開(kāi)蒙啟智 嵌入融合

李巖

【摘 要】當(dāng)前，以體驗(yàn)和應(yīng)用導(dǎo)向的“黑箱”邏輯、知識(shí)系統(tǒng)主導(dǎo)的學(xué)科邏輯及編程發(fā)展計(jì)算思維的邏輯為主的實(shí)施現(xiàn)狀，反映出人工智能教育定位仍模糊。本文指出，在國(guó)家課程框架下，以啟蒙理性，培養(yǎng)智能時(shí)代的公民而非技術(shù)的“操作員”;啟迪智慧，培養(yǎng)學(xué)生人工智能思維和問(wèn)題解決方法而非學(xué)科的“專(zhuān)業(yè)人”;啟示威脅，明晰人工智能帶來(lái)的影響和挑戰(zhàn)，不做智能時(shí)代的“旁觀(guān)者”為定位。采取嵌入關(guān)聯(lián)課程，融合相關(guān)課程的策略，有效推動(dòng)義務(wù)教育階段人工智能教育的普及和深入實(shí)施。

【關(guān)鍵詞】人工智能;關(guān)聯(lián)課程;融合課程

【中圖分類(lèi)號(hào)】G434 ? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2022）06-066-03

在互聯(lián)的環(huán)境日漸形成，大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等技術(shù)日益發(fā)展的基礎(chǔ)上，歷經(jīng)半個(gè)世紀(jì)的人工智能科學(xué)研究在近十年取得重大突破，迎來(lái)又一個(gè)春天。人工智能技術(shù)迅速而又廣泛的應(yīng)用，對(duì)人類(lèi)社會(huì)產(chǎn)生了重大且深遠(yuǎn)的影響。在政策引導(dǎo)、多方參與和基層探索中，人工智能教育呈蓬勃之勢(shì)。但由于定位模糊，義務(wù)教育階段人工智能教育內(nèi)容分化、形式紛繁、目標(biāo)模糊等問(wèn)題較為突出。在國(guó)家課程框架下厘清定位成為人工智能教育的當(dāng)務(wù)之急。

潮起浪涌的人工智能教育

人工智能的發(fā)展始終受到國(guó)家的高度關(guān)注，寫(xiě)入了2016年“十三五”規(guī)劃綱要和2017年全國(guó)兩會(huì)政府工作報(bào)告?！缎乱淮斯ぶ悄馨l(fā)展規(guī)劃》《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》等宏觀(guān)政策發(fā)布，課程政策持續(xù)跟進(jìn)，中小學(xué)人工智能教育潮頭漸起。

人工智能展現(xiàn)出的強(qiáng)大能力和美好前景，為人工智能教育描繪了一個(gè)由技術(shù)價(jià)值向教育市場(chǎng)拓展的藍(lán)海，引來(lái)眾多資本參與。涵蓋科普教育、科創(chuàng)競(jìng)技、社團(tuán)活動(dòng)、課程教學(xué)等，人工智能教育的市場(chǎng)迅速擴(kuò)展，推動(dòng)人工智能教育在校外和校內(nèi)展開(kāi)。

2019年教育部裝備中心、中央電教館發(fā)布相關(guān)研究成果，組織實(shí)驗(yàn)校開(kāi)展課程教學(xué)探路。北京、上海、溫州、南京、廣州、青島等較早開(kāi)展區(qū)域探索，初具規(guī)模。一批學(xué)校先行實(shí)驗(yàn)，結(jié)合自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，以不同的路徑，開(kāi)展了人工智能教育教學(xué)嘗試。

應(yīng)當(dāng)說(shuō)，政策引導(dǎo)、市場(chǎng)參與和多層級(jí)探索合力，推動(dòng)了人工智能教育破冰開(kāi)局。但也必須清醒地認(rèn)識(shí)到，由于政策宏觀(guān)性、市場(chǎng)趨利性，以及部門(mén)、區(qū)域或?qū)W校初期探索尚不完備，人工智能教育潮起浪涌之際也遇到一些問(wèn)題，甚至還有魚(yú)目混珠的現(xiàn)象。

