丁婧

摘要：人工智能作為信息科技領(lǐng)域的重大戰(zhàn)略性技術(shù)，可通過信息科技教材實現(xiàn)課程獨特的時代育人價值。信息科技教材中由應(yīng)用系統(tǒng)體驗遞進、機器計算與人工計算異同遞進、倫理與安全挑戰(zhàn)遞進構(gòu)成了人工智能邏輯主線設(shè)計立體框架。在教材使用中，教師應(yīng)實現(xiàn)課堂從技術(shù)向科技的轉(zhuǎn)變，理清“教材項目活動線—學(xué)科知識線—學(xué)生認(rèn)知線”后形成自己的教學(xué)邏輯線，并運用工程理念開展人工智能項目學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：信息科技課程；人工智能；教材設(shè)計

中圖分類號：G43 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-9094（2024）03-0073-07

伴隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，人工智能作為信息科技領(lǐng)域的核心驅(qū)動力，正深刻改變著人們的生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)方式，推動人類社會邁向新的發(fā)展階段。生成式人工智能的橫空出世與快速迭代，更讓技術(shù)從執(zhí)行走向創(chuàng)意，人機共智帶來了新機遇、新挑戰(zhàn)。中小學(xué)信息科技課程承擔(dān)著培育學(xué)生數(shù)字素養(yǎng)與技能的關(guān)鍵任務(wù)，人工智能教育是其中不可或缺的一環(huán)。2022年，教育部頒布的《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱《課標(biāo)》）中明確指出，“人工智能”是義務(wù)教育階段信息科技學(xué)科的邏輯主線之一。這一定位凸顯了人工智能在課程中的核心地位，彰顯了它對學(xué)生個體發(fā)展、社會進步和國家競爭力提升的重要意義。這是對“為誰培養(yǎng)人，培養(yǎng)什么人，怎么培養(yǎng)人”的有力回應(yīng)，體現(xiàn)出信息科技課程的獨特時代價值。教材作為課程實施的基礎(chǔ)和關(guān)鍵資源，其設(shè)計與實施的成效直接關(guān)系到教育目標(biāo)的實現(xiàn)。因此，信息科技教材的編寫必須以科學(xué)的知識觀為基石，依托先進教育教學(xué)理論，緊密結(jié)合時代發(fā)展，重視人工智能主線的設(shè)計與實施。

一、人工智能在課程中的核心地位與內(nèi)在邏輯

《課標(biāo)》依據(jù)核心素養(yǎng)和學(xué)段目標(biāo)、根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知特點，設(shè)置了六條邏輯主線、九個內(nèi)容模塊，從而形成立體、豐富的課程內(nèi)容體系。人工智能既是六條邏輯主線之一，也是內(nèi)容模塊之一“人工智能與智慧社會”中的關(guān)鍵詞。作為模塊的人工智能主要體現(xiàn)于部分年級中，而作為邏輯主線的人工智能則貫穿整義務(wù)教育階段。

課程的六條邏輯主線不僅是課程內(nèi)容的循序漸進和螺旋式上升的框架，各主線內(nèi)也呈現(xiàn)出自身的遞進與螺旋式上升。人工智能邏輯主線的三個認(rèn)知層級是：應(yīng)用系統(tǒng)體驗—機器計算與人工計算的異同—倫理與安全挑戰(zhàn)[1]12。三個層次在認(rèn)知遞進的同時涵蓋動作技能領(lǐng)域與情感領(lǐng)域。應(yīng)用系統(tǒng)體驗的認(rèn)知層次相對較低，以人工智能具象和抽象的辨識、初步了解為主，體驗的同時形成情感領(lǐng)域的接受、認(rèn)可、贊同等正面感受。機器計算與人工計算的異同是信息科技核心科學(xué)原理，涵蓋多個認(rèn)知層次。從課程學(xué)段目標(biāo)可知，目標(biāo)為理解原理與方法，應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)造性地進行問題解決。內(nèi)化原理過程中的技能學(xué)習(xí)涵蓋動作技能領(lǐng)域的模仿、獨立操作、遷移等不同層次。倫理與安全挑戰(zhàn)要求學(xué)生在理性、深刻地認(rèn)識人工智能的本質(zhì)價值后作出有說服力的判斷，是認(rèn)知層級中的最高級。同時兼具的情感領(lǐng)域目標(biāo)與應(yīng)用系統(tǒng)體驗的情感領(lǐng)域目標(biāo)明顯形成層次差異，穩(wěn)定這個價值觀念是本層次的教育目標(biāo)，即能夠建立穩(wěn)定的個人安全觀與國家安全觀，并對無定論的倫理問題有思辨能力。

