人工智能教育如何培养未来人才——2023国际人工智能与教育会议观察
“目前在读的中小学生正是10年、20年后劳动力市场的生力军，我们要积极谋划未来教育，让孩子们为人工智能时代的到来做好生活和就业的准备。”在2020国际人工智能与教育会议高级别对话中，教育部党组成员、副部长郑富芝把视角对准了未来教育背景下如何定义和培养智能时代人的核心素养这一议题，而这也是本次会议的一大焦点。
在郑富芝看来，人工智能时代社会需求无疑会发生重大变化，人类的生产方式、生活方式和学习方式都会相应地发生改变。学校教育要关注这些变化趋势，回应新要求，明确未来人才培养目标，突出适应个人终身发展和未来社会发展所需要的正确价值观、必备品格和关键能力的培养。
郑富芝认为，适应智能时代人才培养要求，必须从现在起，着手构建相应课程教材体系，推动教学改革，切实转变学校人才培养方式。这主要包括三个方面：一是基于学生发展核心素养，重构课程体系。适应智能时代各种变化与挑战，必须围绕智能时代对人才各种素养要求重新架构课程，将生活逻辑与学科逻辑有机统一。二是围绕学生发展核心素养，遴选教学材料。从创新型、复合型、应用型人才培养的需要出发，丰富教材种类，增强教材的适应性。三是聚焦学生发展核心素养，改进教学方式。充分利用各种智能设备，将线上学习与线下学习、集中学习与分散学习、课堂学习与场馆学习等多种学习形式结合起来，创造更加适合每一个学生所需的教育。
教育评价事关教育发展方向，评价改革将成为智能时代教育改革的重要命题。对此，郑富芝说，要更新评价理念，创新评价方式，并改进督导评估。“要强化核心素养导向，从学科知识考查转向素养测评，注重考察学生发现、分析并解决现实问题的能力，以及价值观践行情况。强化评价促进学习的理念，将评价嵌入学习过程，为学生成长建立反馈调节机制，帮助学生建立自信。强化多样化评价理念，多把尺子衡量人，鼓励学生探寻并发表自己的看法，克服同质化倾向。”
在高级别对话中，阿联酋教育部部长哈马迪分享了阿联酋的教育数字化转型战略，“该战略不用考虑学生所在的地理位置，就能够很好地为学生提供学习材料和方式，让教育惠及更多学生，以此做到更加包容更加公平的教育”。
在克罗地亚科学和教育部国务秘书弗兰妮卡看来，人工智能能够帮助我们更好制定课程和教材，并进行相应的教学方法创新，进而推动学习和拓宽教育机会。“我们要把人工智能在教育中进行更多的应用，让学生为未来做好更好的准备。”
与其他发展中国家一样，南苏丹和埃塞俄比亚正处于人工智能教育实施的初期。高级别对话中，埃塞俄比亚教育部长莫库里亚介绍，埃塞俄比亚有几万所中学，其中只有少部分学校能够联网，网速非常慢。“在数字转型的过程中，如果没有相应的基础设施，是谈不上人工智能教材的编写和应用的，这是我们面临的主要挑战。”
“人工智能教育是一件不可避免的事情，必须要做而且要尽快去做，尤其是在高等教育方面，我们要加快基础设施开发，加大师资培养力度，让更多人借助人工智能获得高等教育。”南苏丹高等教育、科学和技术部部长昌松说。
在人工智能教育层面，斯洛文尼亚教育科学和体育部部长里布西建议，各国共同开展合作性研究，共同利用好资源，找出更好的解决方案，共同采取更多的战略和行动，甚至包括在开放性教育资源方面推出立法。（本报记者于珍）
人工智能时代如何培养学生能力
・“人工智能与教育”系列报道之四
“未来人工智能环境下的课堂，可能是‘双师型’的课堂，人机交互、人机结合将成为主要形态。一堂课可能由一名教师和一个机器人共同来上，布置和批改作业、知识点训练、监督学习、学习情况的分析等工作可能由机器人来完成。”在日前召开的第四次全国数据驱动教育改进专题研讨会上，北京师范大学中国教育创新研究院院长刘坚这样描述人工智能时代的课堂。
人工智能不能代替学习
