低齡兒童人工智能啟蒙教育框架和實(shí)施途徑

柴陽(yáng)麗 杜華

[摘? ?要] 未來智能社會(huì)的公民，需要具備與社會(huì)相適應(yīng)的智能素養(yǎng)。當(dāng)前有關(guān)低齡兒童人工智能教育缺乏系統(tǒng)深入的研究，為了培養(yǎng)未來社會(huì)有競(jìng)爭(zhēng)力的公民，有必要探討面向幼兒園和小學(xué)低年級(jí)低齡兒童的人工智能教育的價(jià)值取向、教育內(nèi)容和途徑等。本研究基于相關(guān)理論和低齡兒童認(rèn)知特點(diǎn)，探討低齡兒童人工智能教育價(jià)值取向、人工智能教育教育目標(biāo)和內(nèi)容、實(shí)踐形式、實(shí)施途徑等，強(qiáng)調(diào)低齡兒童人工智能教育要承擔(dān)好啟蒙作用，將實(shí)現(xiàn)人的全面發(fā)展、培養(yǎng)計(jì)算思維、創(chuàng)新能力和人工智能應(yīng)用意識(shí)、促進(jìn)人工智能素養(yǎng)的后續(xù)發(fā)展作為AI啟蒙教育的基本價(jià)值取向，提出通過趣味性方式、簡(jiǎn)易性工具和方法、生活化和情境化活動(dòng)的途徑開展包括認(rèn)知體驗(yàn)、思維訓(xùn)練、編程創(chuàng)新和倫理理解等的AI教育實(shí)踐。

[關(guān)鍵詞] 低齡兒童; 人工智能; 啟蒙教育; 實(shí)施路徑

[中圖分類號(hào)] G434? ? ? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

一、研究背景

人工智能教育是面向人工智能素養(yǎng)提升的教育，強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)編程、協(xié)作、問題解決與創(chuàng)新等核心能力，著重關(guān)注計(jì)算、數(shù)據(jù)、批判性與設(shè)計(jì)等跨學(xué)科思維，指向人工智能課程教學(xué)，以人工智能為學(xué)習(xí)內(nèi)容，包括人工智能知識(shí)、應(yīng)用能力和情意等教育[1]。美國(guó)教育家杜威曾寫道，出于社會(huì)發(fā)展的各種需要，要發(fā)揮教育對(duì)于生活的意義，教育須經(jīng)歷一個(gè)與社會(huì)生活變化相應(yīng)的變革[2]。如今，人工智能（Artificial Intelligent，AI）已經(jīng)在我們生活中發(fā)揮著重要的作用，社會(huì)生活正經(jīng)歷著一個(gè)很大變革，未來智能社會(huì)的公民，需要具備生存與發(fā)展所需的智能素養(yǎng)，如計(jì)算思維、數(shù)據(jù)素養(yǎng)、設(shè)計(jì)思維、批判性思維和終身學(xué)習(xí)素養(yǎng)等[3]。這種背景下，人工智能素養(yǎng)與傳統(tǒng)讀寫能力一樣將成為公民不可或缺的基本能力。傳統(tǒng)讀寫能力培養(yǎng)研究表明，在兒童早期階段獲得這些基本素養(yǎng)對(duì)后續(xù)能力的培養(yǎng)有很大的幫助作用[4-5]，人工智能素養(yǎng)應(yīng)像讀寫能力一樣抓住兒童認(rèn)知發(fā)展的關(guān)鍵期[6]。已有研究表明，AI教育只要方法合適，可以盡早進(jìn)行[7]。在幼兒園和小學(xué)低年級(jí)進(jìn)行AI教育，不僅科普了AI知識(shí)，還能夠激發(fā)孩子的創(chuàng)造力、想象力和社會(huì)協(xié)作能力，鍛煉邏輯思維能力和問題解決能力，反過來又可以培養(yǎng)孩子的自信心，為成功的AI后續(xù)教育奠基[8]。與此同時(shí)，家長(zhǎng)們也開始投資孩子的AI教育。然而，目前有關(guān)AI教育的課程和教學(xué)的探討主要集中于小學(xué)高年級(jí)和中學(xué)階段，缺乏系統(tǒng)的面向幼兒園和小學(xué)低年級(jí)低齡兒童的AI教育理論探討，實(shí)踐領(lǐng)域幾乎以培訓(xùn)機(jī)構(gòu)為主導(dǎo)[3]，在資本的驅(qū)動(dòng)和教育競(jìng)爭(zhēng)的“焦慮”下，低齡兒童AI教育存在價(jià)值和目的不明、內(nèi)容分散、工具和方法不適宜等亂象，扼殺了AI啟蒙教育的可能性、有效性[9]。為了培養(yǎng)面向未來社會(huì)有競(jìng)爭(zhēng)力的公民，有必要借鑒中小學(xué)、國(guó)外早期AI教育經(jīng)驗(yàn)，探究面向低齡兒童的人工智能教育價(jià)值邏輯、教育內(nèi)容和途徑等。

二、相關(guān)文獻(xiàn)研究綜述

（一）低齡兒童人工智能相關(guān)教育研究

Sullivan等研究者對(duì)60名幼兒園到小學(xué)二年級(jí)的孩子進(jìn)行了為期8周的機(jī)器人編程培訓(xùn)，發(fā)現(xiàn)幼兒園、小學(xué)一年級(jí)和二年級(jí)學(xué)生可以通過智能教育掌握與人工智能、計(jì)算機(jī)使用相關(guān)的技能[5]。Williams等人研究設(shè)計(jì)了一個(gè)動(dòng)手操作的工具包和課程PopBots，幫助幼兒通過與社交機(jī)器人互動(dòng)構(gòu)建、編程、培訓(xùn)來學(xué)習(xí)人工智能（AI），研究發(fā)現(xiàn)使用社交機(jī)器人作為學(xué)習(xí)伙伴和可編程工件，可以有效地幫助幼兒掌握AI概念[10]。孫咪探索人工智能時(shí)代幼兒計(jì)算思維培養(yǎng)的方法，研究解決了怎樣將計(jì)算思維與幼兒園主題活動(dòng)結(jié)合的問題，并提出面向幼兒計(jì)算思維培養(yǎng)的不插電主題活動(dòng)設(shè)計(jì)模式[11]。研究對(duì)66名幼兒園和小學(xué)一年級(jí)學(xué)生進(jìn)行不同程度的具身編程活動(dòng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，Scratch Jr編程活動(dòng)中所展示的高度具身能夠促進(jìn)數(shù)學(xué)理解和編程技能，而且使用計(jì)算視角的實(shí)踐大大提高了學(xué)生對(duì)核心編程概念的理解[12]。Scratch Jr編程教學(xué)的研究結(jié)果同時(shí)表明，Scratch Jr可以有效地發(fā)展幼兒的問題思維、算法思維、批判思維、合作思維以及創(chuàng)新思維，幫助幼兒提升溝通能力、獨(dú)立分析能力與歸納總結(jié)能力[13]。研究者從西蒙·派珀特思維教育的思想追溯和反思計(jì)算思維源頭，探尋了計(jì)算思維創(chuàng)造導(dǎo)向的深刻內(nèi)涵，并提出兒童計(jì)算思維培養(yǎng)的策略[14]。

