[摘要]人工智能（AI）技术的飞速发展与广泛应用，对公民素质提出了新的要求，编程能力、计算思维及对智能化社会的深度认知，成为人工智能时代学生信息素养内涵的重要内容。伴随信息技术的发展，基础教育阶段信息技术课程目标的演进及STEM教育、创客教育等新型教育实践的展开，为推广AI教育提供了充足准备。基础教育阶段AI教育的目标应定位于培养学生的编程能力与计算思维，教学内容要侧重于人工智能技术的应用，内容选择、难度等级需符合基础教育各学段学生的年龄特征及知识基础。应用探究式教学深度融入科学、信息技术、综合实践活动等课程，是人工智能教学实施的主要路径。开展师资专业培训、推进课程体系建设、对接高校及社会培训机构，是建设校本人工智能教学资源的主要策略。

[关键词]人工智能,AI教育,AI课程与教学,计算思维,编程能力,人机协同,信息素养

一、引言

人工智能（ArtificialIntelligence，AI）是信息科学领域最前沿的学科之一，经历60余年的发展之后，AI对医疗、交通、商业、航天、农业等领域产生重大影响。根据麦肯锡国际咨询公司的数据调查研究，基于当前人工智能技术的发展水平，大约45%的职业的工作者会失业。智能机器的诞生，改变了传统的工业和农业生产方式，代替人类做单调重复性工作，帮助人类节省时间和精力投入到创造性工作中去，极大地提高了生产和工作效率，这也必将影响到我国未来的人才培养和就业。因此，人工智能的突破性进展是人类发展史上一个重大转折，人类的思维方式和工作方式将发生重大转变，将推动信息时代进入人工智能时代，信息社会向智能化社会转型。

当前，推进学生学习人工智能技术、形成人工智能学科的话语体系和思维方式非常紧迫。在学生发展个性化、社会发展智能化的今天，信息技术教育的培养目标、内容、方式和评价都需要顺应AI时代之变迁，以符合国家人才战略需求。而培养符合智能化社会需求的创新人才，需具备良好的计算思维、编程能力和对智能化社会的深度认知。

二、人工智能时代信息素养内涵的转型

（一）智能化社会要求学生的信息素养内涵进行转型与再造

1. 计算思维是智能化社会公民的重要素养

2017《美国国家教育技术计划》对新时期学习目标的描述是：让所有学习者都能参与并提升校内外学习体验，使其成为全球网络社会中积极并具有创造力、渊博知识和道德规范的参与者，将创造力放在学习目标的首要位置。

2. 编程能力是实现创造力培养的重要支撑

《2017地平线报告（基础教育版）》指出，STEM教育能将计算机知识、解决问题和创造力结合起来，将成为增强国家经济实力的重要方式。

3. 适应“人机协同”工作需要，掌握与学会与机器人协作的技能

剑桥大学风险评估研究中心的联合创始人LordMartinRees表示，人工智能引发的将不仅是蓝领工作即将消失，学校、家长与社会更应关注未来就业市场的变化。

人工智能的快速发展，将给劳动力市场带来重大变化，有些工作岗位会被机器人取代，同时也会有新的工作机会产生。总之，智能机器人将改变劳动力市场，了解机器人能做的工作及掌握“人机协同”工作的本领，将是未来学生的必备素养，学校应帮助学生提前做好准备，以适应人工智能时代的快速发展。

三、人工智能教育的目标定位

伴随着社会的信息化与智能化发展进程，信息技术课程在中小学课程体系中的定位及学习目标也在不断变迁。

（一）中小学信息技术课程的变迁

1.20世纪80年代，我国的信息技术教育被称作“计算机教育课程”，专业化教育成分较重，分为计算机工作原理、编程语言、软件和硬件结构、数据库管理等几个模块。20世纪90年代，“计算机教育课程”由专业化向大众化过渡，主要教学内容包括文字处理、表格处理、幻灯片制作、信息检索、绘图等，旨在培养学生检索、收集、组织、创造和传递信息的能力，进入21世纪后，信息技术发展更加迅速，继提出“计算机操作水平”之后，2003年的信息技术课程标准进一步提出“信息素养”是21世纪公民的必备素养，信息技术课程成为中小学必修课程。