面对席卷而来、被称为人类“第二次零点革命”的人工智能浪潮，互联网时代的教育界，也不那么淡定了。“因为人工智能不是信息化的延续，技术对教育的影响，正在由‘革新’发展为‘革命’。”中关村学院学术委员会原负责人吕文清说，“高级阶段的人工智能具有类人脑的学习力和思考力，将来还能进化到自适应学习，在这个意义上，人工智能拓展了人的思维。人工智能改变的，不仅是教育的边界和方式，整个教育样态也将面临重塑。”
不过，科大讯飞教育研究院院长孙曙辉认为，人工智能不能代替人的思维，不能代替学习，技术也改变不了教育的本质。因此，在当前热炒人工智能概念的大背景下，一定要认清技术与教育的关系，搞清楚哪些是教育本身的问题，哪些是技术可以解决的问题。
高阶认知能力的重要性将更加凸显
在人工智能时代，学生应该具备怎样的能力，才能适应社会需求，在竞争中立于不败之地？
教育部副部长杜占元在去年12月召开的2017未来教育大会上提出，在机器能够思考的时代，教育应着重培养学生的5种能力，即自主学习能力、提出问题的能力、人际交往的能力、创新思维的能力及筹划未来的能力。
教育部科技发展中心原主任李志民说，今天我们说知识就是力量，讲的是如何学习、记忆和掌握更多的知识，讲究知识的系统性，而在人工智能时代，知识是开放的，随时随地可查找、可检索，因此，记忆知识以及知识的系统性不再像今天这样重要了，学生更需要学习如何从已有的知识中挖掘出新应用、新知识，通过已有知识学习新知识，与之对应的知识结构或学习过程就是思维的训练。
“低阶认知技能的重要性会下降，如记忆、复述、再现等初级信息加工任务将更多地被机器代替，而高阶认知能力的重要性会更加凸显，如识别问题、逻辑推理、意义建构、精致思考、自我指导能力等。”吕文清认为，人工智能时代应重点培养学生的终身学习素养、计算思维素养、设计思维素养和交互思维素养，培养学生5种能力――高阶认知能力、创新能力、联结能力、意义建构能力和元认知能力。终身学习素养，主要基于人工智能时代需要更强大和持续的学习力，强调学会学习和建构不断演进的知识框架；计算思维素养，主要基于学习和理解人工智能，强化思考的逻辑和精致。现在很火的编程课程，主要是培养计算思维；设计思维素养，主要基于人工智能时代学生执行困难任务，需要关注项目设计、任务设计和路径设计等高层次管理，重点引导学生学会选择、学会决策、学会判断；交互思维素养，主要基于人工智能时代学生交往方式的变化，需要高级信息素养、媒体素养、沟通交流和技术伦理，重点引导学生学会开源共享、参与协商、组建社区等，理解复杂的相互关系。高阶认知能力，强调独立思考、逻辑推理、信息加工等；创新能力，强调好奇心、想象力和创新思维、创新人格等；联结能力，强调学会统筹、组织资源、建立联系，特别是包括人工智能在内的多个空间的联结；意义建构能力，强调社会情感、责任意识和高感性、高概念等要素；元认知能力，强调学习自我认知、自我监控和自我指导。
“我认为，没有什么能力是贴有人工智能时代专属标签的。随着时代的发展，人类已有的知识和经验变得不重要，而培养学生的综合素质、高阶思维、创新能力等，这些要求无论在哪个时代都是需要的、共通的、不会过时的。”孙曙辉说。
未来的学习将更加个性化
未来的学习，在哪儿学、跟谁学、怎么学？原有的概念可能都会被颠覆。教育又该如何作出调整，以适应新的时代要求？吕文清认为，人工智能时代对学生的学习目标、学习内容、能力层级甚至心智模式，都提出了新的需求。在教学上，人工智能时代要以“思维教学”为主线，既强调基于认知能力的信息加工、分析综合、逻辑推理等高阶思维的培养，还要增加和突出计算思维、设计思维和交互思维的培养。具体落点上，要强调概念性知识、方法性知识和价值性知识的教学，要注重教原理、教统筹、教大观点、教元认知等不可替代的知识，也就是高阶认知和高阶学习。
