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中小學人工智能教育教什么
——以《深圳市義務教育人工智能課程綱要（修訂版）》為例
文_顧榮楨1 李惠乾1 余峻展2 謝作如3 鐘柏昌1*
（1. 華南師范大學教育信息技術學院；2. 深圳市致理中學；3. 溫州市科技高級中學；*通訊作者）
中小學人工智能課程的內容與學業要求
按照中小學階段學生的認知發展規律，課程內容設計應體現出循序漸進和螺旋式發展的特征[31]。因此，中小學人工智能課程的內容設計需要實現鄰近學段之間的有機銜接，同時避免盲目求新、求深、求全[9]。此外，作為一門多學科交叉融合的課程，中小學人工智能課程應加強與其他學科課程的整合[22]，讓學生深刻感受人工智能是如何滲透在其他學科，以及日常生活中的[32]。
基于此，《綱要》吸納國內外人工智能前沿的研發與應用成果，將中小學人工智能課程學習劃分為4個學段（1—8年級）。其中，第一學段（1—2年級）側重于直觀感受和體驗，以激發學生對人工智能的興趣為主；第二學段（3—4年級）和第三學段（5—6年級）強調在體驗的過程中初步接觸人工智能基本概念及原理，探索利用人工智能解決問題的過程和方法；第四學段（7—8年級）則進一步深化對人工智能原理的理解，強化學生利用人工智能解決問題的實踐能動性。同時，課程設計注重從跨學科視角規劃各階段學習內容，促進數學、物理、信息科技等學科知識的同步累積，實現人工智能技術與各學科知識的融會貫通。此外，針對當前人工智能課程課時緊缺的情況，課程設計了選學內容（內容與學業要求中標有*的內容），以供各學校結合本校實際開展第二課堂（如430課堂）教學，幫助學生完整學習人工智能課程內容。各學段具體的課程內容與學業要求如下。
一
第一學段（1—2年級）
數學知識是人工智能的重要學習基礎之一。考慮到1—2年級學生尚處于認識數字與培養數感的初級階段，人工智能學習的知識儲備較為薄弱，故本學段課程內容不宜涉及較為抽象的人工智能技術基礎、機器學習與深度學習模塊相關內容，僅設立“人工智能概述”與“人工智能倫理與社會”2個模塊，引導學生建立對人工智能的初步認知。其中，“人工智能概述”模塊旨在引導學生初步了解人工智能的概念及其實際應用價值。“人工智能倫理與社會”模塊與“人工智能概述”模塊的技術與應用緊密相關，旨在引導學生初步認識人工智能對人類和社會的影響。
一
第二學段（3—4年級）
在本學段，學生通過信息科技和數學課程學習具備了一定的數據知識基礎，故引入人工智能技術基礎的相關內容，為后續的機器學習和深度學習項目實踐奠定基礎。“人工智能概述”模塊旨在引導學生了解人工智能的基本特征、發展過程及其在國家各領域發揮的作用，以更為全面地掌握人工智能知識。“人工智能技術基礎”模塊旨在引導學生認識數據在人工智能中的作用，掌握數據的采集與處理方法。“機器學習與深度學習”模塊內容對應中小學人工智能教育的五級進階框架的第一層“體驗級”，旨在引導學生認識機器學習的概念，掌握調用人工智能模型制作簡易智能交互系統的方法，進而培養人工智能思維。“人工智能倫理與社會”模塊與“人工智能概述”模塊相呼應，強調人工智能與人類、社會的相互作用，旨在引導學生初步培養人工智能安全與倫理意識。
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圖2 “體驗級”項目制作示例
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一
第三學段（5—6年級）
本學段學生的認知發展處于從具象思維到抽象思維的過渡時期。為平衡具象內容和抽象內容的關系，“人工智能概述”模塊突出人工智能抽象概念的學習，旨在引導學生辨析機器智能與人類智能的異同，了解人工智能的核心技術途徑、主要流派和關鍵技術，同時與時俱進增加了生成式人工智能和智能體相關內容。“人工智能技術基礎”模塊新增了算法部分，旨在引導學生理解算法與人工智能的關系，并圍繞數據集這一概念進一步理解數據在人工智能中的作用，掌握整理數據、構建數據集等方法。“機器學習與深度學習”模塊對應中小學人工智能教育的五級進階框架的第二層“理解級”與第三層“應用級”，在廣度和深度上相比第二學段有明顯提升，旨在引導學生辨別常見的機器學習類型，理解監督學習的一般過程，并運用人工智能平臺和簡易開發工具完成模型訓練，制作具有特定功能的智能交互系統以解決簡易問題。為呼應本學段其他模塊的學習，“人工智能倫理與社會”模塊新增人工智能倫理道德和人工智能社會規范兩部分內容，旨在引導學生正確看待人工智能對人類和社會的影響，合理、合法使用人工智能技術，進一步培養人工智能情感。