2.信息术课程体系中AI相关内容设置的演进

通过对不同时期信息技术课程标准的梳理与比较，我们能够更为清晰地看出中小学信息技术课程教学目标的发展脉络及AI相关内容设置的演变。在机器人教育领域，小学阶段只要求学生了解机器人及相关制作，在初中阶段则强调机器人的设计与制作，在高中阶段除要求学生自主开发简单的机器人之外，还关注技术能力与人文素养的双重构建。

（二）AI教育的目标定位

1. 全面推进AI教育，应主要指向培养学生编程能力与计算思维

在教育信息化发展的初期，信息技术教育侧重于培养学生单纯的计算机操作技能，让学生体会到计算机是一门实用的工具。但随着信息技术的快速发展和一系列新型教育实践的展开，信息技术教育更应关注学生的信息素养，旨在培养具有较高信息素养的新时代合格公民。编写程序的过程也是塑造大脑的过程，它能使人的大脑运转更高效，也是目前培养学习者计算思维的必经之路。

2. 中小学阶段的AI教育内容，应侧重于人工智能技术及运用

2017版《义务教育小学科学课程标准》，将科学课程内容分为四个主题：“科学探究”，“生命科学”，“物质科学”、“地球和宇宙”，“技术与工程。若按学段来划分技能的培养目标，小学生应主要是体验人工智能技术产品，初中生可进行简单编程和对智能设备实现控制，高中生则要在人工智能技术上进行较高层次的设计。

四、国内外AI课程与教学实施的实践探索

除信息技术课程中包含的人工智能模块之外，我国基础教育阶段的科学课、STEM教育和创客教育中，也包含内容丰富的人工智能相关的教学内容。

（一）我国STEM教育与创客教育中的人工智能教学实践探索

1. STEM教育对人工智能技术的引介

STEM教育在于鼓励学生利用科学、工程、技术、数学之间的关联性知识解决问题，鼓励学生将不同学科中的思想、方法综合起来，解决实际问题，它打破学科壁垒、促进学科融合。

2. 创客教育中人工智能技术的应用

自2014年起，创客教育在全国中小学逐渐开展起来，并建立了大量的创客教育实验室。创客教育和STEM教育一样，都是基于学科融合的跨学科项目式教学模式，以期达成创新教育的目的。随着创客教育和STEM教育的开展，编程、机器人等已经进入广大师生的视野，并激发了学生的创作热情。

我们认为，人工智能技术在综合课程中应体现为三个方面的用途：（1）作为发现问题的途径，比如，Scratch的传感器功能，可以动态描述物理问题中的运动轨迹，引发新问题；（2）作为解决实际问题的工具，比如，编程语句可以解决复杂的数学问题；（3）作为把创意转变为现实的工具，比如，利用Arduino自制传感器。

五、基础教育阶段AI课程与教学实施的策略与路径

人工智能时代信息素养的培养要以课程实施为基础，基于前述AI教育的目标定位及国内外的实践探索，我们可以看出：人工智能相关的教学内容在不同的阶段从内容、难度、深度等方面都要与相应学段学生的年龄特征、知识基础相匹配。学生要能触及并在一定程度上掌握自然语言理解、智能识别、机器人技术等业已广泛应用的人工智能技术的实现形式、基本原理。

（一）AI相关教学内容的设置建议

当前，人工智能涉及到的原理、技术主要包含以下九方面内容：（1）人工智能基础：概念、发展历程、主要流派、研究领域、最新发展等；（2）程序设计语言和工具；（3）数据和知识的表示方法：认识状态空间法、理解问题归纳法、认识谓词逻辑法、认识语义网络法、一阶谓词逻辑表示法；（4）搜索原理与推理技术：推理的基本概念、推理的逻辑基础、自然演绎推理、归纳演绎推理、基于规则的演绎推理、盲目搜索、启发式搜索、遗传算法；（5）机器学习：定义、研究意义与发展历史、主要策略与基本结构、基于解释经验的学习、基于事例的学习、基于概念的学习、基于类比的学习、基于神经网络的学习；（6）专家系统：基本概念、基本结构、新进展、专家系统的开发及应用实例；（7）自然语言理解（NLU）：NLU系统应用举例、语音识别、句子自动理解、语言的自动生成和文本的自动翻译；（8）智能控制：智能控制概述、智能控制的研究领域；（9）理解规划的作用和任务、基于谓词逻辑的规划等。