二、教材中人工智能主線的設(shè)計

人工智能作為邏輯主線設(shè)計決定其在整個義務(wù)教育階段的貫穿設(shè)計。教材應(yīng)通過三個認(rèn)知層面間及各層次內(nèi)的多次螺旋上升，形成符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展特點的人工智能邏輯主線設(shè)計框架。

根據(jù)皮亞杰的兒童發(fā)展階段理論，3～9年級的學(xué)生正處于具體運算階段和形式運算階段。3年級的學(xué)生處于具體運算階段，以感性體驗為主；4～5年級的學(xué)生處于由具體運算向形式運算過渡的階段，可以初步涉及人機異同的原理和安全倫理的感受；6～8年級學(xué)生的形式運算能力有所增強，可進行人工智能技術(shù)、原理、系統(tǒng)的進一步研究，對安全問題進行相對深入的探討；9年級的學(xué)生形式運算能力相對比較成熟，體驗層次應(yīng)上升，對原理的理解可加深，倫理認(rèn)知更加嚴(yán)謹(jǐn)深入。綜合《課標(biāo)》要求和學(xué)生認(rèn)知特點，教材可形成如圖1所示的人工智能邏輯主線設(shè)計框架：

（一）應(yīng)用系統(tǒng)體驗的遞進設(shè)計

體驗是一種既包括理性反思又包括感性體驗的學(xué)習(xí)方式，人工智能應(yīng)用系統(tǒng)的體驗既應(yīng)包括學(xué)習(xí)目標(biāo)、內(nèi)容、過程有差異的認(rèn)知體驗式、情感體驗式、行為體驗式三類體驗[2]12，也應(yīng)涵蓋感官體驗、反思性體驗和高峰體驗[3]三個層級的體驗?？傮w而言，各類體驗的分布特點是1～3年級偏感官體驗、情感體驗，4～8年級三類三層體驗兼具，直至9年級回歸情感體驗的同時升華至高峰體驗。

1.人工智能應(yīng)用情感體驗

基于學(xué)生認(rèn)知發(fā)展，1～3年級可定位于讓學(xué)生站在用戶角度體驗與人工智能的交互，對人工智能場景、應(yīng)用、系統(tǒng)進行經(jīng)歷和嘗試，在感官體驗層面產(chǎn)生對人工智能應(yīng)用效果的接受、認(rèn)可與贊賞，產(chǎn)生積極感受。尤其是AIGC（生成式人工智能）技術(shù)產(chǎn)生后，教材可設(shè)計創(chuàng)意繪畫等活動，使學(xué)生產(chǎn)生強烈的正面感受。

2.人工智能技術(shù)行為體驗

在感官體驗基礎(chǔ)上，4年級起可設(shè)計反思性體驗，以《課標(biāo)》強調(diào)的實驗形式開展人工智能技術(shù)行為體驗。在實際操作、結(jié)果反思、修正行為的循環(huán)中，人工智能的使用技能得到提升，以工程設(shè)計型實驗幫助學(xué)生實現(xiàn)從用戶身份向開發(fā)者身份的切換。在初中階段的行為體驗中，可進一步強化學(xué)生的開發(fā)者身份。在教材實驗設(shè)計中強化實驗的規(guī)范性、嚴(yán)謹(jǐn)性，作為實驗對象的系統(tǒng)的復(fù)雜性也可進一步增加，如從小學(xué)階段的智能臺燈系統(tǒng)上升到初中的智能路燈控制系統(tǒng)，學(xué)生通過體驗及反思，習(xí)得人工智能技術(shù)與具體技能。

