生了解人工智能基本原理、掌握人工智能常用工具，优化自己的学习和生活，提高服务社会的能力。课程标准引导学生理解人工智能技术应用过程中的人与社会关系、思考人工智能技术为人类社会带来的机遇和挑战、履行个人在智能社会中的责任和义务，帮助学生成长为有效的技术使用者、创新的技术设计者和理性的技术反思者。
2.普及普适普惠与学生的个性化发展相融合
中小学人工智能教育应该是普及教育，推进人工智能教育应避免陷入“精英”教育的泥沼。以人工智能、大数据、物联网为代表的新一代信息技术飞速发展，加剧了各地经济民生的不平衡，但中小学人工智能教育“不能落下一个孩子”。在各类学校科普人工智能知识、体验人工智能应用，利用人工智能提升教学效果、达成教育目标，能在很大程度上缓解教育不公平的情况。校内开设人工智能课程，人工智能教育进课堂，让学生都体验到人工智能带来的便利和挑战。同时鼓励支持把学有余力的学生招进社团，提升课程内容的广度、深度和问题情境的复杂度，为学科兴趣浓厚、学科专长明显的学生提供挑战性的学习机会。
3.选择体现时代性和基础性的课程内容
紧扣人工智能是研究、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的概念，结合人工智能研发的前沿知识与国际人工智能教育的发展趋势，引导学生学习人工智能技术的基础知识与技能，感悟人工智能学科方法与学科思想；结合学生已有的学习经验和将要经历的社会生活，在课程中嵌入与人工智能相关的社会现实问题和情境；结合数据加工、问题解决和信息系统操作的真实过程，发展学生的计算思维和设计思维，增强他们的智能社会责任意识，实现人工智能技术知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的统一。
4.采用实例剖析和项目化教学方式
人工智能课程内容涉及较多数学和逻辑学知识，而以概念为中心辅以范例的传统教学方式难免产生枯燥与乏味。因而从激发学习兴趣角度出发，同时也结合课程性质，可考虑于教学过程中尽可能简化繁琐的数学推导和定理证明，将重点放在解决问题的原理和思路上，并多讲解一些经典有趣的实例，通过实例建立起与知识点清晰的内在联系，既能锻炼学生的逻辑思维能力，亦可促进学习兴趣的提高。项目化教学有助于不同背景和知识基础的学生参与人工智能课程学习，多元化的教学策略可激发学生开放、合作、协商和注重证据的行动意识，运用计算思维形成解决问题的方案，促进基于项目的学习。
5.构建基于学科核心素养的评价体系
人工智能作为新一轮科技革命和产业变革的重要驱动力量，不仅是未来科技发展的必然趋势，更已上升为国家战略。鉴于人工智能的学科特点，课程教学的目的既是对相关知识的学习和掌握，更重要的是对学生独立思考、创新意识和解决问题能力的锻炼和培养。为此，课程考核与评价宜采用更加多元的考察方式，将学生视为课程教学的主体，以学生为中心建立自主、合作、探究的学习模式。利用多元方式跟踪学生的学习过程，采集学习数据，及时反馈学生的学习状况，改进学习，优化教学，评估学业成就，完善标准化纸笔测试和上机测试相结合的学业评价，针对专业能力较强的学生，可引导其完成案例分析报告或研究性论文。
（三）课程目标
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。
三、课程结构与内容
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，对于人工智能技术和系统的了解与学习也是逐步提高的，这样才能形成与其相适应的伦理道德价值观。
（一） 人工智能通识层面
主要从对人工智能概念的理解、人工智能的起源与流派、人工智能研究应用现状三个方面进行教与学。小学阶段主要是认识生活中人工智能，知道图灵测试对机器是否拥有智能的判断；初中阶段要理解人工智能的基本特征，知道机器学习是机器获得知识的有效方法，了解人工智能的典型应用；高中阶段则要探究人工智能发展脉络，从不同的角度去研究人工智能问题。
表1AI通识层面
小学
初中
高中
1.1人工智能概念
1.1.1a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。
1.1.2a知道智能分为自然智能和人工智能，能区分自然智能和人工智能。
1.1.3a体验人工智能不同的表现形式：会看、会听、会说、会行动、会思考、会学习。
1.1.1b人工智能就是与人类行为相似的计算机程序。
1.1.2b知道智能是知识和智力的总和。能区分生物智能、群体智能、系统智能和人工智能。
1.1.3b了解人工智能的典型应用：智能家具、智能学伴、自动翻译、人脸识别、自动驾驶等。
1.1.1c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。
1.1.2c知道人工智能需要机器具有感知、识别、认知、推理、判断、预测、学习以及行动能力，即思考与行为能力。
1.1.3c了解人工智能研究领域：机器学习、专家系统、计算机视觉、自然语言处理、语音处理、机器人。
1.2人工智能的起源与流派
1.2.1a知道达特茅斯会议。
1.2.2a知道图灵测试。
1.2.3a知道人工智能发展历史上的一些重大成果，如专家系统、深蓝、沃森、阿尔法围棋。
1.2.1b了解达特茅斯会议的主要成果。
1.2.2b知道中文屋实验与图灵测试原理。
1.2.3b了解人工智能发展各阶段的主要成果和遇到的难题。
1.2.1c了解达特茅斯会议主要参与者的主要成就。
1.2.2c了解图灵测试问题设计，学会向机器问问题。
1.2.3b探究人工智能三大主义和五大学派的主要观点、主要成就、代表性人物。
1.3 人工智能研究应用现状
1.3.1a知道人工智能分为弱人工智能、强人工智能和超人工智能。
1.3.2a生活中已经出现的人工智能产品模拟了人的部分智能，如扫地机器人、人脸识别门禁系统、教育机器人等。
1.3.1b人工智能的基本特征是有学习能力，能够通过自我学习来调整自己的行为。
1.3.2b目前人工智能存在两条技术发展路径：一条是以模型学习驱动的数据智能，另外一条是以认知仿生驱动的类脑智能。
1.3.1c人工智能加速发展，呈现出深度学习、跨界融合、人机协同、群智开放、自主操控等新特征。
1.3.2c人工智能是计算机科学、数学、自动化、生理学、心理学和哲学等相结合的学科，可以从不同的角度去研究人工智能问题。
（二） 人工智能技术层面主要从人工智能原理与算法、人工智能工具与产品、人工智能编程三个方面进行教与学。小学阶段主要熟悉图形化编程平台，知道有不同的编程工具，对编程和算法产生兴趣；初中阶段则应熟悉常用的开源硬件，从利用图形化编程平台进行编程，逐步了解封装后的Python编程语言，通过对需求的理解，有创意地设计解决方案；高中阶段则应具备基本的编程能力，具备一定的算法分析能力，亲历设计与实现简单智能系统的基本过程与方法。
表2AI技术层面
小学
初中
高中
2.1人工智能原理与算法
2.1.1a知道一些人工智能产品用来模拟人的行为，另外一些人工智能产品用来模拟人的思想，这些人工智能产品的灵魂是计算机程序。
2.1.2a针对一个具体的人工智能产品，能够指出其是模仿人的行为还是思想？是否具有学习的能力？
2.1.3a了解常用的编程算法，对编程算法产生兴趣。
2.1.4a掌握冒泡、选择和插入排序的算法，能够在程序中实现相关算法，实现列表数据排序。
2.1.5a掌握遍历查找及列表的二分查找算法，能够在程序中实现相关算法进行数据查找。
2.1.1b从海量数据中挖掘和发现知识，进而借助知识来指导人类的行为决策，是人工智能服务社会的一个重要方面。
2.1.2b针对具体的人工智能技术，能理解其实现过程，并利用程序模块实现该技术。
2.1.3b通过比较解决同一个问题的不同算法，体验算法效率的差别。
2.1.4b通过案例分析，理解二叉树的概念及其遍历的方法，初步掌握二叉树在搜索算法中的应用。
2.1.5b通过问题解决，掌握贪心、分治、动态规划、回溯等常见算法，并结合具体问题开展编程实践。
2.1.1c从实现角度而言，人工智能是运用数学模型设计求解算法，然后运行程序代码得到结果。推理、搜索和学习是人工智能实现所采用的主要方向。
2.1.2c针对某个具体的人工智能问题，能设计方案并解决该问题。对技术进行评估，探讨改进该技术的可能性。
2.1.3c理解算法的正确性、可读性、健壮性，掌握算法分析的一般方法和过程.