總之，目前面向低齡兒童人工智能教育的針對(duì)性研究不多，但與AI相關(guān)的計(jì)算思維和編程、機(jī)器人等教育形式和活動(dòng)的研究、實(shí)踐較多，缺乏有關(guān)低齡兒童AI應(yīng)用和倫理等方面的教育研究，總體存在低齡兒童AI教育內(nèi)容不全面不系統(tǒng)、形式分散等問題。

（二）低齡兒童人工智能教育目的和方法的研究

Park Younsoo和Yumi Yi提出AI教育的目的在于促進(jìn)人工智能的普及，以體驗(yàn)人文素養(yǎng)和AI軟件融合教育的模式進(jìn)行[15]。學(xué)齡前兒童的AI教育旨在以AI賦能人的全面發(fā)展，促進(jìn)兒童全面、健康、個(gè)性化、創(chuàng)造性發(fā)展，為適應(yīng)人機(jī)和諧共生的未來社會(huì)奠定基礎(chǔ)[16]。

借鑒讀寫能力的培養(yǎng)經(jīng)驗(yàn)，AI教育也應(yīng)針對(duì)不同年齡群體、不同水平設(shè)計(jì)不同教育活動(dòng)并采用不同教育方法。目前學(xué)校開設(shè)AI課程必須基于學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平和知識(shí)儲(chǔ)備，重視思維培養(yǎng)，著眼于培養(yǎng)兒童未來智能時(shí)代學(xué)習(xí)、生存、生活所需的能力，K-12的人工智能教育模式和目標(biāo)從幼兒園到小學(xué)2年級(jí)、3～5年級(jí)、6～8年級(jí)、9～12年級(jí)進(jìn)行了不同的規(guī)定，其中，小學(xué)階段主要是玩中學(xué)，進(jìn)行興趣啟蒙，讓孩子盡早熟悉AI和計(jì)算機(jī)科學(xué)的基本概念及發(fā)現(xiàn)AI應(yīng)用程序和基本概念之間的聯(lián)系[17-18]。針對(duì)幼兒園到小學(xué)2年級(jí)孩子的AI早期啟蒙教育主要通過主題活動(dòng)培養(yǎng)AI意識(shí)和探索的興趣，以有趣的方式向孩子們介紹AI及計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心主題，并根據(jù)年齡的不同和認(rèn)知發(fā)展的不斷進(jìn)化。研究者開發(fā)了不同的動(dòng)手操作單元，運(yùn)用了發(fā)現(xiàn)和探究學(xué)習(xí)、講故事方法，使用了不同的學(xué)習(xí)工具（如Bee-Bots、LEGO Mindstorms NXT和Cubelets機(jī)器人套件，以及非機(jī)器人材料如標(biāo)準(zhǔn)的樂高積木等），讓孩子們參與和探索教育機(jī)器人原理以及不插電的計(jì)算機(jī)科學(xué)[6]。

（三）人工智能教育內(nèi)容和路徑研究

2017年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出“實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”[19]，“支持開展形式多樣的人工智能科普活動(dòng)”[19]。有關(guān)課程內(nèi)容和實(shí)施途徑的觀點(diǎn)不一，具體來說，有以下幾種：（1）五維度說。我國(guó)學(xué)者鄭勤華基于加涅的學(xué)習(xí)結(jié)果分類理論，從智能知識(shí)、能力、思維、應(yīng)用、態(tài)度五個(gè)維度闡述了智能素養(yǎng)的構(gòu)成，構(gòu)建了由16個(gè)二級(jí)維度構(gòu)成的智能素養(yǎng)理論模型[20]。（2）四階段和探索論。北京大學(xué)學(xué)習(xí)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室開展了中小學(xué)AI教育相關(guān)研究，根據(jù)兒童認(rèn)知特點(diǎn)和學(xué)習(xí)需求，提出了AI教育框架，內(nèi)容整體按照“感知AI—理解AI—應(yīng)用AI—?jiǎng)?chuàng)造AI”設(shè)計(jì)[17]。在兒童早期AI教育中，主要進(jìn)行AI意識(shí)培養(yǎng)，并開展有趣的AI主題探索活動(dòng)，以適合年齡的方式分解復(fù)雜的內(nèi)容，向幼兒園和小學(xué)低年級(jí)的孩子介紹AI和計(jì)算機(jī)科學(xué)的核心主題，鼓勵(lì)他們參與和探索計(jì)算機(jī)科學(xué)知識(shí)[18]。（3）五主題和四活動(dòng)說。K-12人工智能教學(xué)指南將K-12階段所需學(xué)的人工智能知識(shí)分成了五個(gè)主題：感知、表示和推理、機(jī)器學(xué)習(xí)、人機(jī)交互、社會(huì)影響[21]。指南并據(jù)此推薦了四類學(xué)習(xí)活動(dòng)：首先是實(shí)驗(yàn)類活動(dòng)，教師組織學(xué)生使用各類AI資源，如實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)和探索活動(dòng);第二是手工模擬AI算法活動(dòng)（或不插電活動(dòng)）;第三是設(shè)計(jì)類活動(dòng);第四是案例分析類活動(dòng)[21]。（4）三路徑法。國(guó)內(nèi)學(xué)者陳維維基于人工智能的感知、處理和交互技術(shù)，認(rèn)為學(xué)齡前兒童人工智能啟蒙教育可以從智能感知、智能交互、編程與計(jì)算思維啟蒙這三條路徑尋找突破[16]。