3.人工智能原理認(rèn)知體驗

人工智能原理認(rèn)知體驗的設(shè)計可始于人工智能技術(shù)基礎(chǔ)上的“數(shù)據(jù)”“算法”。從計算機的數(shù)據(jù)編碼、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)分析到AIGC的數(shù)據(jù)預(yù)測，從身邊的算法到計算機的算法，從算法的描述到算法的程序驗證，從算法的三種基本控制結(jié)構(gòu)到機器學(xué)習(xí)算法，都是人工智能底層技術(shù)，教材可設(shè)計系列體驗性欄目形成遞進體驗。從初中階段開始，年級關(guān)鍵詞更為復(fù)雜與抽象，體驗設(shè)計應(yīng)在前期感官體驗的基礎(chǔ)上向原理邁進。如低年級已體驗過的圖片搜索、智能推送等可用于分析其背后支撐的人工智能技術(shù)，使學(xué)生從感受走向反思，形成抽象概念并遷移到新情境中檢驗。至9年級時，在已打下客戶端交互體驗、核心技術(shù)基礎(chǔ)、硬件軟件基礎(chǔ)、方法論基礎(chǔ)的學(xué)情下，學(xué)生可進行復(fù)雜的人工智能系統(tǒng)性原理認(rèn)知體驗，例如通過體驗中國研發(fā)的圍棋AI“絕藝”感受人工智能系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)、算法、算力。

4.智慧社會情感體驗

情感體驗從1～3年級的應(yīng)用情感體驗起步，貫穿整個義務(wù)教育階段，到義務(wù)教育結(jié)束時應(yīng)讓學(xué)生在情感上升華至高峰體驗，即從自然科學(xué)領(lǐng)域的人工智能體驗轉(zhuǎn)向社會科學(xué)領(lǐng)域的智慧社會的情感體驗。在智慧社會高峰體驗中，自我實現(xiàn)的“我”應(yīng)被分為“小我”和“大我”?！靶∥摇奔磳W(xué)生自己，大我即讓學(xué)生有強烈歸屬感的國家。此時的情感體驗設(shè)計要注重兩點：體驗情境要典型，要具有足夠的情緒、情感的沖擊力；要通過集體討論或?qū)懜邢氲确绞揭龑?dǎo)學(xué)生對情感經(jīng)歷進行評價反思，促進情緒信息的編碼和記憶[2]13。

在反思設(shè)計上，工程項目中方案論證、工程實現(xiàn)環(huán)節(jié)的交流討論都可以促進學(xué)生深入地評價與反思，案例分析類體驗中強調(diào)的集體討論與歸納，都是促進學(xué)生反思的有效設(shè)計。

在情境選擇上，對于“小我”，智慧校園系統(tǒng)、無人駕駛系統(tǒng)等對于初中學(xué)生而言有認(rèn)知難度的系統(tǒng)，在教材精心搭建的支架下成功運行的沖擊力，可使學(xué)生達(dá)到精神上自我實現(xiàn)的滿足。在“大我”方面，我國在人工智能領(lǐng)域雖起步較晚，但近年來已逐步進入全球領(lǐng)先行列，在眾多領(lǐng)域的亮眼成果與創(chuàng)新值得學(xué)生敬畏和自豪。國產(chǎn)人工智能案例的選擇應(yīng)落實于各年級教材之中。在設(shè)計活動時，選用國產(chǎn)人工智能開放平臺和人工智能設(shè)備、元器件，可以讓學(xué)生直觀感受到我國人工智能產(chǎn)品的強大功能。在案例分析中，全國一體化算力網(wǎng)、“東數(shù)西算”等材料的選擇使學(xué)生感知我國在國家層面對人工智能的宏觀戰(zhàn)略規(guī)劃，明白國家的人才需求；“絕藝”的亮眼成績、洋山港的高度智能化無人管理、農(nóng)業(yè)無人機惠及全球、智慧雄安的建設(shè)，無一不令學(xué)生內(nèi)心的自豪感油然而生，從而樹立今后投身報國的遠(yuǎn)大理想。