人工智能对于当前的教育，不只是颠覆和冲击，也会带来促进和改良。李志民说，人工智能时代的教育管理，无论是宏观层面还是微观层面，都更容易做到精细化，对教师的评价会更加全面而科学；可以根据每个学生的智力程度和思维习惯以及学习方式进行教学，实现真正的个性化学习和因材施教。
据了解，目前许多中小学已开设编程、3D打印技术等与人工智能相关的课程，学生学习兴趣特别浓厚。一些学校还以社团和选修课的形式推进机器人、智能汽车、计算机编程等课程的开设与完善，提升学生信息化素养，促进学科知识融合。
人工智能时代，学生获得知识及能力、素养的提升途径无疑会更多元，其中互联网发挥的作用会更大。而人工智能的应用，会让教师从机械重复的工作中解放出来，去做更有价值的工作。孙曙辉认为，在中小学开设编程等人工智能相关课程，有助于训练学生的思维方式，但主要意义在于普及相关科学知识，并不能帮助学生“赢在起跑线”。目前，很多所谓人工智能的应用，包括一些针对职业人群的人工智能培训，都是炒作概念的“伪人工智能”，人工智能在短期内尚难发展到较为高级的阶段。当前市场上已经出现针对中小学生的打着“人工智能”旗号的相关培训班，家长完全没必要怕“掉队”，在现阶段，保持清醒的头脑，不盲目跟风至关重要。（记者汪瑞林）
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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。
人工智能时代学生如何学习
韩国围棋世界冠军李世石被人工智能打败后，很多人开始担心，人类如何抗衡人工智能。诺贝尔文学奖获得者莫言在回答高中生的提问“人工智能对世界的影响”时，幽默地说：“你们要好好学习，未来还是你们的，不是机器人的。”
“学习”的确是人们面对人工智能首先要采取的姿态。
人工智能等数字科技重塑人脑
“在计算机擅长的领域中，人类绞尽脑汁来战胜人工智能是不明智的。与其在这个领域中和机器较劲，不如把精力放在自己擅长的领域，比如创造与想象。充分发挥自己的专长，并且利用好机器的专长，岂不是更加美好？”华东师范大学教授祝智庭说。
德国波鸿市鲁尔大学的一项研究表明，大脑在学习新东西以后的3个小时内便会改变结构。人工智能支持的个性学习、协同学习、体验学习和探究学习等学习方式，对脑结构的改变会更加明显。特别是人工智能支持的深度体验与探究学习，会多方面深度激活不同脑神经区域，也就是说人类的大脑正不断地被智能科技重新塑造。
“当人工智能帮助人类处理规则确定性、动作机械性、过程重复性的日常事务后，人们将会有更多的时间和精力去处理富有情感性和创造性的活动。”祝智庭说。
那么，被人工智能重塑的大脑应该学习什么以迎接新生活呢？
“在人工智能时代，在更‘黑’的‘黑科技’时代，人怎么活着、为什么学习、怎样学习等，才是更本质的问题。”北京景山学校计算机教师吴俊杰说。新的时代，又重复起古老的命题，认识你自己，认识个人与社会的关系，即认识群体。
清华大学数学系教授、清华大学附中校长王殿军认为，在学校引入人工智能，让孩子通过研究机器人更好地理解智能和人类自身，让孩子学会如何和机器人打交道。
“从‘认识你自己’出发，学生要学会提高自我效能感。否则，在人工智能时代，你很容易被机器‘饲养’起来。所以要把自己的天赋发挥出来，在不断的正反馈中，创新成瘾。”吴俊杰说，“从‘认识群体’出发，学生要学会适应和热爱群体化创新。在人工智能时代，特别需要通过群体化方式去共同解决一些问题。”
人工智能时代需转换学习方式