綜上所述，目前進(jìn)行提高兒童人工智能教育的必要性和可行性已成共識(shí)，低齡兒童AI教育定位于啟蒙，旨在培養(yǎng)適應(yīng)智能社會(huì)生存和學(xué)習(xí)所需的智能素養(yǎng)，應(yīng)以符合兒童年齡特點(diǎn)和認(rèn)知特征的有趣方式，促進(jìn)兒童感知和理解、應(yīng)用AI并進(jìn)行AI相關(guān)的初步創(chuàng)新。但目前針對(duì)兒童的AI啟蒙教育存在價(jià)值認(rèn)識(shí)不清，內(nèi)容和方式方法的研究不全面、不系統(tǒng)、不適宜等問題，本研究將在探究AI啟蒙教育價(jià)值的基礎(chǔ)上，厘清AI教育常見的概念及其與教育形式的關(guān)系，闡述低齡兒童AI教育價(jià)值取向、內(nèi)容、方法和實(shí)施途徑等。

三、低齡兒童人工智能教育總體定位

人工智能素養(yǎng)強(qiáng)調(diào)編程、協(xié)作、問題解決與創(chuàng)新等核心能力的培養(yǎng)，著重關(guān)注計(jì)算、數(shù)據(jù)、批判性與設(shè)計(jì)等跨學(xué)科思維，兒童教育實(shí)踐過程中，人工智能教育經(jīng)常與相關(guān)概念和教育形式混淆，因此， AI啟蒙教育框架的探討首先需要厘清人工智能教育總體定位，即其與相關(guān)概念和教育形式之間的關(guān)系，然后基于低齡兒童的年齡特點(diǎn)和發(fā)展需要探討其價(jià)值取向、教育的內(nèi)容和途徑等。

（一）計(jì)算思維及其教育

計(jì)算思維是計(jì)算機(jī)科學(xué)中使用的方法，是分析和解決問題的能力、態(tài)度、習(xí)慣，是人類科學(xué)思考的方式[22]。人工智能是通過計(jì)算機(jī)程序的運(yùn)行去解決問題。因此，計(jì)算思維關(guān)注的是思維方式，而人工智能關(guān)注的是解決問題，二者關(guān)注點(diǎn)不同，低齡兒童計(jì)算思維教育結(jié)合編程活動(dòng)可以初步進(jìn)行智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)、開發(fā)和應(yīng)用，為創(chuàng)造AI應(yīng)用奠基。

（二）機(jī)器人及其教育

機(jī)器人的構(gòu)建需要融合機(jī)械原理、傳感器、計(jì)算機(jī)軟硬件及AI等眾多先進(jìn)技術(shù)。機(jī)器人教育通過機(jī)器人設(shè)計(jì)、組裝和搭建、編程、運(yùn)行這一過程，可激發(fā)兒童的興趣，培養(yǎng)其綜合能力。與許多為兒童開發(fā)的應(yīng)用程序和教育軟件不同，機(jī)器人教育活動(dòng)開展時(shí)一般不需要獨(dú)坐在電腦前，而是參與協(xié)作和團(tuán)隊(duì)合作活動(dòng)，并讓孩子發(fā)展精細(xì)的運(yùn)動(dòng)技能和手眼協(xié)調(diào)能力。機(jī)器人是AI代表性成果之一，機(jī)器人教育也成為AI教育的主要實(shí)踐形式，但機(jī)器人教育并未涉及AI應(yīng)用及其倫理與道德等方面，不能涵蓋AI教育。

（三）編程及其教育

編程可理解為設(shè)計(jì)具備邏輯流動(dòng)作用的一種“可控體系”。為了使計(jì)算機(jī)能夠理解人的意圖并執(zhí)行任務(wù)，人類須將要解決問題的思路、方法和手段以計(jì)算機(jī)能夠理解的形式告訴計(jì)算機(jī)，使得計(jì)算機(jī)能夠根據(jù)人的指令一步一步去工作，編程即是規(guī)定計(jì)算體系運(yùn)算的方式。對(duì)于低齡兒童進(jìn)行編程教育通常是編程游戲啟蒙，培養(yǎng)兒童計(jì)算邏輯思維和解決問題的“操控感”。編程教育是AI教育的重要內(nèi)容，但不應(yīng)作為兒童AI教育的唯一內(nèi)容。

（四）Steam及其教育

Steam是通過各學(xué)科的知識(shí)整合去解決問題，不僅集成知識(shí)的獲得，還集成不同的實(shí)踐活動(dòng)，它可以被看作是多學(xué)科文化的顛覆式創(chuàng)新，與低齡兒童的活動(dòng)有很大的切合性。Steam教育強(qiáng)調(diào)不同學(xué)科的教育和他們之間關(guān)系的重要性，在問題解決中培養(yǎng)學(xué)生綜合素養(yǎng)。智能素養(yǎng)的培養(yǎng)需要學(xué)生的跨學(xué)科知識(shí)素養(yǎng)，但AI教育強(qiáng)調(diào)創(chuàng)建和實(shí)現(xiàn)類人智能。

（五）創(chuàng)客教育

創(chuàng)客教育是基于兒童的學(xué)習(xí)興趣，以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式，使用數(shù)字化工具，倡導(dǎo)鼓勵(lì)分享，培養(yǎng)學(xué)習(xí)者創(chuàng)新的一種素質(zhì)型教育，人工智能教育則主要培養(yǎng)學(xué)習(xí)者理解和創(chuàng)造機(jī)器的智能，兩者的教育目標(biāo)不一樣，當(dāng)然，低齡兒童的AI教育成果形式可以是創(chuàng)客作品[11]。