（二）機器計算與人工計算異同的遞進設(shè)計

人機計算異同涉及信息科技中最本質(zhì)的科學(xué)原理。人工智能是研究、開發(fā)用于模擬人腦的理論、方法技術(shù)的領(lǐng)域，這一點決定了對人工智能的研究起始于對人類意識、人腦智慧、人工計算的研究與遷移應(yīng)用，邏輯運算是兩者之間最基礎(chǔ)的共同點。至于差異，除人腦計算與人工智能計算的差異之外，還可細(xì)分為人工計算到計算機計算的進階、傳統(tǒng)計算機計算到人工智能計算的進階、人工智能計算到AIGC計算的進階等多次跨越式發(fā)展中的計算差異。教材應(yīng)將引發(fā)這些飛躍的底層科學(xué)技術(shù)元素進行拆分，按學(xué)生認(rèn)知水平特點分布于各年級，并將機器計算與人工計算的相同之處貫穿其中。

1.用戶體驗的異同

1～3年級教材不應(yīng)涉及技術(shù)原理，學(xué)生主要以用戶身份體驗人工智能帶來的交互體驗的差異。以信息搜索為例，人工計算時代的報紙資料摘抄、網(wǎng)絡(luò)時代的搜索引擎、人工智能時代的聽歌識曲、拍圖識物，效率效果形成明顯差異。

2.技術(shù)基礎(chǔ)的異同

4～5年級的關(guān)鍵詞“數(shù)據(jù)、算法”是人工智能的技術(shù)基礎(chǔ)，其技術(shù)發(fā)展相對清晰、具象，可外顯化。教材可梳理并清晰呈現(xiàn)這些技術(shù)本身的發(fā)展脈絡(luò)，比較不同階段的異同。

數(shù)據(jù)技術(shù)方面，從人工處理數(shù)據(jù)到計算機處理數(shù)據(jù)，從使用計算機表格數(shù)據(jù)統(tǒng)計到大數(shù)據(jù)顯示規(guī)律預(yù)測未來，從人工智能可以對文章形成詞云圖到AIGC成為運用學(xué)習(xí)用戶行為數(shù)據(jù)不斷改進功能的個人助手，技術(shù)智能化差異清晰，數(shù)據(jù)處理效果差異明顯。教材活動設(shè)計要讓學(xué)生認(rèn)識到，無論使用哪種方式進行數(shù)據(jù)處理，都遵循大致相同的處理過程；只是大數(shù)據(jù)處理可能會新產(chǎn)生數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)集成等細(xì)化環(huán)節(jié)；到了AIGC，機器學(xué)習(xí)模型不僅可以進行數(shù)據(jù)處理，還可以創(chuàng)建一個與訓(xùn)練數(shù)據(jù)相似的輸出，從而實現(xiàn)創(chuàng)意創(chuàng)作。

算法技術(shù)方面，對算法兩類執(zhí)行主體（人、計算機）的實例區(qū)分與共性探討，是對人工計算與機器計算的算法共性的揭示。如在交通控制系統(tǒng)中，無論行人的過街算法還是信號燈控制算法，共性是都由三種基本控制結(jié)構(gòu)組成。傳統(tǒng)信息技術(shù)教材往往止步于三種基本結(jié)構(gòu)以及學(xué)生能力可及的編程，這些算法與人工智能算法之間依然存在巨大鴻溝，讓學(xué)生無法在兩者之間產(chǎn)生直接關(guān)聯(lián)。信息科技教材需要將經(jīng)典算法繼續(xù)向人工智能算法延伸，如搜索引擎中的排名算法、機器學(xué)習(xí)的算法等。人工智能的算法具有復(fù)雜性，需要教材降級設(shè)計的難度以適應(yīng)學(xué)生的認(rèn)知水平。如算法層面以游戲、紙筆演算等活動模擬抽象的排名算法分析與描述；程序?qū)用嬉詤?shù)調(diào)整、程序運行替代程序編寫，以模塊、函數(shù)調(diào)用避免人工智能程序黑盒的分析等。

