中小学人工智能课程群建设的一种跨领域开放框架

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摘要：摘要：我国选择了人工智能作为新一轮产业革命的突破口之一，很多研究者已经在中小学人工智能课程的建设与探索上做出了贡献。随着人工智能课程在中小学的推进，课程建设中存在的问题日益显现。该文从人工智能本体知识领域认识出发，提出了中小学人工智能课程

　　摘要：我国选择了人工智能作为新一轮产业革命的突破口之一，很多研究者已经在中小学人工智能课程的建设与探索上做出了贡献。随着人工智能课程在中小学的推进，课程建设中存在的问题日益显现。该文从人工智能本体知识领域认识出发，提出了中小学人工智能课程群建设一种可能的跨领域开放框架，分主干学科科目组、基础学科科目组、应用领域科目组，突破了单一学科实施途径，力求充分发挥已有学校课程在智能时代可能的育人价值，彰显人工智能课程的基础性、跨领域特征。

　　关键词：中小学教育;人工智能课程;校本课程

　　一、研究背景

　　一个国家的崛起，一方面依赖于国民素养不断的提升，另一方面与社会生产力的变革密切关联。人类社会自从发展到工业社会阶段，蒸汽机、电气、集成电路与网络等关键技术的发明，促进了世界生产力的阶段性飞跃。在现代制造业基础上的人工智能发展，已然成为引领下一轮产业革命的重要契机。2019年5月16日，国际人工智能与教育大会在北京召开。国家主席习近平在贺信中明确指出：“培养大批具有创新能力和合作精神的人工智能高端人才，是教育的重要使命”[1]。

　　2017年国务院就发布了《新一代人工智能发展规划》，明确了发展的战略目标： “到2025年，人工智能基础理论实现重大突破，部分技术与应用达到世界领先水平，人工智能成为我国产业升级和经济转型的主要动力，智能社会建设取得积极进展;到2030年，人工智能理论、技术与应用总体达到世界领先水平，成为世界主要人工智能创新中心”[2]。2019年4月11日，教育部发布了《高等学校人工智能创新行动计划》，从前沿创新、人材培养、科技成果转化与示范应用提出了具体的行动目标，明确指出了人工智能人材培养中专业领域的复合性、教育体系的多层次[3]。

　　教育部发布2017版《普通高中信息技术课程标准》中将人工智能作为“选择性必修”模块的学习内容，能力目标层次定为“通过本模块的学习，学生应该了解人工智能的发展历程及其概念，能描述典型人工智能算法的实现过程，通过开发简单的智能技术应用模块，亲历设计与实现简单智能系统的基本过程与方法，增强利用智能技术服务人类发展的责任感”[4]。基礎教育领域也在积极行动，各地已经出版了多套中小学学段的《人工智能》教材。部分区域学校先行先试，在校本课程板块中开出了自己的人工智能类选修课。根据我们有限的观察，这些探索存在着这样几个特点：(1)这些课程和读本在学习内容上主要集中在信息技术领域内的图像识别、语音识别等技术手段的体验活动，人工智能整体性特征没有得到更为充分的考虑;(2)这些人工智能课程实践常常因为学习者数学的准备状态跟不上，算法改进在高中阶段比较难以落实(3)人工智能课程执教教师非常缺乏，学校常常运用购买服务的方式，引入临时性师资。

　　同时，在与人工智能从业人员的交流中发现，人工智能的具体运用不但需要数学家在核心算法上的突破、IT科技人员的代码实现，更需要从应用领域的实践出发明确应用场景、激发并细化应用需求。应用导向的需求激发需要更多行业主动对接人工智能领域从业人员。同时在一些算法的设计上也面临着诸多伦理与法律问题，有待我们认真思考与解决。故而，笔者试图从人工智能本体知识领域认识出发，寻找中小学人工智能课程群建设一种可能的跨领域开放框架，力求突破单一学科实施途径，充分发挥已有学校课程在智能时代可能的育人价值，以彰显人工智能课程的基础性、跨领域特征。

　　二、开发思路

　　在现代社会生活中，图1反映了一类常见的问题解决大致流程，涉及人工智能的社会实践也是类似。据此，在构建中小学人工智能课程方案的时候，从探求人工智能领域本体知识结构着手，依据人是社会发展最可宝贵的要素、人是学习的主体等基本理念[5]，遵循学习者发展的基本规律，从整体性视野出发来构建中小学人工智能课程群，主要通过校本课程途径实施。

　　之所以选择“课程群”这个课程呈现形态，其一是因为人工智能本身是—个正在发展中的科学与技术领域，它的核心、构成等要素处在—个不断演进的过程之中。具有相对稳定构架、科目动态演进的课程群，能够很好地应对这类变化。其二，不同学校的物理条件、教师条件和学生发展形态，固然有其共性，但存在较大差异是科学合理的常态。—个新兴领域的内容转化为课程，要考虑兼容这些差异。

　　在课程开发的过程中，诸如“人工智能的逻辑起点是什么?”“它的知识结构可能是怎样的?”“在中小学课程框架中，人工智能究竟是单一学科实现，还是多学科广域融合?” “若是广域融合，那究竟会是什么样子的”等等问题有待回答。尽管后现代课程观强调教师与学生的共生与陪伴，但这是从关照学生个体成长的角度来看待课程。从学校教育的角度来说，泰勒的课程开发方式比较适合注意学生群体规模化、课程发展相对稳定性的课程开发需求。故而，我们选择了泰勒的课程开发框架(如图2所示)作为本项目的基本方法路线。

　　三、开发过程：知识结构、培养规格与课程框架

　　(一)对中小学人工智能课程知识结构的梳理

　　1.对人工智能领域发展的认识

　　至今为止，就人工智能的定义与领域划分尚未取得一致性的意见，形成稳定的概念与分类。所以寻踪溯源是我们第一步要做的工作。领域发展史和行业当前归类能够给出相应的启示。

　　人工智能的思想源头，或可追朔到17-18世纪的机械制造技术发展时期，较为典型的是“人是机器”隐喻与各类精密的钟表。现代人工智能的发展基本伴随着信息科技的发展而发展，从李理的《人工智能六十年技术简史》[6]中，可以看到算法的创新和实现成本是人工智能发展的重要约束条件;同时伴随着算力、应用等方面的发展，人工智能的爆发也就是近10年来的事件。

　　钟义信先生指出：“人工智能的研究目的，是要在理解自然智能(特别是人类智能)基础上，创制具有一定智能水平的智能机器”[7]。这是人工智能课程开发的逻辑起点。在钟先生的全信息理论中，目前人工智能所指代的事件相当一部分属于“智能信息处理”范畴，如表1所示。2017年，他着重强调在开展人工智能领域的探究与实践中，不能够将系统要素割裂开， “分而治之”相互独立研究，要重视信息方法生态论这类整体性的思想方法。

　　推荐阅读：《模式识别与人工智能》是由中国自动化学会和国家智能计算机研究开发中心共同主办、中国科学院合肥智能机械研究所承办的学术性期刊。

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