綜上所述，人工智能教育與計(jì)算思維、編程、機(jī)器人、Steam、創(chuàng)客等這些概念和教育形式有著較復(fù)雜緊密的關(guān)系，如圖1所示。首先，計(jì)算思維是AI及其相關(guān)教育的基礎(chǔ)，AI啟蒙教育應(yīng)從兒童計(jì)算思維培養(yǎng)開始，并將其應(yīng)用于編程及編程教育中，從而使機(jī)器能夠去進(jìn)行問題解決和完成任務(wù)，編程和機(jī)器人教育可培養(yǎng)計(jì)算思維，計(jì)算思維和編程教育是AI教育的核心;其次，AI教育活動(dòng)中可能需要跨學(xué)科Steam素養(yǎng)和知識(shí)，需要綜合運(yùn)用數(shù)學(xué)、技術(shù)和藝術(shù)等方面知識(shí);AI是使機(jī)器具有人的智能的科學(xué)和技術(shù)，智能機(jī)器人是AI教育成果和實(shí)踐形式之一，其成果還可體現(xiàn)為創(chuàng)客作品，但機(jī)器人和創(chuàng)客教育都不能等同于AI教育，AI教育內(nèi)容除了計(jì)算思維、編程，還包括AI感知和應(yīng)用、倫理和道德等方面知識(shí)和能力。厘清了AI教育總體定位，有利于后續(xù)AI教育框架的構(gòu)建。

四、低齡兒童人工智能啟蒙教育價(jià)值取向、實(shí)踐形式和途徑

（一）低齡兒童人工智能教育的價(jià)值取向

面向幼兒園和小學(xué)低年級(jí)兒童的AI教育，應(yīng)通過主題實(shí)踐活動(dòng)進(jìn)行AI感知和理解、應(yīng)用和初步創(chuàng)新的教育，旨在兒童全面發(fā)展的促進(jìn)，重在思維和意識(shí)的訓(xùn)練，賦能未來智能社會(huì)的適應(yīng)。

1. 全面發(fā)展為宗旨

智能社會(huì)，應(yīng)保護(hù)和培養(yǎng)兒童對(duì)AI的好奇心，低齡兒童AI教育因此應(yīng)鼓勵(lì)其探索，激發(fā)兒童的創(chuàng)造性，展現(xiàn)兒童豐富的想象力，助力“實(shí)現(xiàn)人的自由”、“促進(jìn)人的全面發(fā)展”[23]。當(dāng)今AI環(huán)境下，生活和學(xué)習(xí)中有很多新奇的智能應(yīng)用，兒童出于本能，會(huì)有向外界特別是新鮮事物探求的欲望，作為教育者，需要保護(hù)兒童對(duì)人工智能的好奇心和求知欲，對(duì)其疑問給予解釋或引導(dǎo)其探索，拓展其經(jīng)驗(yàn)的限度。如在淘寶上買了公主裙，為什么系統(tǒng)又推薦了芭比娃娃，兒童會(huì)好奇電腦怎么知道她的喜好，據(jù)此可以向她解釋機(jī)器學(xué)習(xí)概念或“電腦根據(jù)用戶的習(xí)慣推薦”機(jī)制，雖然孩子會(huì)似懂非懂，但接下來可以通過其他情境讓她理解，如為什么超市結(jié)賬的地方會(huì)擺放一些口香糖、小零食等。而通過智能機(jī)器人和模塊編程等活動(dòng)的設(shè)計(jì)和開展，可以展現(xiàn)兒童豐富的想象力、培養(yǎng)孩子的創(chuàng)新能力、社會(huì)能力和對(duì)世界的掌控能力，也使孩子體會(huì)作為設(shè)計(jì)者和創(chuàng)作者的自我效能感。

2. 思維和意識(shí)培養(yǎng)為導(dǎo)向

低齡兒童的人工智能教育定位于啟蒙，目的是培養(yǎng)兒童智能社會(huì)中計(jì)算、設(shè)計(jì)、創(chuàng)新等思維以及人工智能應(yīng)用的態(tài)度、情感和意識(shí)，在進(jìn)行可視化、模塊化和結(jié)構(gòu)化編程活動(dòng)時(shí)，教學(xué)目標(biāo)并不是要教會(huì)兒童使用軟件和編寫程序，而是讓兒童通過編程活動(dòng)來引導(dǎo)、指揮、控制計(jì)算機(jī)，從而更加深入地理解自己的想法以及去創(chuàng)造更好的想法，培養(yǎng)兒童對(duì)事物進(jìn)行觀察、分類、比較、判斷、推理和設(shè)計(jì)能力，并準(zhǔn)確表達(dá)自己思維過程的能力;另外，智能時(shí)代人工智能應(yīng)用無(wú)處不在，通過人工智能教育實(shí)踐活動(dòng)，讓兒童不僅了解、接受、會(huì)用這些新技術(shù)、新事物，且有應(yīng)用這些智能設(shè)備的思維和意識(shí)，能夠?qū)⑷斯ぶ悄軕?yīng)用到各種問題的解決中，因此進(jìn)行低齡兒童人工智能相關(guān)思維和人工智能應(yīng)用情感、意識(shí)的培養(yǎng)才是低齡兒童智能教育導(dǎo)向。

3. 后續(xù)AI發(fā)展為指向

早期人工智能啟蒙教育除了培養(yǎng)兒童初步理解人工智能，保護(hù)好奇心、激發(fā)興趣、減少陌生感和后期學(xué)習(xí)的畏難感，還應(yīng)幫助他們形成AI思維、持續(xù)探索、終生學(xué)習(xí)和應(yīng)用AI的習(xí)慣。相應(yīng)的智能教育活動(dòng)應(yīng)該有助于兒童的計(jì)算思維、編程思維、設(shè)計(jì)和創(chuàng)新思維，并初步理解人工智能的原理、應(yīng)用及應(yīng)用倫理，理解人工智能的基本概念，如智能感知、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能交互，通過早期好奇心保護(hù)和興趣激發(fā)、思維和習(xí)慣等的培養(yǎng)，讓兒童能更積極樂觀地接受后面學(xué)段的AI教育，促進(jìn)后續(xù)人工智能和計(jì)算機(jī)知識(shí)、相關(guān)技能的深入探究和進(jìn)一步學(xué)習(xí)。