我国“863超脑计划”在开发高考机器人，期望到2020年能够达到清华、北大考生的水平。在祝智庭看来，这是随着人工智能深度学习技术的发展，教育技术正在出现的第六种范式——机器自主学习。其他5种范式包括计算机辅助教学、智能教学系统、Logo-as-Latin（让儿童用LOGO语言来教计算机，以此发展儿童思维能力）、计算机支持的协作学习（CSCL）和新出现的个性化适性学习。
“到了那时，人们才会清醒地意识到，既然基于算法的机器人能够轻易超越人的逻辑思维能力，教育为什么不让学生转向审辩思维、创造思维发展呢？高考为什么不多用一些面向本真问题解决的综合能力测试题呢？这是技术促进教育变革的真正意义所在。”祝智庭说。
清华大学附小五年级的穆子雯最近在老师指导下完成了一项北京地铁空间中PM2.5及PM10的调查研究，起因是重度雾霾使她连续3天都要戴口罩。2017年7月至10月，她选择西直门、西单等7个典型车站，测试晴天、雾霾、大风和下雨等典型天气下的PM2.5和PM10的数值，积累了数百组、上千个数据，对地铁公司提出了绿色出行的建议。像穆子雯这样的学习方式，正是在人工智能背景下比较典型的学习方式。
吴俊杰认为，按照现代学习理论，根据学习中智能匹配的不同方式，可以分为基于问题的学习、基于项目的学习和基于产品的学习三种形式。
“基于问题的学习，倾向于产生知识。它适合所有学校已知的科目，主要是在校园里解决的。基于项目的学习产生的是一个方案，一定要有甲方、乙方，可以超越校园，更加接近真实生活。还有一种新的学习模式叫基于产品的学习，这种学习更倾向于真实的环境，从使用产品到设计产品，甚至将产品转化成全人类的共同财富。基于产品的学习在现在流行的创客教育中慢慢流行开来，教育不仅引导大家适应现在的生活，而且号召我们主动构建未来的生活。”
人工智能创造新的学习文化
在北京景山学校初一年级的计算机课上，学生李雨嘉演示了自己编程设计的爱心卡，按下爱心卡的一个按键，可以显示自己的名字；按两下，可以显示好朋友的名字；按三下，可以显示一颗爱心。
这样的编程看似简单，却是未来社会常见的甚至是必需的技能，编程语言可能成为人类必须掌握的新语言。“人工智能时代，需要掀起一场‘新识字运动’，所有人都要学会重新学会‘写字’，这场运动的主角是编程、创客、机器人。”吴俊杰说。只有这样，人工智能才会为人类开创一种新的文明形态。
这是迥异于传统语言文字的“语言”，代表着学习形态的变化，代表着一种新的学习文化。
南京大学教授桑新民自20世纪90年代就开始在课堂教学中研究信息时代学习理论与技术，他认为人工智能对教育的价值，正在于不断替代师生的低水平重复性教学活动，让课堂充满生命活力。这种对教育的挑战，恰恰是教育的福音和教育的未来。
这种新的学习文化，具有丰富的内涵。在祝智庭看来，人工智能使得学习者可以在任何时间、任何地点通过多种渠道接入学习，获取知识不再局限于学校教育阶段。此外，人工智能使得认知不仅发生在头脑中，还发生在人与智能工具的交互过程中。在教育关系方面，人工智能打破了教育的知识传播平衡，加强了“以学生为中心”的关系。而虚拟导师、虚拟学伴、虚拟团队、虚拟教练、虚拟班友等，是对人脑智能的延伸、强化和补充，改变了以往学习主体之间、学习主体与环境之间的交互作用，改变了学习生态。“但是无论如何变化，教育发展的总趋向是让学生从学会到会学与会创。”祝智庭说。
在这种新的学习文化中，教师也变了一个样。未来，教师不可能被人工智能所取代。但祝智庭认为，教师角色必须转变，从知识传播者变为学习促进者；教师的能力结构也必须改变，不懂技术的教师将被懂技术的教师所替代；人与机器之间必须合理分工、协同工作。
“君子不器。不要把自己变成一个物品，变成一个工具，变成一个只有一样功能的人。人工智能时代帮助教师变成智者。”吴俊杰说。
学生也同样如此。（本报记者杨桂青）
人工智能何以促进未来教育发展
