鐘柏昌　李惠乾

當(dāng)前，中小學(xué)人工智能課程主要依托信息科技課、機器人與創(chuàng)客教育社團等方式開展。一直以來上述課程在內(nèi)容設(shè)計上存在交叉重合，導(dǎo)致人工智能教育的泛化。隨著新一代人工智能技術(shù)和教育平臺的豐富，人工智能課程應(yīng)當(dāng)與時俱進，把學(xué)生利用人工智能技術(shù)解決真實問題的完整過程，并由此理解人工智能技術(shù)的本質(zhì)，作為人工智能教育的底色，體現(xiàn)人工智能課程的獨特教育價值和魅力，真正促進學(xué)生人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)。令人高興的是，我們在中國科協(xié)青少年科技中心、中國青少年科技教育工作者協(xié)會等單位共同主辦的2023 年全國青少年人工智能創(chuàng)新實踐交流展示會上，看到了一批（共17 個）具有代表性的人工智能創(chuàng)新教學(xué)案例，為中小學(xué)人工智能課程的健康發(fā)展帶來了諸多啟示。圖1 顯示了這17 個案例的所屬學(xué)段、內(nèi)容主題、人工智能技術(shù)類型和教學(xué)方式的分布關(guān)系，表明教師能夠面向多種主題場景，采用多類人工智能技術(shù)開展多元化的教學(xué)探索。本文將基于這些獲獎案例的亮點與不足，探討教師應(yīng)當(dāng)如何在教學(xué)中擦亮人工智能教育的底色。

問題情境：體現(xiàn)人工智能技術(shù)優(yōu)勢

如同新課標(biāo)倡導(dǎo)真實性學(xué)習(xí)一樣，讓學(xué)生經(jīng)歷利用人工智能解決真實問題的完整過程也是新一代人工智能教育的核心要義。為此，問題情境的有效設(shè)計是重要前提。好的問題情境能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，促進學(xué)生知識建構(gòu)；而不當(dāng)?shù)膯栴}情境，雖能產(chǎn)生課堂互動，卻難以喚醒學(xué)生的問題意識，甚至走向解決偽問題的歧途。當(dāng)前中小學(xué)人工智能教學(xué)多以問題或項目驅(qū)動，教師在提出問題時能夠考慮到人工智能技術(shù)應(yīng)用的情境性、價值性與可行性，但對為何采用人工智能技術(shù)而不是其他信息技術(shù)解決這一問題，缺少說明或者分析不到位。

在“人工智能預(yù)測出行”案例中，教師通過3 個學(xué)習(xí)任務(wù)引入項目主題：任務(wù)1，思考如何緩解學(xué)校門口交通擁堵現(xiàn)象；任務(wù)2，探析學(xué)生的出行方式及其影響因素；任務(wù)3，通過案例分析對比傳統(tǒng)方法和人工智能技術(shù)在預(yù)測學(xué)生出行方面的差異，分析人工智能技術(shù)的優(yōu)勢?；诖?，教師布置了“出行預(yù)測小助手”的設(shè)計與制作任務(wù)?？傮w而言，該問題情境緊扣真實問題解決，注重發(fā)揮人工智能技術(shù)的優(yōu)勢，有較好的參考價值。

在初中案例“中藥茶飲智能識別搭配小助手”中，教師創(chuàng)設(shè)了這樣的問題情境：首先指出許多學(xué)生在秋天出現(xiàn)咳嗽、咳痰等癥狀時，家長會用菊花、金銀花、枸杞等中藥給學(xué)生泡中藥茶飲以緩解癥狀；接著教師提問學(xué)生自己在家想泡中藥茶飲又不知從何入手時應(yīng)該怎么辦；最后教師引出驅(qū)動性問題“如何利用人工智能技術(shù)幫助我們認識家中的中藥并根據(jù)藥性搭配茶飲？”看上去，這一問題的提出自然順暢，且利用人工智能技術(shù)搭配中藥茶飲也頗有新意，難能可貴。但也值得商榷，因為這個問題的核心是如何自動識別中藥的品類，那是否必須利用人工智能技術(shù)？一方面，家里購買的適用于泡制茶飲的中藥一般是常見品類，不僅種類有限，也較容易識別；另一方面，購買的家用中藥一般都有中藥名稱和藥性說明，或者經(jīng)過簡單的網(wǎng)絡(luò)檢索也能獲得相關(guān)信息。如是，利用人工智能技術(shù)解決問題的必要性不足，無法讓學(xué)生真正體會人工智能的優(yōu)勢。如若教師將問題情境的重點設(shè)在茶飲搭配的效率和準(zhǔn)確度上，引導(dǎo)學(xué)生對比探析利用傳統(tǒng)方法與人工智能技術(shù)搭配茶飲的差異，便可能讓學(xué)生充分體會到人工智能的優(yōu)勢。