人工智能教育實(shí)施邏輯的審視

人工智能教育健康、持續(xù)地實(shí)施，有必要審視實(shí)施開(kāi)展中內(nèi)容各異、形式多樣等現(xiàn)象，分析找尋其背后的邏輯。

1.體驗(yàn)和應(yīng)用導(dǎo)向的“黑箱”邏輯

人工智能教育的實(shí)施多以成套的產(chǎn)品（系統(tǒng)）和日常應(yīng)用技術(shù)的體驗(yàn)形式為主，滿(mǎn)足了學(xué)生的好奇心，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。隨著技術(shù)發(fā)展、相關(guān)部件開(kāi)源發(fā)布，如AI攝像頭、語(yǔ)音識(shí)別板卡等，一些開(kāi)放接口的AI模型訓(xùn)練平臺(tái)推出，人工智能技術(shù)產(chǎn)品大量應(yīng)用于科創(chuàng)課程、創(chuàng)客教育、STEM教育項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)了作品智能化應(yīng)用。體驗(yàn)和應(yīng)用便于實(shí)施，能展示人工智能的價(jià)值和作用，豐富學(xué)生經(jīng)驗(yàn)。但人工智能被視為拿來(lái)即用的工具，其輸入與輸出是關(guān)注的重點(diǎn)而非內(nèi)部的結(jié)構(gòu)和運(yùn)作原理，在這里人工智能是一個(gè)“黑箱”。因而體驗(yàn)和應(yīng)用導(dǎo)向容易受到“是不是”人工智能教育的質(zhì)疑。

2.知識(shí)系統(tǒng)主導(dǎo)的學(xué)科邏輯

人工智能作為計(jì)算機(jī)學(xué)科的一個(gè)分支，與數(shù)學(xué)、生物學(xué)、信息學(xué)等多個(gè)學(xué)科深度交叉。有學(xué)者建議按照美國(guó)“K-12人工智能教學(xué)指南”的五個(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”[1]組織實(shí)施。也有部分中小學(xué)或有專(zhuān)業(yè)的師資，或與高?？蒲袡C(jī)構(gòu)合作，選擇預(yù)測(cè)、分類(lèi)、機(jī)器學(xué)習(xí)、圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等基礎(chǔ)知識(shí)板塊和典型應(yīng)用等組織教學(xué)。上述的框架雖有組織視角的不同，但基于人工智能學(xué)科嚴(yán)謹(jǐn)?shù)捏w系，保持學(xué)科知識(shí)專(zhuān)業(yè)性是兩者的共同特點(diǎn)，其目的是讓學(xué)生“知其所以然”。與新修訂的高中信息技術(shù)課程“人工智能初步”模塊相比，更為強(qiáng)調(diào)人工智能學(xué)科的邏輯。這不僅有教學(xué)實(shí)施的難度，也有專(zhuān)業(yè)教育之嫌。

3.編程發(fā)展計(jì)算思維的邏輯

以編程為主要形式的人工智能教育，在中小學(xué)校尤其是校外培訓(xùn)目前最為普遍。學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)編程語(yǔ)言規(guī)范、基本概念和基礎(chǔ)方法，進(jìn)行圖形化或代碼編程實(shí)驗(yàn)，訓(xùn)練智能模型并調(diào)用識(shí)別手勢(shì)、手寫(xiě)字體或語(yǔ)音控制等，鍛煉程序設(shè)計(jì)的基本能力。學(xué)生經(jīng)歷編程解決問(wèn)題的過(guò)程，體悟按計(jì)算機(jī)科學(xué)的概念、方式對(duì)復(fù)雜問(wèn)題進(jìn)行分解、抽象、概括、算法設(shè)計(jì)、評(píng)估，進(jìn)而加以解決的計(jì)算思維，在循環(huán)、遞歸、迭代等編程活動(dòng)中發(fā)展計(jì)算思維。計(jì)算思維是信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)的重要構(gòu)成，編程是信息技術(shù)學(xué)科的重要內(nèi)容和學(xué)習(xí)形式。編程發(fā)展計(jì)算思維對(duì)人工智能教育有支持作用，但它們聚焦的核心確有顯著的差異，無(wú)法替代。