（二）人工智能教育目標(biāo)和實(shí)踐形式

目前專門為低齡兒童設(shè)計(jì)的AI系統(tǒng)課程很少，AI教育課程經(jīng)常與一些概念和教育形式混淆，相關(guān)教學(xué)存在內(nèi)容和形式分化、目標(biāo)模糊、工具和方法使用不當(dāng)?shù)痊F(xiàn)象，從而限制AI教育年齡下限，許多低齡兒童會(huì)因此錯(cuò)失AI啟蒙教育關(guān)鍵期。為了發(fā)揮AI教育對(duì)兒童的最大價(jià)值，應(yīng)根據(jù)低齡兒童的特點(diǎn)及智能啟蒙教育的價(jià)值取向，基于人工智能技術(shù)本身內(nèi)容，確定AI啟蒙教育目標(biāo)，設(shè)置適宜的教育內(nèi)容和方法等[24]。

1. 低齡兒童人工智能啟蒙教育目標(biāo)

人工智能是計(jì)算機(jī)程序在環(huán)境的感知下，表現(xiàn)出與人類相似的行為，AI技術(shù)是智能感知、處理和交互的過程和技術(shù)。

從人工智能技術(shù)本身來看，智能教育的內(nèi)容包括AI感知和處理、交互、編程技術(shù)方面的內(nèi)容，由于面向的是低齡兒童，應(yīng)重在兒童AI意識(shí)、態(tài)度、思維和能力的培養(yǎng)，教育目標(biāo)因此主要定位于AI意識(shí)—理解—應(yīng)用—?jiǎng)?chuàng)新的層次。意識(shí)目標(biāo)是兒童在體驗(yàn)生活中的智能技術(shù)基礎(chǔ)上，意識(shí)到AI技術(shù)的存在，接受并具有應(yīng)用及應(yīng)用倫理的意識(shí)和態(tài)度;理解旨在促進(jìn)兒童對(duì)AI感知的數(shù)據(jù)科學(xué)技術(shù)以及AI感知后數(shù)據(jù)處理過程的理解，使其認(rèn)識(shí)到AI具有視聽觸方面的感知能力，并據(jù)此采集數(shù)據(jù)以進(jìn)行分析處理的過程;應(yīng)用目標(biāo)是兒童能將AI相關(guān)的產(chǎn)品、工具、計(jì)算思維等有意地應(yīng)用到生活和學(xué)習(xí)中，比如兒童通過語(yǔ)音交互進(jìn)行相關(guān)問題的搜索，或啟動(dòng)童謠和古詩(shī)的播放等以滿足自己的需要等;創(chuàng)新目標(biāo)在于培養(yǎng)兒童能在一定計(jì)算思維的基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過編程實(shí)現(xiàn)自己的意圖。

2. 低齡兒童人工智能啟蒙教育實(shí)踐形式

對(duì)于低齡兒童來說，應(yīng)從AI設(shè)備和應(yīng)用的接觸入手，讓其在有趣的智能接觸中產(chǎn)生人工智能意識(shí)、實(shí)現(xiàn)對(duì)AI的初步理解和應(yīng)用能力并初步創(chuàng)作智能制品。具體來說，早期AI教育的實(shí)踐應(yīng)從以下幾方面進(jìn)行。

（1）認(rèn)知體驗(yàn)

根據(jù)兒童學(xué)習(xí)和發(fā)展的年齡特點(diǎn)，幼兒園和小學(xué)低年級(jí)階段的低齡兒童有強(qiáng)烈的求知欲與認(rèn)識(shí)新鮮事物的興趣，4～8歲認(rèn)知水平也逐漸有很大的提高，喜歡探索和應(yīng)用新事物，喜歡智力活動(dòng)。AI啟蒙教育首先讓孩子能夠意識(shí)到和初步理解人工智能，低齡兒童關(guān)于人工智能的意識(shí)和理解，應(yīng)該通過AI體驗(yàn)活動(dòng)進(jìn)行。體驗(yàn)是幼兒重要的學(xué)習(xí)方式，是認(rèn)識(shí)和態(tài)度形成的基礎(chǔ)，而活動(dòng)是感知和意識(shí)的源泉及思維發(fā)展的基礎(chǔ)。教師可通過智能設(shè)備使用體驗(yàn)的教學(xué)活動(dòng)讓幼兒意識(shí)生活中有很多人工智能的應(yīng)用和設(shè)備，并能夠應(yīng)用于具體生活中，通過體驗(yàn)活動(dòng)，增進(jìn)兒童有關(guān)人工智能的意識(shí)，引發(fā)兒童探索人工智能的興趣，引發(fā)好奇心，提出像“人工智能是什么”“為什么會(huì)發(fā)生”的問題，在此時(shí)教師應(yīng)抓住時(shí)機(jī)，通過相關(guān)活動(dòng)將兒童生物性的試探和社會(huì)性的好問引導(dǎo)到理智的發(fā)展上去，如教師結(jié)合具體應(yīng)用回答“人工智能是什么” “為什么發(fā)生”的問題，帶領(lǐng)孩子總結(jié)AI應(yīng)用的特點(diǎn)，并在智能設(shè)備和應(yīng)用構(gòu)建的環(huán)境下，引導(dǎo)幼兒使用智能設(shè)備解決問題，如通過智能音箱的一問一答解答兒童生活中的疑問、通過植物識(shí)別軟件的使用滿足兒童對(duì)戶外各種花卉認(rèn)知及相關(guān)文化了解的需要，通過與智能玩具互動(dòng)進(jìn)行科學(xué)知識(shí)的探索和機(jī)器人的創(chuàng)造等。幼兒通過有趣的體驗(yàn)活動(dòng)，產(chǎn)生對(duì)人工智能真切的感受，意識(shí)到和初步理解包括AI的感知、行為、思維及記憶、學(xué)習(xí)和自適應(yīng)能力等方面的特征，形成關(guān)于AI的初步認(rèn)知，提高兒童對(duì)科技的興趣和好奇，并增強(qiáng)智能應(yīng)用的意識(shí)。