筆者曾撰文指出，技術(shù)應(yīng)用要尊重現(xiàn)實生活中的真實需求和解決問題的現(xiàn)實路徑，不能為用技術(shù)而虛設(shè)情境[1]。為此，教師在設(shè)計人工智能教學(xué)的問題情境時，需要真實體現(xiàn)人工智能技術(shù)的優(yōu)勢，引導(dǎo)學(xué)生批判性看待與選用人工智能技術(shù)，而不僅是停留于“能用則用”，或者片面求新、求異。

教學(xué)目標(biāo)：聚焦人工智能素養(yǎng)培養(yǎng)

相較于傳統(tǒng)的編程教育、機器人教育和創(chuàng)客教育，人工智能教育需要采用新的實踐平臺和創(chuàng)作工具。與此同時，人工智能素養(yǎng)培養(yǎng)成為中小學(xué)人工智能教學(xué)的出發(fā)點和最終旨歸。作為教學(xué)的指南針，人工智能課程教學(xué)應(yīng)當(dāng)以素養(yǎng)為導(dǎo)向，緊密圍繞學(xué)生人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)設(shè)計學(xué)習(xí)活動。反之，如果教學(xué)目標(biāo)停留于工具使用和技能訓(xùn)練，就難以塑造學(xué)生的人工智能認知和思維，甚至混淆新一代人工智能技術(shù)和傳統(tǒng)信息技術(shù)的本質(zhì)區(qū)別。

以往的教學(xué)案例大多從三維目標(biāo)角度，或是圍繞信息科技／信息技術(shù)課程的四大核心素養(yǎng)設(shè)定教學(xué)目標(biāo)。雖然這兩種方式都有其合理性，但均不利于深入揭示人工智能素養(yǎng)的核心要素。如何在教學(xué)目標(biāo)中體現(xiàn)人工智能素養(yǎng)的核心要素呢？“嬰兒情緒識別系統(tǒng)”案例作出了有益的嘗試。在該案例中，教師參照《中小學(xué)人工智能課程指南》中的中小學(xué)人工智能核心素養(yǎng)[2]，以嬰兒情緒的智能識別為內(nèi)容主線，將智能意識、智能思維、智能應(yīng)用與創(chuàng)造、智能社會責(zé)任4 個要素融入教學(xué)目標(biāo)中。

通過本課程的學(xué)習(xí)，學(xué)生將初步具備如下人工智能素養(yǎng)：

了解人工智能對社會發(fā)展的作用，具有主動解決問題、掌握核心技術(shù)的意識（智能意識）

針對待解決的問題，能夠?qū)⑵浞纸鉃槿舾尚∪蝿?wù)，合理設(shè)計相關(guān)算法（比如表情或哭聲檢測）并通過編程實現(xiàn)（智能思維）

能描述典型圖像分類算法的實現(xiàn)過程，學(xué)會訓(xùn)練和優(yōu)化圖像分類模型，并能根據(jù)實際需要配置適當(dāng)?shù)沫h(huán)境、參數(shù)及自然交互方式等（智能思維）

了解特定領(lǐng)域（如機器學(xué)習(xí)）人工智能應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具和開發(fā)平臺，通過搭建簡單的人工智能應(yīng)用模塊，親歷設(shè)計與實現(xiàn)簡單智能系統(tǒng)的基本過程與方法（智能應(yīng)用與創(chuàng)造）

認識算法對解決問題的重要性，懂得合理的使用和保護嬰兒的人臉和聲音等隱私數(shù)據(jù)，知道發(fā)展人工智能應(yīng)遵循的倫理、道德、安全問題，合理地與人工智能開展互動（智能社會責(zé)任）

總體而言，以上5 個教學(xué)目標(biāo)指向清晰，綜合表現(xiàn)了學(xué)生在人工智能學(xué)習(xí)過程中形成的知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀，并凸顯了項目式學(xué)習(xí)在體系化塑造學(xué)生人工智能素養(yǎng)方面的優(yōu)勢。當(dāng)然，盡管教師已有意識地增強了語言表達的規(guī)范性，但仍然存在模糊的表述，不利于理解、測量與評價。例如“了解人工智能對社會發(fā)展的作用，具有主動解決問題、掌握核心技術(shù)的意識”可修改為“能舉例描述人工智能對社會發(fā)展的作用，并說出主動解決問題、掌握核心技術(shù)的必要性和重要意義”；而“了解特定領(lǐng)域（如機器學(xué)習(xí)）人工智能應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具和開發(fā)平臺”可修改為“能列出2 ～ 3 個常見的人工智能應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)工具和平臺”。