3.控制方法的異同

各種人工智能應(yīng)用的本質(zhì)是系統(tǒng)，這是教材“過程與控制”部分需要首先解決的概念問題，而對系統(tǒng)進行控制的方式的變化，本質(zhì)是從人工控制到智能化控制的進步。例如從樹木的自然生長、人工修剪果樹防治蟲害，到現(xiàn)代農(nóng)場中的自動種植、自動采摘系列實例，共性皆為對系統(tǒng)的過程與控制，差異在于體現(xiàn)出了幾種雖無法明確邊界但效果差異明顯的控制方式：自然控制、人為控制，以及人工控制中的人工控制、自動控制、智能控制。這些系統(tǒng)具有同樣的“輸入—計算—輸出”三環(huán)節(jié)，遵循著同樣的控制、反饋原理，但隨著智能程度的提升，控制力度的增強，對世界改造能力的增強，展示出智能控制對人類發(fā)展的積極作用。

4.運行基礎(chǔ)環(huán)境的異同

不同的計算方式對于運行環(huán)境的需求差異巨大?；ヂ?lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)兩個關(guān)鍵詞，都是人工智能得以實現(xiàn)的環(huán)境支撐，也是人工智能發(fā)揮作用的場域。從飛鴿傳書到互聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)使人工計算變成計算機計算，這一過程顯而易見?；ヂ?lián)網(wǎng)的普及和升級帶來的分布式計算可能性使算力極大提升，眾多人工智能應(yīng)用才得以成為現(xiàn)實，教材可設(shè)計國家天文科學(xué)數(shù)據(jù)中心星系的迷宮全民科學(xué)項目等實例供學(xué)生體驗。從人人相連的互聯(lián)網(wǎng)到萬物互聯(lián)的物聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)規(guī)模得以爆發(fā)式增長，人工智能系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制與反饋也有了穩(wěn)定的實現(xiàn)環(huán)境，教材可設(shè)計基于物聯(lián)網(wǎng)及人工智能開放平臺的實驗和工程項目。

5.人工智能迭代中的異同

人工智能技術(shù)并非一帆風(fēng)順，自身發(fā)展經(jīng)歷數(shù)次浪潮，每次浪潮帶來了哪些新的技術(shù)？尤其是全球正在經(jīng)歷的AIGC這一變革，目前在一線教學(xué)中的引入大多限于應(yīng)用層面，但教材設(shè)計應(yīng)揭示其背后數(shù)據(jù)、算力、算法等底層技術(shù)要素的變化。尤其在初中高年級系統(tǒng)性的人工智能內(nèi)容中，應(yīng)主動彌補《課標(biāo)》出臺時AIGC尚未展現(xiàn)鋒芒而產(chǎn)生的文件無明確要求的情況，使教材體現(xiàn)人工智能最新進展背后的技術(shù)演進。

（三）倫理與安全挑戰(zhàn)的遞進設(shè)計

倫理與安全的問題伴生于信息社會的所有行為中，并因信息科技原理、技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新而不斷有新問題涌現(xiàn)。教材正視其存在是第一步，認(rèn)識其產(chǎn)生原因是第二步，最終落實于個人應(yīng)該如何應(yīng)對，站在智慧社會的角度又該如何看待與規(guī)范。

1.感受人工智能倫理與安全要求

低年級在讓學(xué)生體驗在線學(xué)習(xí)與生活更便捷、更高效的同時，必須讓學(xué)生對數(shù)字身份的信用價值有感性認(rèn)識。教材可設(shè)計讓學(xué)生在密碼設(shè)置實踐、二維碼可信度討論、安全Wi-Fi信號選擇等活動中學(xué)會簡單地保護自己信息安全的方法，在網(wǎng)絡(luò)社交與現(xiàn)實社交的對照中形成網(wǎng)絡(luò)社交禮儀規(guī)范的意識。感性的感受應(yīng)隨著原理、技術(shù)的展開在多個年級教材中圍繞不同關(guān)鍵詞展開，并進行強化和補充，如對數(shù)據(jù)安全的感受、算法偏見下的用戶界面差異等。

