开蒙启智 嵌入融合——论人工智能教育的定位与实施策略

李 岩

在互联的环境日渐形成，大数据、云计算等技术日益发展的基础上，历经半个世纪的人工智能科学研究在近十年取得重大突破，迎来又一个春天。人工智能技术迅速而又广泛的应用，对人类社会产生了重大且深远的影响。在政策引导、多方参与和基层探索中，人工智能教育呈蓬勃之势。但由于定位模糊，义务教育阶段人工智能教育内容分化、形式纷繁、目标模糊等问题较为突出。在国家课程框架下厘清定位成为人工智能教育的当务之急。

潮起浪涌的人工智能教育

人工智能的发展始终受到国家的高度关注，写入了2016年“十三五”规划纲要和2017年全国两会政府工作报告。《新一代人工智能发展规划》《教育信息化2.0行动计划》等宏观政策发布，课程政策持续跟进，中小学人工智能教育潮头渐起。

人工智能展现出的强大能力和美好前景，为人工智能教育描绘了一个由技术价值向教育市场拓展的蓝海，引来众多资本参与。涵盖科普教育、科创竞技、社团活动、课程教学等，人工智能教育的市场迅速扩展，推动人工智能教育在校外和校内展开。

2019年教育部装备中心、中央电教馆发布相关研究成果，组织实验校开展课程教学探路。北京、上海、温州、南京、广州、青岛等较早开展区域探索，初具规模。一批学校先行实验，结合自身的特点和优势，以不同的路径，开展了人工智能教育教学尝试。

应当说，政策引导、市场参与和多层级探索合力，推动了人工智能教育破冰开局。但也必须清醒地认识到，由于政策宏观性、市场趋利性，以及部门、区域或学校初期探索尚不完备，人工智能教育潮起浪涌之际也遇到一些问题，甚至还有鱼目混珠的现象。

人工智能教育实施逻辑的审视

人工智能教育健康、持续地实施，有必要审视实施开展中内容各异、形式多样等现象，分析找寻其背后的逻辑。

1.体验和应用导向的“黑箱”逻辑

人工智能教育的实施多以成套的产品（系统）和日常应用技术的体验形式为主，满足了学生的好奇心，激发学习热情。随着技术发展、相关部件开源发布，如AI摄像头、语音识别板卡等，一些开放接口的AI模型训练平台推出，人工智能技术产品大量应用于科创课程、创客教育、STEM教育项目，实现了作品智能化应用。体验和应用便于实施，能展示人工智能的价值和作用，丰富学生经验。但人工智能被视为拿来即用的工具，其输入与输出是关注的重点而非内部的结构和运作原理，在这里人工智能是一个“黑箱”。因而体验和应用导向容易受到“是不是”人工智能教育的质疑。

2.知识系统主导的学科逻辑

人工智能作为计算机学科的一个分支，与数学、生物学、信息学等多个学科深度交叉。有学者建议按照美国“K-12人工智能教学指南”的五个主题：“感知、表示和推理、机器学习、人机交互、社会影响”组织实施。也有部分中小学或有专业的师资，或与高校科研机构合作，选择预测、分类、机器学习、图像识别、语音识别等基础知识板块和典型应用等组织教学。上述的框架虽有组织视角的不同，但基于人工智能学科严谨的体系，保持学科知识专业性是两者的共同特点，其目的是让学生“知其所以然”。与新修订的高中信息技术课程“人工智能初步”模块相比，更为强调人工智能学科的逻辑。这不仅有教学实施的难度，也有专业教育之嫌。

3.编程发展计算思维的逻辑

以编程为主要形式的人工智能教育，在中小学校尤其是校外培训目前最为普遍。学生通过学习编程语言规范、基本概念和基础方法，进行图形化或代码编程实验，训练智能模型并调用识别手势、手写字体或语音控制等，锻炼程序设计的基本能力。学生经历编程解决问题的过程，体悟按计算机科学的概念、方式对复杂问题进行分解、抽象、概括、算法设计、评估，进而加以解决的计算思维，在循环、递归、迭代等编程活动中发展计算思维。计算思维是信息技术学科素养的重要构成，编程是信息技术学科的重要内容和学习形式。编程发展计算思维对人工智能教育有支持作用，但它们聚焦的核心确有显著的差异，无法替代。

开蒙启智的人工智能教育定位

教育的使命是面向学生未来发展，义务教育阶段实施人工智能教育应启蒙理性，培养智能时代的公民而非技术的“操作员”；应启迪智慧，培养学生人工智能思维和问题解决方法而非学科的“专业人”；应启示威胁，明晰人工智能带来的影响和挑战，不做智能时代的“旁观者”。

1.启蒙：培养智能时代的理性公民

今天，中小学生在体验和享受指纹解锁、人脸识别、听歌识曲、看花知名、扫图成文等日常的应用服务中，常常为人工智能技术的神奇所惊叹，被技术的“魅力”所吸引，容易形成片面认知，对技术产生“膜拜”。这也正是“黑箱”逻辑潜在的最大弊端。教师应该通过人工智能发展的历程、典型技术和人物的介绍，引导学生确立人是技术创新主体的观念，适度打开人工智能的“黑箱”，学习人工智能科学的基础知识、基本原理，在知识上“去昧”，应用人工智能技术时主动选择、比较不同的产品，在观念上“祛魅”，经过启蒙而成为未来智能时代的理性公民。