2.1.4c了解人工智能的核心算法，如启发式搜索、线性回归、K近邻算法、决策树、支持向量机、K均值算法、贝叶斯分类器、人工神经网络等。
2.1.5c能够针对限定条件的实际问题进行数据抽象，选择合适的算法编程实现、解决问题
2.2人工智能工具与产品
2.2.1a人工智能产品的开发可以采用现成的工具，不同的人工智能应用可以采用不同的人工智能技术和工具来完成。
2.2.2a一个具体的人工智能产品的开发需要不同的人工智能技术和工具来完成。
2.2.3a人工智能技术已经成功地应用在智能医疗、智能教育、智能制造、智能交通等多个领域。
2.2.1b人工智能技术的发展积累了大量的人工智能工具，这些工具利用程序设计语言实现，Python是目前最流行的人工智能编程语言。
2.2.2b近年来，机器学习，尤其是深度学习成为了人工智能应用开发中的重要工具。
2.2.3b不同的工具适合不同的应用。一些工具可以用于语音识别和图像识别，而另一些人工智能工具适用于自然语言处理。
2.2.1c不同人工智能工具在功能、性能和使用方式上各不相同。了解不同的人工智能工具的特性有助于针对具体任务选择最佳的工具。
2.2.2c人工智能不是单一技术或工具，一个完整的人工智能应用需要采用多种人工智能技术和工具，这些技术相互关联、协同工作。
2.2.3c能够使用合适的人工智能技术和工具来完成具体的人工智能任务，包括数据获取、数据分析和结果呈现。
2.3人工智能编程
2.3.1a掌握一种图形化编程平台的使用，知道指令模块、角色、背景、舞台、脚本，能够使用人工智能相关指令模块实现相应功能，体验人工智能。
2.3.2a掌握顺序、循环、选择三种程序结构，编写具有一定逻辑复杂性的动画、游戏、互动艺术脚本程序。
2.3.3a了解程序模块化设计思想，通过观察程序运行结果发现程序设计中的问题。
2.3.4a了解思维导图和流程图的概念，能够使用思维导图辅助设计，能够识别简单的流程图。
2.3.5a了解项目分析的基本思路和方法。能够根据实际问题的需求设计和编写程序，解决现实问题，创作编程作品，具备一定的计算思维。
2.3.1b熟悉常用的开源硬件，利用图形化编程平台或封装后的Python编程语言，设计能驱动开源硬件运行的程序。
2.3.2b认识基于开源硬件的信息系统的基本结构和一般设计流程。
2.3.3b理解并设计函数，理解程序模块化设计思想、原则和步骤，掌握基本的程序调试方法。
2.3.4a能够根据实际问题，设计并交流基于开源硬件的解决方案，具备一定的设计思维。
2.3.5b以STEAM教育理念为指导，利用开源硬件开展项目学习，理解并自觉践行开源的理念和知识分享的精神。
2.3.1c学习人工智能热门编程语言Python，能完成的输入、处理、输出操作，具备以函数、模块和类等形式抽象为目标的基本编程能力。
2.3.2c掌握jieba、Numpy、Scikit-learn、Matplotlib、wordcloud等第三方库，熟悉一种人工智能开源框架。
2.3.3c编程演示语音识别、自然语言处理、计算机视觉工作原理。
2.3.4c利用我国新一代人工智能开放创新平台，搭建简单的人工智能应用模块，并能根据实际需要配置适当的环境、参数及自然交互方式等。
2.3.5c亲历设计与实现简单智能系统的基本过程与方法，充分利用丰富的开源硬件和人工智能应用框架等资源，搭建面向实际生活的应用场景。
（三） 人工智能系统层面主要从系统工程、设计与开发、评估与维护三个方面进行教与学。小学阶段知道一个系统是由多个子系统组成，认识系统框架结构图，能够运行系统分析系统是否满足需求；初中阶段了解完整的系统设计过程，知道系统设计有多种方案，能够描述各方案的优缺点；高中阶段学会在多种方案之间进行权衡比较。则应熟悉常用的开源硬件，从利用图形化编程平台进行编程，逐步了解封装后的Python编程语言，通过对需求的理解，有创意地设计解决方案；高中阶段要初步掌握系统工程方法，知道人工智能系统通常需要在期望目标和限制条件之间进行权衡，能从不同系统设计方案中甄选合适的设计方案，并说明理由。
表3AI系统层面
小学
初中
高中
3.1系统工程
3.1.1a知道所有的系统都需要资源，且系统的各个部分协同工作以实现同一个目标。
3.1.2a知道许多系统都有子系统，它们由边界定义。许多系统是更大系统的一部分。
3.1.3a创建包含多个子系统的简单系统结构图或框架图。能够标识子系统，解释每个子系统的功用。
3.1.4a基于对每个组件功能的了解，建立一个简单的系统解决方案来完成一个目标。
3.1.1b系统是为了达到某些目标而设计的。系统中包含多个信息处理过程，并且可能使用反馈和控制。
3.1.2b知道系统可以相互作用，以完成比单个系统更复杂的功能和任务
3.1.3b通过逆向工程检查产品或过程，逐步将期分解，以确定其系统、子系统和组件，描述它们之间的相互作用，并画出数据流图。
3.1.4b比较一个简单系统和复杂系统的效率，重新设计一个系统解决方案，以完成相同的目标。
3.1.1c一个系统的稳定性取决于它的所有组成部分以及它们是如何。更复杂的系统趋向于需要更多的资源，更容易受到错误和失败的影响。
3.1.2c知道多数系统都被嵌入在更大的技术、社会、自然和环境系统中。
3.1.3c检查一个系统，预测它在给定情况下如何使用给定的一组输入获得输出。分析如果系统的组件或交互方式发生变化，其性能如何变化。
3.1.4c给定一个系统的目标和部分组件，实现一个中等复杂的系统解决方案。重新设计系统解决方案以优化效率。
3.2系统设计与开发
3.2.1a知道人工智能的系统设计是一个系统的、创造性的、反复的过程。
3.2.2a人工智能系统设计首先是确定需求和标准，即产品或系统的特性。
3.2.3a利用现有的工具和资源，构建并测试一个简单的模型，以确定它是否满足问题的要求。
3.2.1b了解系统设计通常有多种解决方案，不同的解决方案可能在某种程度上比其它方案好。例如一下解决方案可能更安全，而另一个方案可能花费更少。
3.2.2b知道人工智能系统设计通常受多种条件的限制，包括时间、资金、人力等资源。