原标题：人工智能何以促进未来教育发展自工业革命以来，人类社会的发展总是在技术与教育的角逐互动中前行。技术作为推动人类历史发展的核心推进力，与教育这一“人力资本发动机”竞相成为推动经济社会发展的主力。人工智能作为第四次工业革命的显著标签，其飞速发展正在逐步塑造社会、经济、生活等领域的业务新形态，也不断带来颠覆性、丰富性、创新性的新业态。面对人工智能技术对整个社会发展的刺激，教育如何发展，成为值得思考的重要问题。
人工智能凸显创新人才发展挑战
作为引发第四次科技革命的核心技术，人工智能促进社会经济和科技的指数级发展，对人力资本的质量与供给产生了新的需求，人工智能与人力资源之间的相互依存关系产生了前所未有的张力，教育的超前性更是受到前所未有的挑战。第一，知识增长的指数发展使得未来人才需要哪些方面的准备具有极大的不确定性。第二，智力劳动者比重增加，创新人才成为时代发展的刚需。人工智能技术与生产过程的深度融合，会极大压缩生产领域的从业者需求，特别是那些人工智能胜出的领域。第三，人工智能技术的兴起引发高技术产业、新兴产业、新型服务行业更广阔的发展空间，从而使得创新型人才、复合型人才、高技术人才等在劳动力结构中需求激增。人工智能技术无法取代的创造性、灵活性、人文性等能力将成为智能化时代人才竞争的关键。教育肩负培养创新人才、为未来人才提前布局的使命。回溯历史，我们可以得到的经验是，只有教育领先于技术的发展步伐，为技术推进的社会提前做好人力资源的布局，社会的发展才有后劲。因此，在人工智能推进社会更飞速发展的今天，必须回答好什么样的教育才能承载提前布局人力资源的使命，以应对未知社会的人才挑战这一问题。
人工智能催生新的知识生产方式
在人工智能的影响下，人类知识生产加剧变化，知识增量呈现指数级态势。教育的传承性发展将不再局限于知识的传授与继承，而强调知识创造与创新，人工智能的介入更是催生了新的知识生产方式。其一，人工智能强大的知识发现能力缩短了知识生产周期。随着深度学习、强化学习等新的机器学习算法的发展，人工智能除了可以加快知识的生产、访问和利用，还可以从数据中提取隐含的、未知的、潜在的、有用的信息（知识），从而扩展知识创造的能力。其二，人机协同的智能模式扩大了知识创造的机会与可能性。人工智能技术不仅促进人的群智协同创新，而且可以实现人类与人工智能代理协同，后者所具有的超强计算能力，可以极大加速知识生产，催生知识的众创，以及人机协同知识创新。人工智能催生的新的知识生产方式对教育的挑战是，教育不再局限于知识传承，而更是知识的创新。未来学校教育必须教会学生如何与人工智能技术协同合作，呵护学习者“能学”，以及高度重视学生辨析知识能力的培养，召唤学习者“会学”，促进学习者在人机交互中实现知识更新与创造。
人工智能变革学习方式带来创造力与活力释放可能
人工智能已经引发了诸多领域与行业的深刻变革，对教育的系统性变革更是呼之欲出，为学习方式的变革带来了可能。首先，人工智能技术带来规模化教育的个性化可能。人工智能构建的智慧学习环境不仅创造灵活的学习空间，还能感知学习情境、识别学生特征，为学生提供个性学习支持。其次，人工智能技术带来标准化教育下的适应性可能。人工智能通过动态学习诊断、反馈与资源推荐的自适应学习机制，可以适应学生动态变化的学习需求，从而打破标准化的教育限制，释放出学生的创造力与活力。最后，人工智能改善结构化的授导方式，释放教师的创造力与教学活力而专注于人性化的学习设计。教师烦琐重复性的工作能够被智能机器所替代，智能分析技术能为教师精准定位学生的学习问题与需求，教师的角色将转向更加优秀的学习设计师，专注于“如何让学生学好”，注重培养学生的能力和思维，将更多时间用于学习活动设计以及与学生的个性化互动交流，为学生提供个性化学习支持服务。人工智能的发展以及与教育教学的深度融合，给教育的改革创新带来了更多选择，教育需要发挥技术的赋能、增能、使能优势满足教育的功用性追求，也要坚守教育的育人初心和使命传递人文性价值，以学生的成长发展为前提探索可以实践的学习方式、学习设计，通过人工智能释放出教育的更大活力。