2.理解人工智能倫理安全規(guī)范背后的技術(shù)

人工智能倫理與安全問題的出現(xiàn)，與大數(shù)據(jù)、算力、算法、硬件等密切相關(guān)。數(shù)據(jù)安全得不到保障、算法存在缺陷、算力無法滿足必需的大數(shù)據(jù)處理時，都會導(dǎo)致安全問題的產(chǎn)生。但同時，它們又是保護人工智能環(huán)境安全、幫助維護人工智能環(huán)境中正確倫理觀的有力工具。數(shù)據(jù)活動的各個環(huán)節(jié)，都有可能產(chǎn)生數(shù)據(jù)安全問題，但加密算法讓數(shù)據(jù)的安全得到了保障。算法在受知識產(chǎn)權(quán)保護的同時，反過來又成為保護知識產(chǎn)權(quán)的有力武器。無人駕駛不僅存在安全風(fēng)險，更有類似電車難題的倫理困境需要直面。這類不斷造成認(rèn)知沖突的活動體驗在不同年級教材中出現(xiàn)、回顧與上升，可以將技術(shù)與倫理安全這一對看似無關(guān)的概念關(guān)聯(lián)在一起并建立起緊密的內(nèi)在聯(lián)系。

3.建立正確的人工智能倫理與安全觀念

安全觀的價值判斷取向較為明顯，此類討論可從低年級起一直伴隨著教材對各個技術(shù)點的逐一展開而逐漸豐富，最終在9年級形成相對全面的人工智能安全觀。

在人工智能時代，不僅個人層面的安全觀念需要樹立，意義更為重大的是自主可控技術(shù)帶來的國家層面的安全。自主可控技術(shù)包括知識產(chǎn)權(quán)、技術(shù)能力、自主發(fā)展、國產(chǎn)化四個方面，國產(chǎn)操作系統(tǒng)、國產(chǎn)衛(wèi)星系統(tǒng)、天網(wǎng)系統(tǒng)、高鐵系統(tǒng)等，對這些自主可控案例的分析是有助于形成維護國家層面安全觀念的有效情感體驗類設(shè)計。學(xué)生從低年級討論單技術(shù)維度的自主可控上升至初中討論自主可控生態(tài)體系，可對自主可控形成較為全面的感受和理解。

倫理觀念的形成需要有更理性、更高階的思維，因此人工智能倫理的內(nèi)容可主要設(shè)置在9年級。從經(jīng)典的阿西莫夫機器人三定律的幾無爭議，到現(xiàn)在類似電車難題的無人駕駛算法已開始出現(xiàn)倫理沖擊；從當(dāng)下網(wǎng)絡(luò)中的算法偏見，到今后AIGC普及后機器創(chuàng)作的作品是否具有版權(quán)等新問題，在社會尚未形成普遍共識的情況下，學(xué)生在開放性討論中經(jīng)歷反思，是在為未來擔(dān)任智慧社會的角色打好價值觀基礎(chǔ)。

4.形成和諧的人工智能倫理關(guān)系

智慧社會已經(jīng)到來，學(xué)生需要認(rèn)真思考在與人工智能全面共存的社會中，如何和諧生活，以人機和諧達(dá)到智慧社會的高效運轉(zhuǎn)和人類的持續(xù)發(fā)展。尤其在AIGC普遍應(yīng)用后，智慧社會中的人機將以全新的方式合理協(xié)作。從人機協(xié)同再到人機共智，如何發(fā)揮各自優(yōu)勢形成和諧人機關(guān)系，目前暫無定論，但這是作為未來智慧社會建設(shè)者的學(xué)生們必然面對的倫理問題，在教材中應(yīng)為其開放性討論提供空間。