3.2.3b系统设计包括识别和说明问题、需求或愿望；构思并选择解决方案；制作和测试模型或原型；结果评估；如有必要重新迭代设计过程。
3.2.1c了解系统设计时，需要对成本和收益进行系统的比较，并对系统设计进行优化。
3.2.2c人工智能系统设计通常需要在期望目标和限制条件之间进行权衡。
3.2.3c使用系统工程的方法来解决一个中等难度的人工智能问题，交流、沟通系统的设计过程。
3.3 系统评估与维护
3.3.1a人工智能产品需要以适当的形式进行维护，以便能正常使用。
3.3.2a根据系统设计目标，能判断人工智能系统是否处于正常工作状态。
3.3.3a在一个简单的人工智能系统中找出使系统不能正常工作的原因，并提出避免失败的方法。
3.3.1b人工智能产品必须定期维护，以确保正常运转。人工智能产品的运行应该是可监控和透明的，以便于随时对产品进行干预。
3.3.2b能使用智能故障诊断方法诊断设备中的问题，开发并测试各种修复方法。
3.3.3b认识到所有人工智能产品都有生命周期。考虑产品的整个生命同期是系统设计的一个重要部分。
3.3.1c考虑到成本和技术的现状，确定一个人工智能产品应该维护多久，以及什么时间应该重新设计，以消除频繁的故障，减少定期维护的需要。
3.3.2c使用逻辑推理（如故障树）和适当的诊断工具，分析系统故障，制定修复策略。
3.3.3c分析一个中等复杂的人工智能系统以确定可能失败的原因，找出最有可能的故障点，并推荐安全措施以避免失败。
（四） 态度与价值观层面主要从人工智能与社会、人工智能与人类、伦理道德与责任三个方面进行培养学生对于人工智能的态度与价值观。小学阶段知道人工智能的运用可能会对社会产生正面或负面的影响，可能影响社会公平与正义，带来法律方面的问题，需要有责任地使用人工智能产品；初中阶段知道人工智能是社会发展的产物，人工智能在替代许多现有人类劳动的同时，也会产生新的劳动需求。人工智能的健康发展应用需要制定完善的法律准则；高中阶段应该能够认识到隐藏在数据集中的偏见观点与算法歧视问题，思考如何避免人工智能技术应用带来的“数字鸿沟”问题，能够理解人机共存的伦理规范。
表4价值观层面
小学
初中
高中
4.1人工智能与社会
4.1.1a了解人工智能在社会生产、生活、工作、学习等方面的应用。
4.1.2a社会需求推动了人工智能产品、系统的开发与利用。
4.1.3a人工智能产品的使用会对社会产生正面或负面的影响，要避免使用人工智能技术对社会造成负面的、破坏性的影响。
4.1.4a人工智能应服务于全社会。当使用人工智能产品时，会涉及社会公平问题。
4.1.5a人工智能技术的应用可能会侵犯他人的权利，会涉及法律问题。
4.1.1b人工智能技术的应用已经渗透到社会的各个方面，对人们的工作和生活产生了巨大的影响。
4.1.2b人工智能是社会发展的产物。反过来，人工智能的发展又改变了人类社会的各个方面。
4.1.3b人工智能与传统产业相结合产生了新的产业，这些产业的重组和再造使得人工智能替代许多现有人类劳动，并产生新的职业。
4.1.4b需要构建合理的机制，使全社会都能受益于人工智能的发展。
4.1.5b不当运用人工智能技术会带来严重后果，甚至会触犯法律。
4.1.1c理解智能社会对人才的需求变化，具备在全球视野下审视人工智能发展的能力。
4.1.2c人工智能正在引发新一轮的科技革命和产业革命。
4.1.3c几乎所有技术都会对社会产生影响。为避免人工智能对社会带来重大负面影响，我们需要在限制条件下发展人工智能。
4.1.4c大数据和算法是人工智能的核心，但大数据资源被垄断掌握、算法歧视不透明，将导致社会不公正。
4.1.5c人工智能技术的健康发展和使用需要完善的法治体系来支撑。
4.2人工智能与人类
4.2.1a人工智能是对人类感知、思维和行为能力的模拟。
4.2.2a人工智能会给人类带来便利，也可能存在一定的危害。
4.2.1b人工智能已经在越来越多的具体领域超越人类，但与人类智能相比，还有非常大的差距。
4.2.2b结合特定的人工智能应用领域，分析说明人工智能与人类之间的辩证关系。
4.2.1c人工智能不仅能模拟人的感知和行为，也可以模拟人脑思维，并有可能会超越人类。
4.2.2c从技术发展的长期趋势来全面分析，人工智能可能给人类的未来带来的机遇和挑战。
4.3 伦理、道德与责任
4.3.1a不正确使用人工智能产品可能会伤害他人，知道哪些行为是对人工智能产品的滥用。
4.3.2a开发人工智能产品时，要有利于全人类，使用人工智能产品时要承担责任。
4.3.3a通过分析人工智能技术可能对人类存在的伦理道德风险，懂得负责任地使用人工智能产品。
4.3.1b不受限制地发展人工智能，它有可能会超越人类，产生自我意识，这可能给人类整体生存安全带来威胁。
4.3.2b人工智能产品有可能对人类社会造成危害，必须依照相关准则进行评估，需要规范地研究和应用人工智能技术。
4.3.3b从人工智能的开发、部署到使用各个阶段，讨论采取什么措施限制对人工智能技术的滥用。
4.3.1c人工智能技术的使用可能带来预期的和非预期的结果，这些结果对不同的人群可能是不同的，并且可能会随着时间的推移而改变。
4.3.2c能够意识到未来人工智能社会需要有新的伦理要求，能够理解人机共存的伦理规范。
4.3.3c分析未来人工智能的完全自主行为的模式（范式），以及将会引发什么样的伦理问题。
四、实施建议（一） 教学与评价建议
1.教学建议
由于人工智能技术的综合性、复杂性和交叉性，中小学阶段人工智能教学不能过分强调知识体系的完整性，而应该围绕信息技术学科核心素养和人工智能基本原理，以项目式学习为主要形态，把人工智能知识学习与技能培养融入到具体的项目学习中，通过翻转课堂等形式重构教学组织方式。
基于项目的学习是指学生在教师引导下发现问题，以解决问题为导向开展方案设计、新知学习、实践探索，具有创新特质的学习活动。项目学习很大程度上还原了学习的本质，这种基于真实情境的学习能促进学生对信息问题的敏感性、对知识学习的掌控力、对问题求解的思考力的发展。开展项目学习时，要创设适合学生认知特征的活动情境，引导他们利用人工智能技术开展项目实践、形成作品，在项目实践中整合知识与技能的学习，同时发展人工智能时代所需的创新、协作、共情等能力。