（2）思維訓(xùn)練

人工智能需要編寫問題的解決方案，并將設(shè)計(jì)和計(jì)劃的方案轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能準(zhǔn)確執(zhí)行的命令，然后分析評(píng)估這些命令的結(jié)果。規(guī)劃和設(shè)計(jì)、分析計(jì)算機(jī)解決問題的策略需要計(jì)算思維，計(jì)算思維也是將問題和任務(wù)進(jìn)行分解、具體化的過程，是計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的基礎(chǔ)，在成功的編碼結(jié)果中發(fā)揮核心作用，兒童計(jì)算思維是面向未來行動(dòng)的思維素養(yǎng)。杜威曾說過，兒童在嬰幼兒時(shí)就開始了思維活動(dòng)[25]，例如嬰兒玩的球丟了，就會(huì)想到把球撿回來，會(huì)預(yù)見到怎樣實(shí)現(xiàn)這一可能的步驟，以自己的想法指引自己的動(dòng)作。而在生活中進(jìn)一步進(jìn)行思維的訓(xùn)練有助于邏輯思維能力的形成，如兒童早起去學(xué)校，需要做哪些事情，去學(xué)校要走哪些路，這些任務(wù)的分解對(duì)于成年人來說很幼稚，但對(duì)于幼兒來說卻有其價(jià)值，通過任務(wù)的分解，可以讓其思維外化，使抽象的過程具體化，讓其對(duì)任務(wù)過程有一個(gè)全局清晰的認(rèn)識(shí)，并通過行動(dòng)檢驗(yàn)自己的想法是否正確，促進(jìn)計(jì)算邏輯思維能力形成。

智能時(shí)代兒童計(jì)算思維的培養(yǎng)可以在生活中進(jìn)行有意訓(xùn)練，也可在學(xué)校里進(jìn)行正式的教育，如通過編程教學(xué)和一些程序工具的使用如編程工具、機(jī)器人、游戲設(shè)計(jì)等來獲得，還可融合到主題活動(dòng)和具體學(xué)科課程教學(xué)中，融合的方式打破了計(jì)算機(jī)科學(xué)與具體學(xué)科領(lǐng)域之間的界限，為兒童理解計(jì)算機(jī)科學(xué)提供了具體途徑，如不插電的主題活動(dòng)可以在主題活動(dòng)中培養(yǎng)。通常情況下，對(duì)于較小年齡階段的兒童來說，更適合通過不插電的主題活動(dòng)獲得計(jì)算思維。

（3）編程啟蒙

編程教育的最終目標(biāo)不是學(xué)會(huì)使用圖形化編程軟件、制作機(jī)器人，不是塑造“小程序員”，而是通過編程獲得個(gè)體認(rèn)知與思維的發(fā)展[26]，通過兒童的編程教育使兒童問題解決、算法、批判、合作和創(chuàng)新等思維得到培養(yǎng)，同時(shí)使最年輕的數(shù)字居民理解他們不僅僅是科技消費(fèi)者，而且也可以是科技的生產(chǎn)者、制造者和發(fā)明者，能夠運(yùn)用編程的方式表達(dá)自己和與人溝通[27]。結(jié)合皮亞杰認(rèn)知發(fā)展的階段論和派珀特的建造主義[28]，低齡兒童編程啟蒙教育應(yīng)強(qiáng)調(diào)用具體方式，在具體情境中，借助有形的“工件（Artifact）”來學(xué)習(xí)，即通過在真實(shí)情境中積極探索“有形”實(shí)體的制作，讓兒童思維的發(fā)展過程“外化于形”，而后又“內(nèi)化于心”[29]，如以圖形化編程、游戲編程、樂高和有形機(jī)器人編程等形式進(jìn)行，從而使編程體現(xiàn)趣味性和具象化，并助推其思維得以進(jìn)階發(fā)展。在兒童進(jìn)行編程學(xué)習(xí)的時(shí)候，重要的不是學(xué)會(huì)創(chuàng)造一個(gè)計(jì)算機(jī)程序，而是學(xué)習(xí)用計(jì)算機(jī)解決問題的方式去思考，學(xué)會(huì)問題解決中的一步一步設(shè)計(jì)、規(guī)劃的邏輯，體會(huì)程序運(yùn)行的過程和運(yùn)行后的功能，體會(huì)作為程序編排者指揮、操縱計(jì)算機(jī)的能力，并能通過計(jì)算機(jī)程序進(jìn)行講故事、表達(dá)自己、與別人溝通。

（4）倫理理解

在智能設(shè)備應(yīng)用的主題活動(dòng)中，通過設(shè)備的工作原理和作用的討論使兒童初步理解人工智能和人類智能的區(qū)別，了解人工智能的由來及其存在的價(jià)值，讓兒童認(rèn)識(shí)到人工智能是輔助人學(xué)習(xí)和成長(zhǎng)，而非替代人和操控人;同時(shí)也引導(dǎo)兒童理解人工智能利用的風(fēng)險(xiǎn)、倫理和道德，如通過討論網(wǎng)絡(luò)收集用戶信息和習(xí)慣并推送商品和學(xué)習(xí)內(nèi)容的好處和收束，理解人工智能中大數(shù)據(jù)濫用帶來的不安全、不恰當(dāng)和不道德的事實(shí)，如各類商業(yè) App過度收集用戶信息并泄露用戶信息的事件，這樣是存在個(gè)人隱私被他人利用的風(fēng)險(xiǎn)和頻繁被打擾的困擾。據(jù)此讓兒童認(rèn)識(shí)到人工智能要為人類所用，在利用的過程存在風(fēng)險(xiǎn)，要注意使用的倫理和道德。

（三）低齡兒童人工智能教育實(shí)施途徑

建造主義認(rèn)為，在編程和計(jì)算思維訓(xùn)練中，有形工具的使用使孩子感覺更舒適和愉悅[30]，非屏幕的活動(dòng)讓孩子也更能聚焦于活動(dòng)本身和技能的獲得[31]，且孩子的父母也更愿意接受這種教學(xué)方式。另外，根據(jù)低齡兒童的認(rèn)知特點(diǎn)，人工智能教育應(yīng)以一種有吸引力和有趣的方式進(jìn)行，并通過游戲和互動(dòng)方法激勵(lì)他們學(xué)習(xí)。[6]