人工智能引发领域与行业变革催生教育生态升级
人工智能对其他领域与行业的变革影响也会延伸到教育领域，因为教育是关乎社会发展全局的事业。一方面，人工智能所发挥的增强、替代、改善、变革等作用，突出体现在对社会生产和生活各个领域所产生的行业重塑作用，以及对人力的释放。另一方面，这些重塑作用和人力的释放，引发了社会领域与行业的变革，促使了社会人才需求的转向；而教育是社会人才资源输出的重要领地，需要为此作出有力回应，从而催生教育生态升级。人工智能加速了教育深化改革的进程，推动了系统内部的更新再造。数字技术已经对教师学生、课程、教学方式、学习体验、评价、管理等教育要素产生了深刻影响，并通过逐步的再造教育流程，变革着教育生态。而人工智能则在进一步加速这一过程，以一种颠覆性创新的态势，拓展系统内各要素的内涵，改善和延展系统内部关系，重塑教育系统功能与形态。人工智能拓展了教育边界，助推未来学校建设。未来学校将借助技术的力量，把校外学习场所（如科技馆、博物馆）和线上学习场所都纳入“学校”的范畴，整合社会各领域的教育资源，形成一种全新的育人环境。同时，数字孪生等新技术促进现实空间与虚拟空间的交互融合，通过创建人、物、环境数字孪生体，实现物理空间与数字空间的双向映射、动态交互和实时连接。对教育系统内部的升级改造以及空间资源的拓展，能够使其更好地与社会领域衔接，更好地提供适应未来生活和工作的创新人才成长场所。
人工智能关乎强国战略目标实现
教育应服务于国家战略布局，为抢占人工智能发展先机，构筑先发优势；为国际竞争、社会发展输出创新人才，支持科学技术的自主研发。当前，世界各国纷纷把发展人工智能上升到国家战略的高度，以抢占新一轮科技革命的机遇高点以及全球竞争中的主动权。《新一代人工智能发展规划》提出我国要“成为世界主要人工智能创新中心”的战略目标，全局部署了经济、教育、科技、社会发展和国家安全等重要方面。教育强国战略是科教兴国战略、人才强国战略和创新驱动发展战略等重要战略的逻辑起点，人工智能对教育的人才培养能力提出更高要求。近年来，世界各国在发展人工智能的同时也面临巨大挑战，如创新人才问题、高新技术自主可控问题等。人工智能的国际竞争本质是人才的较量，这需要教育从战略层面予以回应。因此，教育在战略上起引领作用，就要既充分发挥智能技术优势推动教育生态系统升级，又谋篇布局为国家发展提供人才支撑。立足技术与教育在角逐中互为塑造的视角，对人工智能促进未来教育发展的探索，更需要在战略上把握先机，通过教育为社会各领域输出创新人才，支撑社会各领域转型升级以及人工智能等高新科技的创新发展，为强国战略注入持续活力与能量。
教育在与技术的角逐中共同推动社会的发展。教育具有超前性、人文性、传承性、战略性及生态性等特点。在人工智能技术的指数式发展面前，教育的超前性变得难以维系；需要慢工出细活的人文性与满足社会用人需求的工具性之间呈现时空拉锯和矛盾；对人类知识的传承则变身为历史传承、人际共创以及人机共创的多重特征。随着人工智能技术推动的发展加速，教育的发展战略、前瞻性谋划，是一个时不我待、任重道远的重要课题。
（作者：顾小清，系国家社科基金重大项目“人工智能促进未来教育发展研究”首席专家、华东师范大学教育信息技术学系教授）
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校企合作共编教材，助力人工智能人才培养
当前，世界各国纷纷围绕新一代人工智能技术及产业发展进行前瞻布局，并将人工智能技术作为未来的战略主导。