2.启迪：汲取人工智能思维和问题解决方法的智慧

人工智能以数据为学习对象，运用机器学习、神经网络和深度学习等方式训练生成诸如分类、识别乃至于推理、类人化交互等智能模型，不仅有实用的工具价值，还有丰厚的教育价值。教师要引导学生走进监督学习等可行的典型性技术实践，体悟人工智能思维和解决问题的智慧，了解其不同于工业经济时代强调因果关系的确定性思维模式，也不同于互联网经济大数据的计算思维模式。教师要让学生感受人工智能以动态的世界中不确定性问题的解决为目标，人工智能思维超越确定性思维和计算思维，在既有常识和逻辑规则框架下，发现并形成一套知识表征的观念及相应的推理引擎，如围棋的新定式、蛋白质结构预测等，生成新知识观念、新规则框架，从而为复杂的、不确定性的问题解决开创新的思维模式、提供更强大的工具。这样的启迪对发展中小学生的世界观、知识观、技术观，促进其智慧生长大有裨益。

3.启示：认识人工智能发展应用的影响和潜在威胁

如今，人工智能的广泛应用对工作岗位产生了巨大影响，形成就业与转业问题，如机器人代替流水线上的工人、无人驾驶在区域试行已经成为现实等。人们使用信息化设备检索信息、计算判断、决策选择，背后的人工智能系统可能会构建一个“信息蚕房”，让人们陷落在人为构造的智能系统之中，引发人与智能技术之间的多元主体关系的混乱。近期，国家处罚了一些运用人工智能算法“杀熟”牟利的大型垄断平台。国外一些不法分子采用“人脸交换”智能技术，制造假视频和假新闻引发重大舆情，负面影响巨大。信息时代个体的行为信息被各种传感器大量精准地获取并云端存储，成为人工智能系统分析的“素材”，对个体的所有数据进行关联分析和推理，将导致个体的隐私无处可藏。信息一旦泄漏，个人和家庭的日常生活、财产、社会声誉甚至安全等出现重大的风险敞口。人工智能教育应引导学生，关注身边人工智能技术滥用的危险，警惕人工智能的数据采集与分析引发的隐私泄漏等风险，以主体的身份参与智能技术的评价、选择，成为智能时代的共建者。

嵌入融合的人工智能教育实施策略

1.立足人工智能教育议题的特点

人工智能教育是当代的教育议题之一，关乎每一位学生，为走进智能时代的未来社会奠基，所以人工智能教育应该普及。人工智能科学研究和技术迭代发展迅猛，因此人工智能教育的内容、载体、技术路径等有较强的动态性。人工智能是一门交叉综合的学科，我们要挖掘学科交叉点，发挥综合教学的价值。其落地实施要以学生为本，依据启蒙理性、启迪智慧、启示威胁的定位，对人工智能的知识框架、技术线路等内容加以选择，设定适合的要求。把握人工智能教育的普及性、动态性、综合性和选择性，是制定实施策略的前提。

2.嵌入关联的国家课程

日前，教育部在回复政协的中小学人工智能教育提案中明确指出，人工智能的相关教学内容在科学、信息技术、综合实践活动等课程中有呈现。学校应加强教师人工智能专业知识培训，开展专项技术产品和平台的实训，强化普及性的编程和应用人工智能的实践教学。

不仅如此，由于人工智能与数学、生物等国家课程密切关联，如机器学习中线性回归和基于数据统计的分类与数学课程、神经网络原理与生物课程等，人工智能教育需要发挥知识交叉综合的优势，将基础概念、基本原理嵌入到关联课程的相关内容中，既为国家课程学习创设了人工智能的情境，促进知识的理解和应用，又为人工智能开蒙去昧，认识基本原理、体悟思想找到扎实的基础。

3.融合学校的其他课程

人工智能的科学原理、技术手段和社会应用等还与学生的多个学习领域相关，学校应加以整体设计，在诸多课程中融合人工智能教育。如在语文课程上开设人与智能设备关联的科技文学作品阅读及写作，历史课程中回溯技术变革、展望发展带来的深刻社会影响，道德与法治课程中角色扮演，揭示人工智能应用带来的道德和伦理挑战等。学校要从科技和人文等多个视角，为中小学生人工智能教育启蒙，奠定知识技能、思想方法和道德责任的基础。

4.开展技术实践赋能学生特长发展

对于学有余力并有志于人工智能探究学习的部分学生，项目或问题式教学是个有效的策略。如水果无人零售项目是学校人工智能校本课程的一个专题，学生们经历人工智能模型训练的一般过程：采集整理一定量的各种水果图片，手动标注水果类别的标签，选取通用的目标分类算法，借助人工智能平台训练水果识别模型，验证评估模型识别性能；了解机器学习的基本类型，理解监督学习的原理，认识线预测和分类的基本算法，体会机器从数据中学习发现规律和事物特征的奥秘；再结合开源的软硬件装置，编程调用智能模型，解决智能识别水果自动称重计价，实现无人零售的功能。在技术实践中，专业的原理渗透在问题解决的过程中，分专题渐进学习相关的专业知识，基础知识技能和基本方法与项目问题实际解决相结合，编程调试、项目作品制作等一系列综合性的学习活动，赋能学生的特长发展，为培养创新型人才奠定基础。

总之，人工智能教育应面向每一位中小学生，结合学校课程教学的实际，开蒙启智普及展开；立足国家课程框架，采取嵌入与融合等切实策略有效实施，为智能时代培养有理性、有智慧和有道德责任的公民。