在项目学习、特别是开放性项目学习的过程中，学生是项目的设计者、实施者和项目成果的推介者，教师是学生项目设计和实施过程中的引领者和咨询者。在教学中，教师应淡化知识的单一讲解，鼓励学生通过自主探究解决项目中的问题，在解决问题的过程中整合知识学习，促进思维发展。教师要从“学会操作”的课堂价值取向转向“形成学科核心素养”的价值诉求，引导学生从实际生活中发现项目素材，培养学生的信息意识；在“尝试→验证→修正”的“试错”过程中，发展学生的计算思维；引导学生从自主寻求项目实施所需知识和技能的过程中形成数字化学习与创新能力；在项目成果的推介交流中，提升信息社会责任。
项目的开放性及解决方案的多样性，既能调动学生学习的积极性，激发学习兴趣，也能引发更多的生成性问题。在项目活动中，教师可以根据学生学习的需要，采用个性化教学的指导方式，既为学生提供自由创作的空间，又确保学生的个性化问题得到及时支持与解决。建议教师创建网络学习空间，通过知识详解、范例创作、常见问题答疑等，帮助学生解决一般性问题。通过组建互助小组，引导学生在交流互助中共同提升思维与能力，甚至可以将合作互助行为纳入评价范畴，引导学生开展更深入的交流合作。
项目式学习的实施过程如下：
（1）提出问题
中小学人工智能课程中的知识传授不能走大学生传统的教师讲授式的老路，而必须利用与学生学习生活紧密相关的问题来激发学生的学习兴趣，吸引其注意力，发挥其学习的主观能动性，这也可以促使学生将人工智能与实际生活联系起来。
（2）新知讲授
中小学人工智能教育的目标是使人更好地适应人工智能时代。因此教师在传授知识的过程中， 应该更关注学生人工智能思维的培养，同时进行人工智能伦理道德等方面的普及，而非仅仅要求学生进行复杂算法等知识点的学习掌握。比如在高中人工智能知识点“分类器”的讲述中，教师应该将讲授重点放在分类过程即特征提取、分类器的训练、测试应用这三阶段的实现原理、相互关系上，而非将关注点仅仅聚焦于训练算法，学生学习之后，更应该达到熟悉分类器工作思想、了解其在生活中应用的目标。
（3）实践探究
在每个知识点的传授之后， 应该紧接一个与之相关的、联系生活实际且难度适宜的项目来促使学生人工智能应用能力的发展，需要明确的是，实际的项目探究不能随堂练习化，学生必须亲历发现问题、解决问题的过程。比如关于分类器所涉及的基础知识原理讲授完成之后，教师设计一个以真实问题为主题的项目让学生展开分组协作探究。以花朵分类为例，要求学生自行制定项目实施流程，最终得到一个花朵分类器。教师作为探究过程中的辅助者，为学生提供训练集等探究所需的资源，考虑到时间因素，教师可以提供部分数据，但为了增强学生的体验感，可以让学生自行测量花朵数据来充实训练集。学生在实践探究的过程中，可以体会到不同训练算法训练出的分类器的差异，并通过分类准确率来选择出成效最佳的分类器。小组协作的方式使学生的社交能力、共情能力等都得到了发展，在项目实践中，学生势必会面临许多实际的、非良构的问题，其问题解决能力也会逐渐增强，同时学生的人工智能应用能力、对人工智能的定位认识也更加明晰，深刻体验到了人工智能技术带给学习、生活的影响，进一步激发了其学习人工智能的积极性，非常利于人机协同的未来时代。
（4）探讨交流
项目实践过后的探讨交流可以为学生提供一个很好的反思改进机会，学生可以互相交流自己小组在项目实践中遇到的各种问题及解决途径，也可以交流项目协作中的小组分工等问题，同时从其他小组中获得有益的经验，有利于下次项目的顺利开展，通过比对自己与他人的作品可以更加深化对知识的理解。最后，通过教师评价、小组互评、小组自评来对项目实施过程中的问题及最终的项目成功做出评价，学生获得反馈后可以进一步改进自己的作品，获得提升发展。
此教学模式可以根据教学内容灵活安排，教学内容可以是课程中的一章或是一节。教师根据教学内容合理安排课时，若是内容较多，则可在讲授基本知识后布置项目主题，让学生进行构思，下节课的时候再进行分组项目探究及分享交流。甚至可以安排一个以上的项目，一个作为基础知识巩固，一个作为拓展提高，只要把握人工智能课程培养核心目标便可。
2.评价建议
评价是中小学课程教学的有机组成部分，人工智能课程教学应基于信息技术学科核心素养展开。教师可以综合运用多种评价手段，在教学中起到有效导向的作用。评价的主要目的是促进学生的学习，改善教师的教学，完善教学方案的设计。评价方式要有利于学生学习、有利于教学开展。评价内容要从单纯关注知识与技能向关注学生学业成就转变，同时还要关注现实问题解决和团队合作等多种能力的提升。通过评价的合理实施，不断提高教师的教学水平，激发学生学习、应用人工智能知识与技术的兴趣，帮助学生逐步提升信息素养。
教育的本质是为了促进人的全面发展，促进学生的全面发展是现代教育评价应有的价值取向。在评价过程中，应尊重学生的水平差异和个体差异，要创造条件让学生甚至家长主动参与到评价中，增强学生自主评价的积极性。要以多样化的评价促进学生学科核心素养的提升，不能简单地以分数或等级来评估学生，要多采用表现性评价语言，注重学生在不同起点上的提高，而不仅仅是看重他们是否都达到了某一共同标准。
人工智能课程评价活动要根据评价的目的、要求、对象等进行设计，针对不同的评价目的，应该设计不同的评价情境。学业水平考试这类总结性评价，可采用纸笔测试、上机测试相结合的形式；一般过程性评价可通过课堂观察、学习行为分析、作品评价、档案袋资料采集等方式，从知识、能力、情感等方面全面衡量学生的学习状况，也可以作为学业评价的依据。
人工智能课程评价应尽快纳入到信息技术学业评价中，小、初、高三个阶段分别规定的基本教学内容与学业要求。学业水平评价要从多个维度设计合理的评价活动。情境要来源于学生的学习和生活，要从问题解决的过程与方法层面设计评价方案。