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圖3 “”項目制作示例
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一
第四學段（7—8年級）
作為與高中人工智能教育相銜接的重要階段，本學段的課程難度整體上有所提高。“人工智能概述”模塊旨在引導學生理解人工智能關鍵技術的基本原理與應用方法，應用以生成式人工智能為代表的各類技術解決實際問題，并了解人工智能技術最新發展態勢。“人工智能技術基礎”模塊實現了數據、算法和算力三大技術基礎的全面教學，與同一學段信息科技課程相關知識的學習形成聯動，旨在引導學生認識算力與人工智能的關系，掌握數據集的劃分方法，了解人工智能算法的常見類型。同時，參考“101”計劃《人工智能引論》對算法類型進行細致劃分，為后續更高層次的人工智能知識學習奠定基礎。“機器學習與深度學習”模塊對應中小學人工智能教育的五級進階框架的第三層“應用級”與第四層“綜合級”，新增了深度學習相關內容，旨在引導學生了解深度學習的含義與特征，辨析深度學習與神經網絡的關系，掌握傳統機器學習算法的訓練推理過程與深度學習的一般過程，應用人工智能技術解決復雜現實問題。“人工智能倫理與社會”模塊的思辨性相比第三學段進一步增強，旨在引導學生理解在人工智能開發與應用過程中人類的主體地位，提升學生的自主可控意識。
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圖4 “應用級”項目制作示例
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圖5 “綜合級”作品示例
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小結
作為中小學人工智能教育的指導性文件，《綱要》結合人工智能學科特色，遵循學生的認知發展規律和人工智能素養發展需求，從跨學科課程整合視角設計了螺旋上升的課程內容體系，為中小學人工智能課程內容的系統化設計提供了參考，為教師的人工智能課程教學實踐提供了有力支持。在新一代人工智能技術飛速發展的背景下，教師也應不斷提高自身的人工智能素養，強化基于人工智能的情感化人能力、跨學科教學創新能力、合作育人能力及教學問題發現能力[33]，以確保人工智能課程有效落地實施，培養出能夠適應并引領智能時代發展的未來公民。
參考文獻
[29] 謝作如，方建文．讓學生真正理解數據、算法和算力——談新一代人工智能教育教什么和怎么教[J]．中小學信息技術教育，2023，（06）：8-10．
[30] 鐘柏昌，顧榮楨．中小學人工智能教育的五級框架——以“停車場自動抬桿系統的優化”案例為例[J]．中國科技教育，2024，（04）：14-20．
[31] 李鋒，李冬梅，魏雄鷹，等．發展關鍵能力提升數字素養與技能——《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》的內容設計與實施建議[J]．教師教育學報，2022，9（04）：55-62．
[32] 李樹英．澳門中小學開展人工智能教育的經驗、問題與未來舉措[J]．現代遠程教育研究，2022，34（04）：41-46+54．
[33] 鐘柏昌．教師智能素養的四大能力支柱[J]．中小學數字化教學，2024，（08）：1．■
完結
《中國科技教育》（CN 11-4765/N、ISSN 1671-4350）是由中國科協主管、中國青少年科技教育工作者協會主辦的國家級期刊，是目前唯一專注于服務廣大科技教育工作者的專業性、綜合性刊物。雜志始終致力于推動科教融合，引領青少年科技教育發展方向，服務教育、科技、人才一體化發展，通過提供權威、豐富、生動的國內外科學教育研究成果和案例，賦能中國青少年科技教育發展和科技教師隊伍建設。
《中國科技教育》已入駐中國知網、維普網、龍源期刊網等權威數據庫，是中國科協認定的領域權威期刊。經過多年的發展，雜志已經成為廣大科技教育工作者獲取國家教育科技人才政策信息的重要窗口，探索校內外科技教育改革理論與實踐的互動交流平臺，提供最新科技教育資源的服務載體，以及展現國內外科技教育發展動態的資訊匯聚平臺。
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來源 | 《中國科技教育》2024-12，文章編輯：畢晨輝
編輯、排版 | 孟想