開(kāi)蒙啟智的人工智能教育定位

教育的使命是面向?qū)W生未來(lái)發(fā)展，義務(wù)教育階段實(shí)施人工智能教育應(yīng)啟蒙理性，培養(yǎng)智能時(shí)代的公民而非技術(shù)的“操作員”;應(yīng)啟迪智慧，培養(yǎng)學(xué)生人工智能思維和問(wèn)題解決方法而非學(xué)科的“專(zhuān)業(yè)人”;應(yīng)啟示威脅，明晰人工智能帶來(lái)的影響和挑戰(zhàn)，不做智能時(shí)代的“旁觀(guān)者”。

1.啟蒙：培養(yǎng)智能時(shí)代的理性公民

今天，中小學(xué)生在體驗(yàn)和享受指紋解鎖、人臉識(shí)別、聽(tīng)歌識(shí)曲、看花知名、掃圖成文等日常的應(yīng)用服務(wù)中，常常為人工智能技術(shù)的神奇所驚嘆，被技術(shù)的“魅力”所吸引，容易形成片面認(rèn)知，對(duì)技術(shù)產(chǎn)生“膜拜”。這也正是“黑箱”邏輯潛在的最大弊端。教師應(yīng)該通過(guò)人工智能發(fā)展的歷程、典型技術(shù)和人物的介紹，引導(dǎo)學(xué)生確立人是技術(shù)創(chuàng)新主體的觀(guān)念，適度打開(kāi)人工智能的“黑箱”，學(xué)習(xí)人工智能科學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)、基本原理，在知識(shí)上“去昧”，應(yīng)用人工智能技術(shù)時(shí)主動(dòng)選擇、比較不同的產(chǎn)品，在觀(guān)念上“祛魅”，經(jīng)過(guò)啟蒙而成為未來(lái)智能時(shí)代的理性公民。

2.啟迪：汲取人工智能思維和問(wèn)題解決方法的智慧

人工智能以數(shù)據(jù)為學(xué)習(xí)對(duì)象，運(yùn)用機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)等方式訓(xùn)練生成諸如分類(lèi)、識(shí)別乃至于推理、類(lèi)人化交互等智能模型，不僅有實(shí)用的工具價(jià)值，還有豐厚的教育價(jià)值。教師要引導(dǎo)學(xué)生走進(jìn)監(jiān)督學(xué)習(xí)等可行的典型性技術(shù)實(shí)踐，體悟人工智能思維和解決問(wèn)題的智慧，了解其不同于工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代強(qiáng)調(diào)因果關(guān)系的確定性思維模式，[2]也不同于互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)大數(shù)據(jù)的計(jì)算思維模式。教師要讓學(xué)生感受人工智能以動(dòng)態(tài)的世界中不確定性問(wèn)題的解決為目標(biāo)，人工智能思維超越確定性思維和計(jì)算思維，在既有常識(shí)和邏輯規(guī)則框架下，發(fā)現(xiàn)并形成一套知識(shí)表征的觀(guān)念及相應(yīng)的推理引擎，如圍棋的新定式、蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)等，生成新知識(shí)觀(guān)念、新規(guī)則框架，從而為復(fù)雜的、不確定性的問(wèn)題解決開(kāi)創(chuàng)新的思維模式、提供更強(qiáng)大的工具。這樣的啟迪對(duì)發(fā)展中小學(xué)生的世界觀(guān)、知識(shí)觀(guān)、技術(shù)觀(guān)，促進(jìn)其智慧生長(zhǎng)大有裨益。