1. 趣味性方式

傳統(tǒng)的閱讀和寫作能力的培養(yǎng)始于幼兒園，一直持續(xù)到小學(xué)、初中和高中，直至大學(xué)。在幼兒園階段，孩子們以一種有趣的方式了解字母，在小學(xué)則是一種更有方法學(xué)意義上的學(xué)習(xí)。每一個(gè)后續(xù)階段的教育引入新的主題，深入探索之前已接觸的某些主題[18]，兒童早期對(duì)人工智能的教育同樣應(yīng)符合兒童的年齡，與認(rèn)知特點(diǎn)相適宜，需要有趣的方式吸引孩子，讓孩子們能夠?qū)Ｗ⒂谌斯ぶ悄芙逃顒?dòng)。提升吸引力可以通過動(dòng)畫、游戲玩法、視覺模塊編碼、故事敘述、競(jìng)爭(zhēng)等等。游戲作為一種有吸引力的教育方式，更容易讓孩子們參與到學(xué)習(xí)中來。如圖2所示，Osmo是一個(gè)有形的智能編程游戲，兒童使用物理方塊以交互方式控制屏幕上的動(dòng)畫，不同的方塊代表不同的動(dòng)作和命令，可以用來指揮和控制屏幕游戲中的小怪物Awbie。連接上 iPad后，iPad 相機(jī)會(huì)識(shí)別屏幕前的方塊及其指令。小孩子拼接方塊就可以向 iPad 發(fā)出“開始”“向上”“跳”等指令，通過具體有形的玩具和數(shù)字動(dòng)畫有趣結(jié)合，兒童能夠在游戲中輕松明白如何將方塊組合成更復(fù)雜的計(jì)算機(jī)程序來解決問題，獲得算法和編程的初步理解。

2. 適宜性工具和方法

對(duì)于低齡兒童來說，人工智能中不管是智能感知和處理、交互等技術(shù)的理解，還是AI智能技術(shù)的理解和應(yīng)用、計(jì)算思維的培養(yǎng)、編程教育，都是較難的事情。但是通過適宜的工具和方式方法，低齡兒童也是可以得到很好的意識(shí)培養(yǎng)、思維訓(xùn)練、能力的提升。為適合兒童年齡和認(rèn)知特征的需要，學(xué)習(xí)過程和方式方法應(yīng)體現(xiàn)簡(jiǎn)易性、具身性和有形化、游戲化。如在人工智能意識(shí)、理解和應(yīng)用能力的培養(yǎng)中，可讓兒童通過手勢(shì)、語(yǔ)音等操作使用智能設(shè)備，進(jìn)行互動(dòng)，獲得使用的體驗(yàn)，并實(shí)現(xiàn)AI意識(shí)、理解和應(yīng)用的培養(yǎng)目標(biāo)。而在編程教育和計(jì)算思維培養(yǎng)中，通過有形工具和不插電的活動(dòng)更適合低齡兒童的需要，處于前運(yùn)算階段的低齡兒童依賴于對(duì)物體直接感知和身體參與來理解并表達(dá)思想，有形工具可讓兒童動(dòng)手操作，有利于理解相對(duì)抽象的計(jì)算思維，如KIBO、樂高機(jī)器人、Beebot、Sphero、ALERT、Bluebot、Topobo 等，這些工具同時(shí)通過不插電的有形有趣的方式將編程技術(shù)、藝術(shù)和文化等活動(dòng)結(jié)合起來，讓低齡兒童進(jìn)行設(shè)計(jì)和裝飾、創(chuàng)建機(jī)器人。如果使用圖形化工具，工具則應(yīng)具有可視化、游戲化、美觀畫面的特征，能讓兒童輕松操作、容易理解并吸引注意力，雖然一些孩子可能不認(rèn)識(shí)漢字和拉丁字母，但可以很容易地識(shí)別和理解用符號(hào)和操作模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)項(xiàng)目、解決問題，創(chuàng)造性地表達(dá)自己想法，如Scratch Jr可視化編程工具可讓5～7歲幼兒完成自己的動(dòng)畫、互動(dòng)故事或游戲的制作，幼兒在Scratch Jr中可輕松選擇各種形象可愛的角色和藝術(shù)美觀的背景，操作含有指令的模塊，從而感知編程的過程（如圖3所示），當(dāng)使用Scratch Jr中的合適模塊時(shí)，可以在代碼界面中進(jìn)行組合，在可視化窗口中可以看到編程的運(yùn)行動(dòng)畫效果，操作簡(jiǎn)單，場(chǎng)景和動(dòng)畫角色符合幼兒審美、對(duì)兒童有較強(qiáng)吸引力，同時(shí)可以培養(yǎng)其設(shè)計(jì)和計(jì)算邏輯思維。另外一些混合編程工具如 Osmo、Codespark等編程游戲和玩具，通過有形的積木和可視動(dòng)畫，也是適合低齡兒童的編程工具，孩子利用iPad和積木來玩游戲，在游戲過程中學(xué)習(xí)編程思維方式;Codespark采用互動(dòng)游戲的方法，培養(yǎng)低齡兒童對(duì)計(jì)算機(jī)編程的興趣，傳授編程的知識(shí)及思維模式，通過網(wǎng)頁(yè)和移動(dòng)游戲教會(huì)孩子編碼，積木塊被拖動(dòng)就會(huì)有即時(shí)的效果，動(dòng)畫的呈現(xiàn)方式能讓抽象的知識(shí)具象化。

3. 生活化活動(dòng)

杜威在《思維的本質(zhì)》里說到，只有充分利用兒童期經(jīng)驗(yàn)中的思維因素，才能保證青年期較高的思維能力的出現(xiàn)。在兒童期，積極的思維習(xí)慣如縝密、透徹、連貫的特質(zhì)，無(wú)論怎樣都會(huì)養(yǎng)成的，這些習(xí)慣要從早培養(yǎng)，并應(yīng)注意這些特質(zhì)產(chǎn)生情境[25]。為了體現(xiàn)生活化、情境化，可在孩子生活和學(xué)習(xí)環(huán)境中設(shè)計(jì)和布置更多的智能應(yīng)用，如從兒童早晨入學(xué)刷臉測(cè)體溫入園，到進(jìn)園進(jìn)校后的教學(xué)、游戲和管理等，教學(xué)中國(guó)學(xué)教育及機(jī)器人、園內(nèi)植物的智能識(shí)別和玩具中智能反饋等，在AI自然融入的環(huán)境中開展智能意識(shí)、應(yīng)用的活動(dòng)，使兒童獲得具體化的經(jīng)驗(yàn)，增進(jìn)幼兒在智能應(yīng)用方面的情感，增強(qiáng)智能應(yīng)用的意識(shí)和能力;而計(jì)算思維是AI教育中的重要思維，培養(yǎng)目標(biāo)是兒童能夠清楚問題解決的過程，培養(yǎng)的時(shí)候即可結(jié)合孩子日常生活中遇到的問題和任務(wù)進(jìn)行訓(xùn)練，引導(dǎo)他們將問題和任務(wù)的過程進(jìn)行分解、具體化，隱性思維的外化也是思維科學(xué)化，有助于問題解決、計(jì)算思維、元認(rèn)知和邏輯思維能力的提升。