学业评价一般包括纸笔测试、上机测试等方式。纸笔测试和上机测试各有所长，适合不同的评价内容和目标，应相互补充、综合运用。纸笔测试的效率较高，适于短时间内对大量学生进行集中考核，适于考核学生对人工智能基础知识的掌握和理解，但不适于评价学生的实际操作技能。在设计纸笔测试试卷时，要控制选择题、填空题等客观题型的比例，适度设置和增加要求学生通过理解和探究来解决的开放性题目，如问题解决分析、作品设计等，以拓展纸笔测试在评价内容和评价目标等方面的广度和深度。上机测试是人工智能总结性评价中不可或缺的重要组成部分。上机测试可以评价学生使用人工智能技术工具的熟练程度，能够考查学生利用人工智能技术解决问题的能力。
附录1项目活动评价表示例
项目学习主题：
项目学
习过程
学科核心
素养达成
一级指标
二级指标
评价结果
支撑
材料
选定项目
从现实世界中选择明确的项目主题，形成对信息的敏感度和信息价值的判断力。
分析项目目标与可行性。
项目选题
从现实世界选择项目主题的能力。
化抽象概念为现实问题的能力。
对信息的敏感度和价值的判断力。
□优秀
□良好
□中等
□仍需努力
项目分析
分析项目目标的能力。
分析项目可行性的能力。
从现实世界发现项目素材的能力。
□优秀
□良好
□中等
□仍需努力
规划设计
组建团队与明确项目任务，体现正确的信息社会责任意识。
规划项目与交流方案。
项目规划
组建团队与明确项目任务的能力。
规划项目学习工具与方法的能力。
预期项目成果的能力。
□优秀
□良好
□中等
□仍需努力
方案交流
交流项目方案的能力。
完善项目方案的能力。
体现正确的信息社会责任意识。
□优秀
□良好
□中等
□仍需努力
活动探究
通过团队合作，围绕项目进行自主、协作学习。
开展探究活动，提升信息获取、处理与应用、创新能力。
团队合作
自主学习能力。分工与协作能力。交流与沟通能力。
□优秀
□良好
□中等
□仍需努力
探究活动
信息获取与处理能力。
探究与联想能力。
实践与创新能力。
□优秀
□良好
□中等
□仍需努力
项目实施
针对给定的任务进行分解，明确需要解决的关键问题，并采用人工智能的思想方法，在形成问题解决方案的过程中产生一系列思维活动。
完成方案中预设的目标。
工具方法
采用计算机领域的思想方法能力。
使用数字化工具与资源能力。
数字化学习能力。
□优秀
□良好
□中等
□仍需努力
实施方案
针对给定的任务进行分解。
明确需要解决的关键问题。
完成方案中预设的目标。
□优秀
□良好
□中等
□仍需努力
项目成果交流与评价
与团队成员共享创造与分享快乐，提升批判性思维能力与信息社会责任感。
评价项目目标与成果质量效果。
成果交流
清晰表达项目主题与过程。
与团队成员共享创造与分享快乐。
提升批判性思维能力与信息社会责任感。
□优秀
□良好
□中等
□仍需努力
项目评价
运用新知识与技能实现项目目标。
项目成果的可视化表达质量。
项目成果解决现实问题效果。
□优秀
□良好
□中等
□仍需努力
综合评价
□优秀□良好□中等□仍需努力
注：1．评价得分90～100分为优秀（A）；75～89分为良好（B）；60～74分为中等（C）；60分以下为仍需努力（D）。
2．综合得分=互评×30%+自评×30%+教师评×40%。
（二） 课程考核命题建议人工智能课程考核面向全体中小学学生，是对小、初、高各阶段学生人工智能基础知识和基本技能掌握情况的水平考核。课程考核应重视对学生知识、技能和问题解决能力的考查，注重理论联系实际，注重人工智能和社会、经济发展的联系，注重人工智能知识和技能在生产、学习、生活等方面的广泛应用，激发学生学习人工智能的兴趣，促进学科核心素养目标的达成。
课程考核建议应创设多种评价方式，如纸笔测试、上机测试、过程性评价等各占一定的比例，多途径采集学生准确的学习信息。建议纸笔测试占40%、上机测试占40%、过程性评价占20%。
基于学科核心素养测试的试题设计要从学生的认知规律出发，通过创设新的问题情境，在了解、理解、探究、运用等不同能力层次上对学生进行较为全面的考核。在命题指标设计时，除了难度、区分度、信度等常规指标以外，还要考虑情境、知识、素养水平等维度。
在设计试题内容时，要紧紧围绕人工智能课程学科的四个大概念：数据、算法、信息系统、信息社会，试题的设计既要使测试内容富有时代气息，反映社会热点，也要使情境设计贴近学生的生活经验。问题的引出要自然贴切，渗透人工智能综合实践能力的要求；问题解决过程中要突出对重点知识与技能的考查，在情境中考查学生对知识的掌握和对信息技术的理解与应用。在考查学生知识与技能的同时，也应融入对学习过程和方法的考查，判断学生综合应用人工智能技术的能力。
高中人工智能初步课程测试题示例
一、单选题
1.启发式搜索通常比深度优先、广度优先搜索的运算速度更快，原因是启发式搜索能够（ ）。
A．充分发挥并行计算的优势
B．搜索较少的结点
C．充分利用内存比磁盘快的优势
D．提高多核CPU的利用率
2.朴素贝叶斯是一种特殊的贝叶斯分类器，特征变量是X，类别标签是C，它的一个假定是（ ）。
A．各类别的先验概率P(C)是相等的
B．以0为均值，以为标准差的正态分布
C．特征变量X的各个维度是类别条件独立随机变量
D．P(X|C)是高斯分布
3.人工智能应用中，（ ）行为是有违道德规范的。
A．避免伤害他人
B．获取一切能获取的数据
C．尊重知识产权
D．尊重他人的隐私
4.根据是否需要标注数据，机器学习方法可以分为有监督学习和无监督学习。有监督学习中的训练集用于（ ）。
A．定量评价机器学习性能
B．估算模型
C．验证模型
D．定性评价机器学习性能
二、思考题
1.人工智能与计算机程序的联系和区别是什么？
2.某手机购物软件运行的时候，仿佛可以猜中用户的心意，向用户推荐他近期在搜寻的商品。人工智能在为用户提供个性化服务的时候，是否会危及个人的隐私安全？思考这其中是否存在人工智能领域的道德规范问题。
三、情景题
1.假设右图是一张城市公交线路图，任意两个公交换乘站之间如果有连线，表示它们之间存在可以往返的公交线路，连线上的数字表示所相连两个公交换乘站之间的距离。
（1）如果使用深度优先搜索求状态0到状态4的一条路径，我们可以用下表来模拟搜索过程。注意：在表中，节点的深度定义为它对应路径中状态转移的次数，如果多个未访问节点的深度相同，那么在本例中算法优先选择状态编号大的节点。