三、應(yīng)用教材的若干建議

教材是將課程標(biāo)準(zhǔn)落實于課堂教學(xué)的中間橋梁與輔助資源，教師的合理實施是教材設(shè)計理念在課堂的顯性呈現(xiàn)。但信息科技教師群體如何將教材中的人工智能主線理想呈現(xiàn)，可能暫時還面臨認(rèn)知與實踐方面的困惑或困境，包括：學(xué)科性質(zhì)上從技術(shù)向科技的理念轉(zhuǎn)變，專業(yè)知識上人工智能專業(yè)知識的學(xué)習(xí)需求，教學(xué)方式上從單課時活動式、任務(wù)式為主向大單元教學(xué)設(shè)計的轉(zhuǎn)變等。因此，在教材使用中應(yīng)抓住以下三個要點。

（一）實現(xiàn)課堂從技術(shù)向科技的轉(zhuǎn)變

貫徹《課標(biāo)》精神的信息科技教材會遵循“從信息科技實踐應(yīng)用出發(fā)，注重幫助學(xué)生理解基本概念和基本原理”[1]2的理念，教師應(yīng)緊抓課標(biāo)這一要求，在課堂上實現(xiàn)從技術(shù)向科技的轉(zhuǎn)變。

教材以實踐應(yīng)用為顯性項目承載，體現(xiàn)“科”的基本概念和基本原理的同時，必然伴隨著“技”的推進，三者的關(guān)系是：以項目為載體，以技術(shù)為手段和過程性目標(biāo)，以概念原理掌握為終結(jié)性目標(biāo)。但慣性沿襲下的教師容易出現(xiàn)關(guān)注教材中技術(shù)點而對原理概念脈絡(luò)無意識忽略的傾向。教師應(yīng)首先主動學(xué)習(xí)課程中“科”的學(xué)科專業(yè)知識，并在教材理解、教材實施中重視揭示技術(shù)背后的科學(xué)概念、科學(xué)原理。例如教材中智能跟隨機器人系統(tǒng)設(shè)計的項目，承載有反饋、干擾、優(yōu)化等概念，硬件搭建、軟件編程等技術(shù)內(nèi)容。在教材使用前，教師應(yīng)有意識地學(xué)習(xí)系統(tǒng)論、控制論中有關(guān)反饋、干擾、優(yōu)化等專業(yè)知識；在教學(xué)中，教師要擺脫以機器人技術(shù)實現(xiàn)為目的的傳統(tǒng)信息技術(shù)學(xué)習(xí)目標(biāo)指向，轉(zhuǎn)向引導(dǎo)學(xué)生看透和理解自動跟隨技術(shù)的背后是負(fù)反饋的作用，跟隨效果不理想的原因是內(nèi)部外部干擾因素的存在，并借助系統(tǒng)優(yōu)化思想迭代形成更穩(wěn)定的智能跟隨方案。

（二）理清“教材項目活動線－學(xué)科知識線－學(xué)生認(rèn)知線”交織設(shè)計中的教學(xué)邏輯線

項目式大單元理念下設(shè)計的教材，單純學(xué)科知識主線的設(shè)計方式已被項目活動推進明線的呈現(xiàn)形式取代。但教材以科學(xué)的知識觀作為內(nèi)容依據(jù)的原則不會變化，單元項目由學(xué)科大概念統(tǒng)領(lǐng)的設(shè)計原則決定了教材依然有科學(xué)、系統(tǒng)的知識結(jié)構(gòu)，只是成為與活動明線同步推進的暗線。而項目活動的推進與學(xué)科知識的遞進，背后是教材編者研究學(xué)生發(fā)展與認(rèn)知規(guī)律發(fā)展特點而設(shè)置的學(xué)生學(xué)習(xí)邏輯線，即以上三條邏輯線共同螺旋推進構(gòu)成教材內(nèi)容框架。因此教師在借助教材實施教學(xué)中，應(yīng)做到：梳理項目設(shè)計中的學(xué)科大概念統(tǒng)領(lǐng)下的概念體系，理清作為暗線的學(xué)科知識線，在教材基于學(xué)生共性認(rèn)知邏輯設(shè)計的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)情設(shè)計教學(xué)邏輯線。例如花盆澆水系統(tǒng)設(shè)計制作的單元中，明線是澆水系統(tǒng)通過不斷功能升級能滿足客戶不斷提出的新要求，暗線則是圍繞系統(tǒng)中的量展開的開關(guān)量、連續(xù)量、閾值、邏輯運算的學(xué)科知識線遞進。6年級學(xué)生對項目需求遞進的可共情性和從開關(guān)量到連續(xù)量，再到兩者轉(zhuǎn)換的從簡至繁的認(rèn)知邏輯，是單元設(shè)計的基礎(chǔ)。學(xué)情較好時，教師可適當(dāng)弱化開關(guān)量的內(nèi)容，在情境中就簡單邏輯運算展開更深入的任務(wù)設(shè)計。