此外，還有兩種情況值得教師留意。一是在教學(xué)目標(biāo)中將人工智能平臺操作、制作人工智能數(shù)據(jù)集、開發(fā)人工智能科技創(chuàng)新作品等具體目標(biāo)與人工智能素養(yǎng)目標(biāo)并列呈現(xiàn)，表明教師尚未準(zhǔn)確把握人工智能素養(yǎng)的內(nèi)涵及構(gòu)成要素，割裂了工具使用與素養(yǎng)提升之間的有機關(guān)系。二是在教學(xué)目標(biāo)中同時列出信息科技核心素養(yǎng)目標(biāo)和生物核心素養(yǎng)目標(biāo)，卻沒有具體描述人工智能素養(yǎng)目標(biāo)。面向真實問題解決的人工智能課程教學(xué)，必然涉及多學(xué)科領(lǐng)域知識，但主次要分清，人工智能本身的內(nèi)容應(yīng)該是第一位的。

項目設(shè)計：彰顯人工智能內(nèi)在本質(zhì)

項目式學(xué)習(xí)以其開放性、靈活性和生成性特點，已成為當(dāng)前主流的人工智能教學(xué)模式之一。大多數(shù)教師在設(shè)計學(xué)習(xí)方案時，能夠體現(xiàn)項目式學(xué)習(xí)的主要環(huán)節(jié)（需求分析、方案設(shè)計、作品實現(xiàn)與測試、作品分享與評價），同時注重“教—學(xué)—評”一體化的要求。在內(nèi)容選擇與任務(wù)設(shè)計方面，教師也能夠區(qū)分新一代人工智能教育與傳統(tǒng)創(chuàng)客教育、機器人教育的區(qū)別，在項目任務(wù)中突出了數(shù)據(jù)集制作、模型訓(xùn)練、模型推理、模型部署與應(yīng)用等知識的學(xué)習(xí)，彰顯了人工智能模擬人類智能處理任務(wù)的本質(zhì)。

例如在前述“中藥茶飲智能識別搭配小助手”案例中，教師將學(xué)習(xí)項目劃分為9 個模塊：①初識人工智能；②分析問題，設(shè)計方案；③制作數(shù)據(jù)集；④訓(xùn)練分類模型；⑤探究提升模型準(zhǔn)確性的方法；⑥優(yōu)化模型并推理測試；⑦人工智能多模態(tài)部署；⑧項目優(yōu)化與迭代；⑨項目分享、評價與拓展。可見該案例非常重視學(xué)生經(jīng)歷數(shù)據(jù)集制作、模型訓(xùn)練、模型推理、模型部署與應(yīng)用的完整過程，有利于學(xué)生在解決問題的過程中理解人工智能的本質(zhì)。然而，我們發(fā)現(xiàn)在小學(xué)和高中項目案例中同樣能找到相似的學(xué)習(xí)內(nèi)容和相同的技術(shù)工具。例如小學(xué)案例“校園路口‘小交警”的主要內(nèi)容也是學(xué)習(xí)圖像分類、人工智能數(shù)據(jù)集制作、人工智能模型推理與訓(xùn)練、人工智能應(yīng)用部署等。再如高中案例“神農(nóng)百草”將學(xué)習(xí)項目分為圖像分類、數(shù)據(jù)集制作、模型訓(xùn)練與推理、模型轉(zhuǎn)換與應(yīng)用部署測試、硬件設(shè)計及項目應(yīng)用部署等環(huán)節(jié)。在不同的學(xué)段采取同樣的學(xué)習(xí)內(nèi)容和技術(shù)工具，就單個案例而言是合理的，但就整個人工智能教育體系而言顯然存在明顯的重復(fù)式學(xué)習(xí)，乃至某種形式的千篇一律。

人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)是一個復(fù)雜抽象的過程，人工智能教育需要循序漸進、層層深入，以保障素養(yǎng)培育的針對性和有效性。筆者曾撰文提出6 層人工智能教育進階模型，從低階到高階分別為人工智能功能體驗、人工智能模型理解、人工智能模型應(yīng)用、人工智能模型綜合、人工智能要素重組和人工智能算法創(chuàng)新[3]。其中前5 層面向中小學(xué)生，第6 層面向高校學(xué)生。教師可根據(jù)學(xué)生的認知發(fā)展水平狀況和具體的問題情境特點，采用不同抽象程度的人工智能創(chuàng)作工具，分層分類設(shè)計學(xué)習(xí)項目，引導(dǎo)學(xué)生在解決問題的過程中逐層探索人工智能的技術(shù)思想。