请仔细观察下表中各项内容的含义，根据深度优先搜索的思路，在下划线处填写适当的内容。
步骤
当前状态
当前未访问节点集合（用上划线标出下一个扩展节点）
1
0
深度1：{0→1，0→2}
2
2
深度1：{0→1}，深度2：
3
找到路径0→2→4
（2）假设图中各个状态到状态4的直线距离如下表所示。
表状态间的直线距离
状态
0
1
2
3
4
距离
22
23
20
14
0
试用A*算法求出状态0到状态4的最优路线。
2.某学校对入学的新生进行性格问卷调查，没有心理学家的参与，根据学生对问题的回答，把学生的性格分成了8个类别。请说明该数据挖掘任务属于分类任务还是聚类任务？为什么？并利用该案例说明聚类分析和分类分析的异同点。
（三） 教材编写建议
教材是课程标准的具体化，直接影响课程标准的落实，是实现课程目标、实施教学的重要资源。中小学人工智能教材的编写，要以社会主义核心价值观为导向，贯彻立德树人的根本任务；要注重人工智能课程特色和学生认知规律，培养学科核心素养，为课程的顺利实施提供保证。
1.教材的编写要依据课程标准，充分体现学科核心素养，重视继承和弘扬中华文化，理解和尊重多元文化；要有助于增强学生的民族自尊心和爱国主义情感，有助于树立正确的世界观、人生观和价值观。人工智能的知识内容更新较快，在编写教材时，要保证科学、客观、准确，使用通俗易懂而又严谨的语言解释学科的核心思想、基本概念和方法，使教材能提供学生未来发展所需要的基础知识和基本技能，达到培养学生科学态度和科学精神的目的。
2.教材要充分反映社会进步和科学技术发展的成果，将能够体现人工智能最新研究成果和发展趋势，以及有独特价值的创新内容、应用和案例写入教材，特别是能反映我国人工智能和智能社会发展新面貌的内容，体现科学性与前瞻性，引导学生了解人工智能的最新发展成果及在生活、学习的作用。
3.编写教材时，要充分考虑学生的身心发展水平和心理接受能力。教材的编写既要充分考虑学生已有的知识和经验，注意与有关课程的衔接（如数学、物理、通用技术等），又要难易适中，以“保证绝大多数学生通过努力就能够掌握”为原则处理好小学、初中、高中和大学的内容关系，避免重复，避免大学内容前置化。
4.教材的内容设计要密切联系实际，结合学生的现实生活和学习实践以及当地的社会发展，适度设置基于真实情境的学习任务、典型案例或研究性项目活动，以引导学生在动手操作、自主探究和解决问题的过程中将“学技术”与“用技术”有效融合，主动理解知识、掌握技能、发展能力。
5.鼓励编写有鲜明特色的教材，在满足课程标准基本要求及适应新型课程结构的基础上，编写出各具特色的教材，以满足不同教师和学生对多样化教材的需求。建议教材编写者在编写教科书的基础上，编写教学参考书和学生课外自主学习材料等，为教师的教学与评价、学生的自主学习提供全方位、立体化的支持。建议教材采用纸介质与电子介质相辅相成的方式，以实现教材形态的多样化，促进教学手段的更新。
人工智能教育如何进校园
不久前，苏州工业园区举行了第七届“吴文俊人工智能科学技术奖”颁奖盛典，当记者问主办方代表“当前人工智能冲击最大的是哪个行业”时，中国工程院院士、中国人工智能学会理事长李德毅毫不犹豫地说，是教育！
2017年7月8日，国务院出台《新一代人工智能发展规划》指出，推动人工智能在教学、管理、资源建设等全流程应用；构建包含智能学习、交互式学习的新型教育体系。由此，在这个新时代，人工智能进学校上升为国家战略。
人工智能正快速进入教育领域
回顾我国人工智能进学校的历程，不难发现，人工智能进学校重要载体应该是智能机器人的编程教育。2001年中国科学技术协会在广州南沙科技馆举办了第一届全国青少年机器人竞赛；2004年教育部和中央电化教育馆也把“电脑机器人”作为竞赛项目列入全国中小学电脑作品制作活动中；2003年起，教育部确定在部分省市试行将机器人教育作为高中选修课，如“通用技术”选修模块的简易机器人制作和“信息技术”选修模块的人工智能初步供学生学习。
但是，在2014年以前，大部分学校只是以课外活动、兴趣小组、培训班等形式开展活动，与全面普及机器人教育还有很大的距离。2015年，我国中小学迎来了“创客元年”，很多学校设立了创客空间，基于智能机器人开展创客教育和STEAM教育。随着2015—2017年世界机器人大会在北京的举办，我国迎来了机器人的春天。
教育部高中信息技术课程标准修订组联席组长、北京师范大学教授黄荣怀指出，关于中小学开设人工智能课程的问题，自从《新一代人工智能发展规划》发布以后，已在《高中信息技术课程标准》的必修模块中增加了人工智能基础知识的内容，并修订了人工智能初步模块。他提出两点建议：一是在中小学，特别是义务教育阶段的机器人教育、创客教育、综合实践及相关比赛中与高中阶段进行调整和对接；二是整合企业和其他社会资源对中小学人工智能教师开展针对性培训。
“人工智能正快速进入教育领域，既是教育改革新工具，也是课程教学新内容。”教育部教育信息化专家组秘书长、华东师范大学教授任友群认为，人工智能对部分现有工种的取代和对新职位的创造将带来人才培养类型、培养内容以及供需等方面的巨大变化，并对深化教育体制改革产生深远影响。
任友群认为，应把人工智能列入必修内容，目标是素养培育，抓手是编程实践。这里要注意几点，一是要从人工智能基础知识教学入手，了解前沿领域发展情况，进行人工智能启蒙教育；二是要让每个学生学会与智能工具打交道，体验日常生活中的人工智能产品；三是要分学段实施不同层次的编程教学，学习用编程解决实际问题，培养计算思维、创新思维等信息时代的基本素养。
人工智能教育要重视伦理价值
中国基础教育质量监测协同创新中心网络平台部主任张生认为，人工智能教育要重视伦理价值取向的设计。人们对人工智能发展的热切关注，很大程度上基于对人类自身的关注。人类是否会被机器人取代？人类会不会成为人工智能的奴隶？其实质是人脑智能与人工智能，或者说人与机器人如何和谐共处的问题。教育不仅承载着改变思维方式的任务，还承载着塑造世界观、价值观的重大任务。人工智能伦理问题应在课程设计与实施中得到充分重视。诸如“自动驾驶车辆在马上要发生事故时，是优先保护路人还是乘客”“如何增加人工智能给人类带来的幸福，同时减少忧虑”此类的问题，将使学生在学科相关的真实问题情境中发展批判性思维，并学会从科学主义和人本主义结合的角度思考和解决问题。