3.啟示：認(rèn)識(shí)人工智能發(fā)展應(yīng)用的影響和潛在威脅

如今，人工智能的廣泛應(yīng)用對(duì)工作崗位產(chǎn)生了巨大影響，形成就業(yè)與轉(zhuǎn)業(yè)問(wèn)題，如機(jī)器人代替流水線(xiàn)上的工人、無(wú)人駕駛在區(qū)域試行已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)等。人們使用信息化設(shè)備檢索信息、計(jì)算判斷、決策選擇，背后的人工智能系統(tǒng)可能會(huì)構(gòu)建一個(gè)“信息蠶房”，讓人們陷落在人為構(gòu)造的智能系統(tǒng)之中，引發(fā)人與智能技術(shù)之間的多元主體關(guān)系的混亂。近期，國(guó)家處罰了一些運(yùn)用人工智能算法“殺熟”牟利的大型壟斷平臺(tái)。國(guó)外一些不法分子采用“人臉交換”智能技術(shù)，制造假視頻和假新聞引發(fā)重大輿情，負(fù)面影響巨大。信息時(shí)代個(gè)體的行為信息被各種傳感器大量精準(zhǔn)地獲取并云端存儲(chǔ)，成為人工智能系統(tǒng)分析的“素材”，對(duì)個(gè)體的所有數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析和推理，將導(dǎo)致個(gè)體的隱私無(wú)處可藏。信息一旦泄漏，個(gè)人和家庭的日常生活、財(cái)產(chǎn)、社會(huì)聲譽(yù)甚至安全等出現(xiàn)重大的風(fēng)險(xiǎn)敞口。人工智能教育應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生，關(guān)注身邊人工智能技術(shù)濫用的危險(xiǎn)，警惕人工智能的數(shù)據(jù)采集與分析引發(fā)的隱私泄漏等風(fēng)險(xiǎn)，以主體的身份參與智能技術(shù)的評(píng)價(jià)、選擇，成為智能時(shí)代的共建者。

嵌入融合的人工智能教育實(shí)施策略

1.立足人工智能教育議題的特點(diǎn)

人工智能教育是當(dāng)代的教育議題之一，關(guān)乎每一位學(xué)生，為走進(jìn)智能時(shí)代的未來(lái)社會(huì)奠基，所以人工智能教育應(yīng)該普及。人工智能科學(xué)研究和技術(shù)迭代發(fā)展迅猛，因此人工智能教育的內(nèi)容、載體、技術(shù)路徑等有較強(qiáng)的動(dòng)態(tài)性。人工智能是一門(mén)交叉綜合的學(xué)科，我們要挖掘?qū)W科交叉點(diǎn)，發(fā)揮綜合教學(xué)的價(jià)值。其落地實(shí)施要以學(xué)生為本，依據(jù)啟蒙理性、啟迪智慧、啟示威脅的定位，對(duì)人工智能的知識(shí)框架、技術(shù)線(xiàn)路等內(nèi)容加以選擇，設(shè)定適合的要求。把握人工智能教育的普及性、動(dòng)態(tài)性、綜合性和選擇性，是制定實(shí)施策略的前提。

2.嵌入關(guān)聯(lián)的國(guó)家課程

日前，教育部在回復(fù)政協(xié)的中小學(xué)人工智能教育提案中明確指出，人工智能的相關(guān)教學(xué)內(nèi)容在科學(xué)、信息技術(shù)、綜合實(shí)踐活動(dòng)等課程中有呈現(xiàn)。學(xué)校應(yīng)加強(qiáng)教師人工智能專(zhuān)業(yè)知識(shí)培訓(xùn)，開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)技術(shù)產(chǎn)品和平臺(tái)的實(shí)訓(xùn)，強(qiáng)化普及性的編程和應(yīng)用人工智能的實(shí)踐教學(xué)。