（二）AI教学实施的策略与路径

1. 深度融入科学、信息技术、综合实践活动等课程

2017年2月，教育部印发的《义务教育小学科学标准》明确指出：科学素养是指了解必要的科学技术知识及其对社会和个人的影响。很显然，AI课程应属于“必要的科学技术知识”，且人工智能对社会与个人的影响很容易被学生体验到。所以，小学段科学课程将成为支撑人工智能相关内容教学的重要载体。初中及高中学段现已设置技术类课程，初中的信息技术课程业已包含了人工智能模块。高中学段的技术类课程包含有信息技术、通用技术两大类，信息技术课程亦包含人工智能初步模块，通用技术中则明确规定了关于机器人的相关教学内容。

2. 探究式教学是AI教学的主要策略

人工智能相关内容具有极强的跨学科性，是对数学、物理、工程等学科相关知识的集成与交叉。

在STEM教育和创客教育过程中，探究式教学业已成为普遍采用的教学策略。我们需引起重视是，在这些课程教学中，应引导对人工智能兴趣度高的学生参加相关竞赛，以此激发学生探究的深广度。在STEM教育和创客教育过程中，探究式教学业已成为普遍采用的教学策略。我们需引起重视是，在这些课程教学中，应引导对人工智能兴趣度高的学生参加相关竞赛，以此激发学生探究的深广度。

六、AI课程教学实施的资源保障

在当今和未来社会，最重要的是人的智能，以及人与机器共同组成的、互动和互补的“协同智能”，即有机智能和无机智能的组合。虽然我国在过去十多年已经对人工智能教育进行了初步的探索，但是人工智能课程体系还不够完善，人工智能教育的师资和教学资源还比较匮乏，人工智能教学体现在基础教育中理论和应用还不够充分。所以，促进人工智能教育变革，培养学生的创新思维能力和计算思维能力，需要各级教育机构间的密切配合，更需要一线教师围绕人工智能教育的环境、工具、课程、活动等领域，开展扎实有效的研究与科学实践。

（一）专任教师培训与课程体系建设

AI教育需要大批具备综合素质的专业教师。目前，我国中小学人工智能相关内容的教学工作以信息技术教师承担为主，信息技术教师对计算机和其他先进设备具有较强的应用能力，能够在编程、电子器件方面给学生基本的指导，但很多老师的知识理论储备和计算机操作技能距离专业水平还有一定的差距，专业的人工智能教师则比较匮乏。由于不同地区发展不平衡，各个学校的软硬件设施和师资力量也不均衡，除部分发达地区之外，多数地区还没有与教学相适配的实验室，且国内机器人制作与竞技还未普及。对于一些条件不具备的学校，AI教育中的部分内容，可以采用网上仿真编程等方式进行。

（二）通过对接高校及与社会培训机构合作，将AI相关课程引入基础教育

在人工智能课程资源建设方面，我们可以借鉴英美等国的做法，与高等教育机构合作。相较于中小学，高校有较好的人工智能课程建设经验，高校对于人工智能课程建设和实践教学的经验，可以转化或迁移应用于中小学。对接高校的做法，不仅能加快师资教学力量的建设，加快中小学AI课程框架的搭建。

当前，社会培训机构在人工智能教学资源建设方面业已形成较为丰厚的积累，如，儿童科技企业“葡萄教育”的小学编程方案、编程教室，还有“编程猫”编程课程，已经在一些中小学甚至高校落地。其中“编程猫”为儿童设计了九级编程课程体系，涵盖图形化游戏编程、算法与数据结构、Python编程语言、概率论基础及弱人工智能产品开发等。经过这九个级别的逐步深入学习，学生能够在每一级学习结束之后制作出相应的作品。由于基础教育阶段讲授人工智能课程的教师没有经过系统的培训，在开发课程、教学方法、指导学生方面都有很大提升空间，因此，学校可以结合高校及社会培训机构已有的课程内容，开发一些校本人工智能课程。