在學(xué)科大概念固定、教學(xué)邏輯確認(rèn)的前提下，教師應(yīng)從教教材走向用教材教，單元項目活動推進邏輯可借鑒但具體情境可調(diào)整，學(xué)科大概念需強調(diào)但具象概念、知識可依項目需求酌情增減。如將上述花盆澆水系統(tǒng)改為智能農(nóng)植園、自動風(fēng)扇等，情境有所改變但三條邏輯線主體不變。另外，人工智能的技術(shù)發(fā)展日新月異，應(yīng)用案例層出不窮，因此教師應(yīng)在認(rèn)真學(xué)習(xí)人工智能科技專業(yè)知識的基礎(chǔ)上將適應(yīng)學(xué)情的最新案例設(shè)計到教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生認(rèn)知特點適當(dāng)剖析應(yīng)用背后的技術(shù)與科學(xué)原理，展示我國人工智能科技最新成果，彌補教材先天時效性的不足。

（三）以工程教育理念開展人工智能項目學(xué)習(xí)

《課標(biāo)》在課程性質(zhì)中明確指出，課程主要研究的是信息及應(yīng)用中的“科學(xué)原理、思維方法、處理過程和工程實現(xiàn)”[1]1。工程實現(xiàn)是在科學(xué)發(fā)現(xiàn)、技術(shù)實現(xiàn)的基礎(chǔ)上綜合社會、藝術(shù)等眾多因素向真實世界的靠攏。人工智能系統(tǒng)作為與人類互動、共存的人造系統(tǒng)借由工程得以形成，因此在江蘇等省的教材設(shè)計中，人工智能項目的體例設(shè)計中已經(jīng)融入工程教育理念。在教材實施中，教師需要運用工程教育理念進行人工智能項目教學(xué)，以體現(xiàn)和彰顯教材設(shè)計意圖，讓信息科技人才培養(yǎng)服務(wù)于國家智能制造戰(zhàn)略。

基于工程教育理念的項目式教學(xué)，始于工程決策、歷經(jīng)工程設(shè)計和工程實施，終于工程評價，其間貫穿著眾多非技術(shù)性的比較權(quán)衡、折中妥協(xié)等社會化處理，需要在教學(xué)實施中系統(tǒng)設(shè)計與強化引導(dǎo)。比如設(shè)計實現(xiàn)一款老人使用的定時系統(tǒng)，其需求分析需要從技術(shù)領(lǐng)域的“定時器”轉(zhuǎn)移到作為具體用戶即那位老人對定時器的特定需求，而這個需求基于該位老人具體的生活習(xí)慣、審美偏好等。老人的高功能需求與“工程師”——初中生的開發(fā)能力之間存在差距，如何在時間有限、專業(yè)能力有限、物資有限的情況下權(quán)衡選取可實現(xiàn)的最關(guān)鍵功能，如何兼具硬件的實用與外形的美觀等，都是異于傳統(tǒng)技術(shù)型項目的考慮范疇。工程理念指導(dǎo)下的項目設(shè)計實現(xiàn)了讓學(xué)生真正像人工智能工程師那樣進行思考。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[M].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[2]龐維國.論體驗式學(xué)習(xí)[J].全球教育展望，2011（6）.

[3]易虹.體驗式教學(xué)及其在小學(xué)的運用[D].武漢：華中師范大學(xué)，2014：11.

責(zé)任編輯：趙赟