教學(xué)實施：保障人工智能教學(xué)條件

相較于傳統(tǒng)科目，人工智能教學(xué)需要具備良好的人工智能軟硬件資源和穩(wěn)定流暢的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，且對師生的專業(yè)知識儲備和數(shù)字素養(yǎng)要求較高。當(dāng)前，多數(shù)教師能夠成功地將項目計劃付諸實踐，并引導(dǎo)學(xué)生進行有效探索。例如在“智能植物考察之旅”案例中，教師為學(xué)生提供了平板電腦、“生動科學(xué)”增強現(xiàn)實軟件、掌控板、土壤濕度傳感器、攝像頭和圖像分類模塊等軟硬件資源，并輔以學(xué)習(xí)任務(wù)單，指導(dǎo)學(xué)生對植物考察旅途中遇到的植物進行智能識別，并模擬種子的萌芽和生長過程。而“用人工智能設(shè)計‘劇本殺”案例則指導(dǎo)學(xué)生利用“商量SenseChat”“秒畫SenseTime”等生成式人工智能（AIGC）工具進行文本和圖像創(chuàng)作，帶領(lǐng)學(xué)生解鎖“人機共創(chuàng)”的新玩法。

然而由于缺乏必要的條件，部分案例停留于構(gòu)想與模擬階段，還有一部分案例雖然能夠勉強實施，但淺層化教學(xué)現(xiàn)象比較突出，甚至出現(xiàn)“爛尾工程”。在“生活中的果物識別”案例中，教師在總結(jié)首輪實施效果時指出，由于學(xué)習(xí)項目對學(xué)生的實踐能力要求較高，部分學(xué)生僅能依照教程完成示例任務(wù)，難以較好地結(jié)合生活實際創(chuàng)作新的人工智能作品，且由于缺乏課時，學(xué)生未能完成硬件部署任務(wù)。又如“人工智能預(yù)測出行”案例指出，教學(xué)實施中遇到服務(wù)器訪問量限制，導(dǎo)致部分學(xué)生無法登錄平臺進行學(xué)習(xí)體驗。為此，我們特別建議教師一方面要積極爭取學(xué)校的支持，另一方面要做到因時、因課、因人制宜，在實際條件范圍內(nèi)設(shè)計具有可行性的學(xué)習(xí)任務(wù)。

教學(xué)評價：開展有依據(jù)的學(xué)習(xí)評價

教學(xué)評價是檢驗教學(xué)目標(biāo)達成情況的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也是實現(xiàn)“教—學(xué)—評”一體化的應(yīng)然要求。人工智能教學(xué)強調(diào)“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，獲取學(xué)生學(xué)習(xí)過程中的“證據(jù)”，開展證據(jù)導(dǎo)向的素養(yǎng)評價是人工智能教學(xué)評價的重點[4]。

除個別案例外，大多數(shù)教學(xué)案例都設(shè)置了學(xué)習(xí)評價任務(wù)模塊，體現(xiàn)出該教師對人工智能教學(xué)評價的重視。在評價內(nèi)容方面，教師設(shè)計了作品評價、學(xué)習(xí)過程評價和人工智能素養(yǎng)評價。在評價方式方面，教師積極開展學(xué)生自評、互評及教師評價的多元主體評價，并將過程性評價與總結(jié)性評價相結(jié)合，充分發(fā)揮評價對人工智能教學(xué)的導(dǎo)向功能。然而，在評價依據(jù)方面，大多數(shù)教師沒有說明評價依據(jù)來源，評價量表的設(shè)計較為主觀。筆者曾撰文構(gòu)建了人工智能素養(yǎng)評價指標(biāo)體系，包括人工智能知識、人工智能情感和人工智能思維3 個一級指標(biāo)，以及若干個二級指標(biāo)和三級指標(biāo)[5]，可供教師參考借鑒。

參考文獻

[1] 鐘柏昌．有效教學(xué)的幾條原則與案例點評[J]．中國信息技術(shù)教育，2013，（Z1）：50-54．

[2] 江波．中小學(xué)人工智能課程指南[J]．華東師范大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），2023，41（03）：121-134．

[3] 鐘柏昌．如何通達新一代人工智能教育的核心[J]．中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2023（11）：1．

[4] 鐘柏昌，詹澤慧．人工智能教育的頂層設(shè)計：共識、差異與問題——基于4 套標(biāo)準(zhǔn)文件的內(nèi)容分析[J]．現(xiàn)代遠程教育研究，2022，34（04）：29-40．

[5] 鐘柏昌，劉曉凡，楊明歡．何謂人工智能素養(yǎng)：本質(zhì)、構(gòu)成與評價體系[J]．華東師范大學(xué)學(xué)報（教育科學(xué)版），2024，42（01）：71-84．