中国教育科学研究院齐媛博士认为，人工智能课程应以儿童计算思维的发展为核心。近年来，“计算思维”已成为教育中的热点词汇，更有组织倡导计算思维是与读写算并列的第四种基本技能。编程语言是计算思维的物质外壳，是理解科技世界的一把钥匙，其实质是一种思考和理解方式。只有掌握这种语言才能与人工智能这种工具更好地沟通。随着技术的发展，编程语言的可接受年龄不断降低，这为人工智能进校园奠定了很好的基础。
记者这几年持续关注广州市教育信息中心“智创空间”创始人王同聚。作为我国最早一批从事智能机器人教育的教师，王同聚是我国人工智能进学校的亲历者。他说：“基于智能机器人开展创客教育和STEAM教育，在各自学校利用信息技术课和校本选修课等形式在学校开设智能机器人编程课程、组建课余活动兴趣小组，在部分年级开展基于智能机器人编程的人工智能普及课程，让人工智能课程进入了中小学生课堂，这是一条值得尝试、能改变传统教育模式的创新之路。”
人工智能对未来学校、教师和学生影响巨大
人工智能是对人的意识、思维的信息过程的模拟。基于人工智能的虚拟现实技术应用，可以让学生沉浸在历史和虚构的世界中，或者探索现实世界中难以融入的环境和科学对象。数字智慧阅读设备也会变得更加智能，将通过人工智能系统提供自动连接到补充信息库以及安置了不同语言的自动翻译系统，帮助学习新知识。
近年来，随着人工智能的崛起，越来越多的高校开设了人工智能专业，培养从事智能科学研究人才。人工智能涉及多个学科交叉领域，除带动本专业的发展外，还影响相关专业的快速发展，如脑科学研究、大数据技术、物联网、虚拟现实技术应用等。未来人工智能的发展不但会取代或变革现有的工作，还会创造很多新型的工作。因此，学校教育必须紧跟时代发展步伐，不断调整学科专业方向与人才培养目标，才能为社会培养更多的创新型人才。
也许到那个人工智能与传统教育的优势紧密结合之时，就是我们新时代教育创新发展“花开满枝”之日。（本报记者黄蔚）
小学人工智能课程探索实践
随着人工智能技术的迅速发展和应用的不断深入，人工智能教育也引起了人们的关注。国务院在2017年印发的《新一代人工智能发展规划》中，明确要建设人工智能学科，培养人工智能领域专业人才；教育部在2018年印发的《教育信息化2.0行动计划》中强调要开展智慧教育创新研究和示范，加强学生信息素养培育，发展人工智能和编程课程。水果湖二小于2019年秋季学期引进人工智能校本课程，设立人工智能学科教研组，在各学科选拔教师作为人工智能学科教师，确立课程建设目标和开设人工智能课程的起始年级。经过三年的建设发展，水果湖二小人工智能学科在不断地探索中求发展，在发展中求创新。通过创新实践，水果湖二小人工智能特色校本课程成效显著。
一、人工智能校本课程建设
作为在小学阶段开设人工智能普及化教学的先行者，在人工智能教学内容的选定、教学计划的设计和教学方法的实施等方面，都面临着许多的困难和挑战。通过近三年的教学探索与实践，在课程建设与实施中取得了一定的实效。
1.开发人工智能校本课程
人工智能课程内容的确定，是开课的必要条件。开课初期，没有小学阶段的人工智能教学大纲指导，也没有相应的经验可以借鉴。学校引入了一部分人工智能教学资源和校外专业培训团队，对学校人工智能组的教师们进行了专业培训。和老师们一起研讨、制定了第一学期的教学提纲，选择了教学内容。为了让老师快速地掌握教学适合本校学情的教学内容，老师们利用一个暑假的时间，将一学期的教学内容进行了针对性的训练，并分课时进行教学内容的备课。有了一个学期校本课程制定和设计的经验，老师们开始探索第二、第三学期的课程开发、优化，逐渐形成了三、四两个年级的人工智能校本课程。
2.创编人工智能校本教材
我校在人工智能校本教材的应用方面，经过了三个阶段的经验积累。第一是在人工智能课程开设初期，引进了校外人工智能教学资源。经过老师的甄选，结合学生的基本情况，确定了一学年的人工智能教学内容与提纲。人工智能教研组几位教师将选择的内容进行整理，形成学校开课初期的教学内容。第二是在开课的过程中，不断地总结、研讨和优化，将教学内容进行二次整理和收集。于开课的第二学年，形成学校的人工智能校本教材。第三是对标国家课程，对教学内容进行再优化处理。
学校于2020年成功申报中央电教馆的小学阶段人工智能实验校，央馆为每所实验校配备了实验教材。学校按照实验校的要求，选用了实验校教材的部分内容进行上课，对原有的校本化教材进行了整合和优化，形成了学校现有的人工智能校本教材。
二、人工智能课堂教学与实践
1.落实常规教学任务
从2019年起，学校将人工智能课程纳入到学生的班级课表中，认真落实每周1课时的教学任务，每学期共20课时。教师的课堂教学标准对标综合实践课程的要求，做到有学期教学计划，每课有教案、课后有教学反思；上课学生做到每课一得，有课堂笔记，有操作实践。使教学任务落到实处。
2.规范课堂教学管理
人工智能课堂参照小学综合实践课堂的形式进行教学，对学生在实验室上课进行规范管理。学生以班级为单位，进行小组管理的模式，每6人为一个小组，每2个人分配一套设备。注重学生的学科素养的培养，培养学生在小组合作学习的环境中，学会合作学习、学会分享学习工具和内容。
3.开展学科教研活动
要想开展好人工智能学科教学活动，必须要抓好教研活动。为了及时总结教学过程，人工智能学科每周一下午定期开展学科教研活动，老师们聚焦上一周的教学内容，认真梳理课后反思，开展研讨活动。对下周的教学内容的知识点进行归纳，每次教研活动都有收获、有进步，切实做到了教研为教学服务。
三、开展人工智能普及课程
在小学开展人工智能课程对学生来说是一件非常有益的事情，图形化的编程界面和卡通化的机器人给学生带来了浓厚的乐趣。以此为出发点，学校开展人工智能课程，是基于普及和普惠两个层面的。