根据《人工智能产业人才发展报告（2019-2020）年》数据显示，中国人工智能产业中，有效人才缺口达30万人，且特定技术方向和岗位人才供需失衡的比例尤为突出。人工智能产业发展与人才供需之间存在鸿沟，如何快速培养人工智能人才？
高校肩负人工智能人才培养重任
高校是人才培养的摇篮，也是科技成果重要的孵化器。能否把握住当前人工智能快速发展的机遇，在高校建立起完善的人工智能人才培养体系，对人工智能科技成果进行孵化，将极大地影响我国人工智能未来发展的广度和高度。
为了更好地实现人工智能领域人才教育的培养，2018年4月，教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》，鼓励高校对照国家和区域产业需求布点人工智能相关专业，设立相关二级学科或交叉学科，以积极推动科教融合、产教融合协同育人的模式创新。
教材体系是人才培养的重要基石
教材是知识传播的主要载体、教学的根本依据、人才培养的重要基石。
2018年3月，国家新一代人工智能战略咨询委员会联合高等教育出版社组织成立了“新一代人工智能系列教材”编委会，致力于完善人工智能领域的人才培养体系及加强教材建设。
“新一代人工智能系列教材”包含人工智能基础理论、算法模型、技术系统、硬件芯片、伦理安全以及“智能+”学科交叉等方面的内容，教材涵盖内容完整，多样化的内容各具优势，不仅可以有效衔接前沿技术，还可以实现技术的交叉融合。在教学方面，该系列教材将采取在线开放共享课程的模式，有效促进优秀教材的资源共享。
校企合作出版教材，培养高质量人工智能人才
如何让教材发挥更大作用，培养出既具备深厚的专业理论基础，又具有面向未来产业发展职业素养及实践能力的人工智能人才？编委会认为，校企合作是最佳选择。高校有基础理论和教学资源，企业有应用场景和技术实践，发挥校企合作的优势编写教材，将有助于构筑产教融合的人才培养体系，培养高质量的人工智能人才。为此，2019年，“新一代人工智能系列教材”编委会与华为在人工智能教材方面开始进行深入合作。
双方基于“新一代人工智能系列教材”框架，共同策划了一套基于华为云与昇腾技术的新一代人工智能实践系列教材，包括《机器学习》《深度学习技术原理与应用》《计算机视觉理论与实践》《语音信息处理理论与实践》《自然语言处理理论与实践》《人工智能芯片编译技术与实践》《跨媒体移动应用理论与实践》及《智能驾驶技术与实践》等九本教材。
该系列教材采用“1+1+1”的编写方式，由高校知名教授、华为资深技术专家、高等教育出版社共同承担，发挥三方在教育学术界、ICT产业界和教材出版界的优势，理论与实践融合，编撰真正面向未来技术演进与行业发展的系列人工智能教材，并打造相应的精品MOOC课程。截至2020年年底，该系列全套九本书已陆续完稿，开始进入出版阶段。
此系列教材不仅适合普通高校人工智能专业的实践教学，同时也适合重点大学人工智能创新创业课程，有力推动了高校在人工智能专业的教学改革和课程体系建设。
此外，为构建更为良好的人工智能生态系统，促进优秀资源的共建共享，编委会与包括华为在内的多家技术龙头企业共同搭建并发布了新一代人工智能科教平台——智海。未来，该平台将以“人工智能，教育先行；产学协作，引领创新”为理念，促进高等院校与企业之间的合作，通过共建实训资源，推进“人工智能+X”的技术创新转化及与行业的融合落地，打通从人工智能理论知识到行业解决方案，再到智能产品落地的全流程，构建起相对完善的人工智能生态。
“凡贵通者，贵其能用之也。”目前，中国正在逐步形成一个由政府、企业、高等院校有机联合、共同营造的人工智能人才生态系统。“新一代人工智能系列教材”连接生态、赋能教育，将加快我国构建人工智能人才高地的建设步伐。（作者系高等教育出版社工科事业部主任张龙、工科事业部计算机分社社长韩飞）