不僅如此，由于人工智能與數(shù)學(xué)、生物等國(guó)家課程密切關(guān)聯(lián)，如機(jī)器學(xué)習(xí)中線(xiàn)性回歸和基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)的分類(lèi)與數(shù)學(xué)課程、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)原理與生物課程等，人工智能教育需要發(fā)揮知識(shí)交叉綜合的優(yōu)勢(shì)，將基礎(chǔ)概念、基本原理嵌入到關(guān)聯(lián)課程的相關(guān)內(nèi)容中，既為國(guó)家課程學(xué)習(xí)創(chuàng)設(shè)了人工智能的情境，促進(jìn)知識(shí)的理解和應(yīng)用，又為人工智能開(kāi)蒙去昧，認(rèn)識(shí)基本原理、體悟思想找到扎實(shí)的基礎(chǔ)。

3.融合學(xué)校的其他課程

人工智能的科學(xué)原理、技術(shù)手段和社會(huì)應(yīng)用等還與學(xué)生的多個(gè)學(xué)習(xí)領(lǐng)域相關(guān)，學(xué)校應(yīng)加以整體設(shè)計(jì)，在諸多課程中融合人工智能教育。如在語(yǔ)文課程上開(kāi)設(shè)人與智能設(shè)備關(guān)聯(lián)的科技文學(xué)作品閱讀及寫(xiě)作，歷史課程中回溯技術(shù)變革、展望發(fā)展帶來(lái)的深刻社會(huì)影響，道德與法治課程中角色扮演，揭示人工智能應(yīng)用帶來(lái)的道德和倫理挑戰(zhàn)等。學(xué)校要從科技和人文等多個(gè)視角，為中小學(xué)生人工智能教育啟蒙，奠定知識(shí)技能、思想方法和道德責(zé)任的基礎(chǔ)。

4.開(kāi)展技術(shù)實(shí)踐賦能學(xué)生特長(zhǎng)發(fā)展

對(duì)于學(xué)有余力并有志于人工智能探究學(xué)習(xí)的部分學(xué)生，項(xiàng)目或問(wèn)題式教學(xué)是個(gè)有效的策略。如水果無(wú)人零售項(xiàng)目是學(xué)校人工智能校本課程的一個(gè)專(zhuān)題，學(xué)生們經(jīng)歷人工智能模型訓(xùn)練的一般過(guò)程：采集整理一定量的各種水果圖片，手動(dòng)標(biāo)注水果類(lèi)別的標(biāo)簽，選取通用的目標(biāo)分類(lèi)算法，借助人工智能平臺(tái)訓(xùn)練水果識(shí)別模型，驗(yàn)證評(píng)估模型識(shí)別性能;了解機(jī)器學(xué)習(xí)的基本類(lèi)型，理解監(jiān)督學(xué)習(xí)的原理，認(rèn)識(shí)線(xiàn)預(yù)測(cè)和分類(lèi)的基本算法，體會(huì)機(jī)器從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)規(guī)律和事物特征的奧秘;再結(jié)合開(kāi)源的軟硬件裝置，編程調(diào)用智能模型，解決智能識(shí)別水果自動(dòng)稱(chēng)重計(jì)價(jià)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人零售的功能。在技術(shù)實(shí)踐中，專(zhuān)業(yè)的原理滲透在問(wèn)題解決的過(guò)程中，分專(zhuān)題漸進(jìn)學(xué)習(xí)相關(guān)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，基礎(chǔ)知識(shí)技能和基本方法與項(xiàng)目問(wèn)題實(shí)際解決相結(jié)合，編程調(diào)試、項(xiàng)目作品制作等一系列綜合性的學(xué)習(xí)活動(dòng)，賦能學(xué)生的特長(zhǎng)發(fā)展，為培養(yǎng)創(chuàng)新型人才奠定基礎(chǔ)。

總之，人工智能教育應(yīng)面向每一位中小學(xué)生，結(jié)合學(xué)校課程教學(xué)的實(shí)際，開(kāi)蒙啟智普及展開(kāi);立足國(guó)家課程框架，采取嵌入與融合等切實(shí)策略有效實(shí)施，為智能時(shí)代培養(yǎng)有理性、有智慧和有道德責(zé)任的公民。

注：本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“中學(xué)人工智能啟蒙課程的區(qū)域設(shè)計(jì)和實(shí)施的研究”（課題編號(hào)： D /2020/02/74）階段性成果

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