1.采用大班额授课的方式，尽可能的更多地学生受益。了解、学习人工智能知识和技能。
2.学校以三年级为起点，开设人工智能课程。有效的节约了学生、家长的时间和经济成本，让学生在课内完成人工智能知识体系化的学习。
四、人工智能课堂中双师模式探索
人工智能课堂与传统课堂的区别在于学生自主探索的时间更多、更灵活，我校现有三、四年级学生都为大班额班级，每个班的人数均超过50人。这么多的学生同时上课，一位老师根本没有办法完成辅导工作，再加上上课所用到的机器人和平板电脑经常会出现故障，如果不能及时解决，那么一常课下来，学生将学无所获。考虑到这些因素，学校在人工智能开设初期就配备了双师，即两位老师进班上课。在近几年的实践中，取得了一些经验：
1.双师的角色定位
在前几次的教学中，教师和学生都觉得有点奇怪。一是一堂课中两位教师，到底谁是主讲、谁辅导；二是一节课中，出现了两个老师，学生到底听谁的，学生也拿不准。三是经常出现，讲课的老师讲完后，另外一位大声的补充；四是两位老师的站位等一系列问题。
2.双师的角色分工
经过一段时间的磨合，老师和学生形成了一种默契。第一是两位老师的分工更明确了，两位老师轮流主讲，另一位老师做好辅导工作；第二是学生的辅导老师也基本固定了；第三是两位老师在课前对本课的教学内容进行了分工，课堂中配合更默契了。
五、人工智能学生素养提升
1.学生人工智能素养提升
在学校人工智能学科开设初期，人工智能学科设立了学生人工智能普适发展和人工智能特色发展两个目标。首先，基于学生的体验、感知和理解人工智能技术，同时深化人工智能创新教育课程的常态化开展，结合学生人工智能素养发展明确教学目标与评测机制，引导学生学习体系化的人工智能知识。同时，对学生学习的人工智能知识进行评价。学期末，我们采用了学生平时学习情况+期末测查的方式进行。另外，“畅言智AI”是一款可以存储学生学习过程的软件系统，在开学初期，我们为所有学生创建了一个账号，一学期下来，所有的学习内容都可以保存，所以到学期末的时侯可以通过平台查看学生的学习情况。
2.组织人工智能社团活动
在本学年中，为了提升学生的学习兴趣，让学有余力的学生可以找到继续提升的空间，学校面向已开设人工智能课程的班级，择优选拔近30名学生参加社团学习。在学习中，授课老师会根据学生的年龄段分成不同的组别，进行科学的指导，并选拔学生参加湖北省信息素养提升竞赛活动。
六、关注人工智能学科教师发展
人工智能学科的5位老师虽然来自不同学科，但对本学科的学习、研究很深入。在近三年的教学实践中，将个人发展与人工智能学科发展紧密的联系在一起，为学科的发展做出了贡献。同时，也促进了教师个人素养的发展与提升。
1.以研促教，提升学科素养
人工智能是一门新学科，要学习的内容多，知识点杂。通过落实每周一研、每学期集体分工备课、反复修改人工智能校本教材内容，可以提现出人工智能学科教师的认真、扎实的学业精神。教师在这些活动中，不知不觉的掌握了更多地人工智能学科知识和教学方法。
2.反复试教，上好研究课
从教研组成立起，人工智能学科就定好了教师发展规划。其中，在教学方面，要求每学期集中打造1-2节研究课。在短短不到三个学期的时间里，人工智能教研组有位老师都分别执教了一节以上的研究课。教学设计立足教、备、研三个方面，反复研讨、打磨细节，每次课至少上3次以上，确保教学环节精准、科学、合理，学生接受度高，对学习内容兴趣浓厚。
3.承接校外活动，促进教师发展
2020-2021学年，学校分别承接了中央电教馆组织的中小学人工智能教育试点工作（小学阶段）启动暨培训会、“中央电化教育馆人工智能教育实验校”武汉实验校研讨展示课活动，在这两次活动中，人工智能组分别有4位老师执教了人工智能示范课（双师），并进行了开课经验分享。在上展示课、示范课的过程中，全组参与磨课，设计教学环节，有效地促进教师的学科发展。
4.组织教师参加各级各类的比赛
在提升教师教育教学能力的同时，还要培养教师及时总结的能力。故在2019-2021年期间，分别组织教师参加湖北省中小学人工智能教学资源评比和省、市、区级的论文和案例评比。
七、人工智能学科教学实践成果
1.进一步打造人工智能普及课程,根据央馆的国家课程体系创编了校本教材。
2.10月正式获批中央电教馆的小学阶段人工智能实验校（全国33所）。
3.承接了由中央电教馆组织的中小学人工智能教育试点工作（小学阶段）启动暨培训会，刘小杰校长代表学校分享了我校人工智能的建设和开课情况，王涛、汤帆两位老师展示了一节人工智能示范课。活动过程在中央电教馆官方网站进行了专题报道。
4.11月武汉央馆小学人工智能实验校（5所）正式启动，按照央馆的实验校选课要求，我校完成人工智能实验教材内容的选课。在“中央电化教育馆人工智能教育实验校”武汉实验校学习分享会上，我校进行了课题实验计划汇报。
5.组织教师参加湖北省2020年度中小学人工智能教学资源评比，6名老师均获奖。
6.组织教师参加湖北省教育信息化发展中心、武昌区新技术新媒体论文比赛均获奖。
7.2021年3月，我校承办了“中央电化教育馆人工智能教育实验校”武汉实验校的研讨展示课活动，熊勇、董傲文两位老师执教了人工智能课《无人超市》，得到了与会领导的一致好评。当天的活动还得到了楚天都市报的专题报道。
八、下一步发展思考与规划
人工智能学科作为学校最“年轻”的学科，在短短不到三年的发展中，通过对人工智能教学资源的引进来，教学师资培养送出去。在严格对标国家课程标准的基础上，对教学资源进行二次、三次开发。积极探索水果湖二小人工智能教育特色课程教学模式，让普及、普适、普惠课程目标落到实处。在提升教师教学水平的同时，促进学生人工智能素养的培养。人工智能在我校教学实践中，达到了学校预期的目标。下一步学校将聚焦人工智能赋能学科发展，立足学生教学过程评价、分析，学生德育评价等，实现人工智能全面为学校教育教学服务。
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。
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