據(jù)此，本研究將人工智能啟蒙教育的框架和實(shí)施路徑構(gòu)建如圖4所示，其中，全面發(fā)展、思維和意識(shí)培養(yǎng)、面向未來的人工智能素養(yǎng)的發(fā)展為低齡兒童AI啟蒙教育的價(jià)值取向，通過趣味性方式、簡(jiǎn)易性工具和方法、生活化活動(dòng)等途徑進(jìn)行AI認(rèn)知體驗(yàn)、思維訓(xùn)練、編程創(chuàng)新、倫理理解的教育實(shí)踐，以達(dá)到對(duì)兒童AI意識(shí)、理解、應(yīng)用和初步創(chuàng)新能力的培養(yǎng)目的。

五、結(jié)? ?語(yǔ)

幼兒園和小學(xué)低年級(jí)是孩子們一生中的重要時(shí)期，也是許多能力培養(yǎng)的關(guān)鍵期，這個(gè)時(shí)期的兒童有強(qiáng)烈的好奇心和求知欲，想要探索他們所生活的世界，包括現(xiàn)實(shí)的物理世界和越來越多地出現(xiàn)在人們?nèi)粘Ｉ钪械娜斯ぶ悄芴摂M世界，這些日常生活中的AI幾乎影響每個(gè)人，賦能人們的學(xué)習(xí)、工作和生活。越來越多的職業(yè)將運(yùn)用大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)，數(shù)字內(nèi)容的制作也成為工作和生活的一部分。作為當(dāng)今最年輕的低齡兒童未來生活的世界即為智能的世界，AI技術(shù)相關(guān)的意識(shí)、思維和知識(shí)等是在技術(shù)高度發(fā)達(dá)環(huán)境中未來生活和職業(yè)所需的素養(yǎng)，對(duì)他們進(jìn)行的人工智能啟蒙既是未雨綢繆應(yīng)對(duì)未來社會(huì)發(fā)展的選擇和需要，也是意識(shí)和思維培養(yǎng)的需要，教育的目的不是為了把每個(gè)兒童都訓(xùn)練成計(jì)算機(jī)專家和工程師，而是讓孩子初步理解人工智能的基本原理、學(xué)習(xí)問題解決的思路與方法、具有創(chuàng)新和應(yīng)用AI的意識(shí)和能力、保持對(duì)AI的學(xué)習(xí)興趣，為孩子將來人工智能的進(jìn)一步學(xué)習(xí)以及未來的智能社會(huì)的適應(yīng)做一定的準(zhǔn)備。通過適當(dāng)智能活動(dòng)的設(shè)計(jì)并在適當(dāng)時(shí)機(jī)使用合適的支持工具和方法可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)[32]。本研究在分析國(guó)內(nèi)外研究的基礎(chǔ)上，探討了低齡兒童人工智能啟蒙教育的價(jià)值取向、教育目標(biāo)和實(shí)踐形式及實(shí)施途徑，后續(xù)應(yīng)依據(jù)本研究提出的框架和途徑，進(jìn)行人工智能啟蒙教育的活動(dòng)設(shè)計(jì)和實(shí)踐，在實(shí)踐中探索適合低齡兒童人工智能啟蒙教育的方式方法和系列活動(dòng)，為低齡兒童的人工智能教育開展提供可參考的范例。

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Framework and Implementation Approach of Artificial Intelligence Enlightenment Education for Younger Children

CHAI Yangli1，? DU Hua2

（1.School of Early-Childhood Education， Nanjing Xiaozhuang University， Nanjing Jiangsu 211171;

2.Key Laboratory of Intelligent Education Technology and Application of Zhejiang Province， Zhejiang Normal University， Jinhua Zhejiang 321004）

[Abstract] Citizens of the future intelligent society need to be equipped with intelligent literacy that is compatible with society. Currently， there is a lack of systematic and in-depth research on artificial intelligence （AI） education for younger children. In order to cultivate competitive citizens in the future society， it is necessary to explore the value orientation， educational contents and approaches of AI education for younger children in kindergartens and elementary schools. Based on relevant theories and the cognitive characteristics of younger children， this study explores the value orientation of AI education for younger children， the educational objectives and contents of AI education， the forms of practice， and the approaches of implementation， etc. It is emphasized that AI education for younger children should play a good role of enlightenment， and the basic value orientation of AI enlightenment education is to realize the all-round development of people， cultivate computational thinking， innovation ability and AI application awareness， and promote the subsequent development of AI literacy. It is proposed that AI education practice including cognitive experience， thinking training， programming innovation and ethical understanding should be carried out by means of fun approaches， easy tools and methods， and life-like and contextualized activities.

[Keywords] Younger Children; Artificial Intelligence; Enlightenment Education; Implementation Approach

[作者簡(jiǎn)介] 柴陽(yáng)麗（1978—），女，河南信陽(yáng)人。副教授，博士，主要從事CSCL、低齡兒童計(jì)算思維培養(yǎng)、人工智能背景下的教師教育研究。E-mail：cyl_0114@163.com。

基金項(xiàng)目：2022年度江蘇省社科基金項(xiàng)目 “低齡兒童人工智能啟蒙教育框架和路徑研究”（項(xiàng)目編號(hào)：22JYB022）;江蘇高校哲學(xué)社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目“‘后疫情時(shí)代大學(xué)生在線學(xué)習(xí)交互體驗(yàn)與投入度的關(guān)系研究”（項(xiàng)目編號(hào)：2022SJYB0581）