人工智能基礎(chǔ)教育的困境、反思與策略建議

【摘要】雖然ChatGPT等通用人工智能技術(shù)的發(fā)展引起了廣泛的社會(huì)關(guān)注，但人工智能基礎(chǔ)教育卻面臨著諸多困境。本文簡(jiǎn)要總結(jié)近年來(lái)人工智能基礎(chǔ)教育探索中形成的共識(shí)和分歧，理性反思當(dāng)前所面臨的困境和挑戰(zhàn)，最后從親身經(jīng)歷的實(shí)踐者角度提出若干策略建議，為未來(lái)的人工智能基礎(chǔ)教育提供指導(dǎo)?！娟P(guān)鍵詞】人工智能；基礎(chǔ)教育；困境；反思；策略2016-2017年期間，人工智能?chē)宄绦駻lphaGo先后戰(zhàn)勝了圍棋冠軍李世石和柯潔，引起了公眾對(duì)人工智能技術(shù)的廣泛關(guān)注。全球主要國(guó)家和地區(qū)紛紛出臺(tái)了支持和發(fā)展人工智能技術(shù)的計(jì)劃，如美國(guó)政府于2016年發(fā)布了《國(guó)家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略計(jì)劃》，英國(guó)政府于同年發(fā)布了《人工智能：未來(lái)決策制定的機(jī)遇與影響》等。2017年，我國(guó)國(guó)務(wù)院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，首次將在中小學(xué)開(kāi)設(shè)人工智能課程的相關(guān)要求寫(xiě)入國(guó)家政府文件。自此規(guī)劃出臺(tái)以來(lái)，各地區(qū)開(kāi)展了形式多樣、深入廣泛的中小學(xué)人工智能基礎(chǔ)教育實(shí)驗(yàn)，探索出適應(yīng)不同地區(qū)和學(xué)校特點(diǎn)的教育模式，為長(zhǎng)期開(kāi)展人工智能普及教育打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。經(jīng)過(guò)六年多的發(fā)展，2022年底，生成式人工智能ChatGPT再次將前沿人工智能技術(shù)帶入大眾視野，并引發(fā)了更廣泛地討論。站在這一新技術(shù)變革的分水嶺上，我們需要對(duì)人工智能基礎(chǔ)教育進(jìn)行反思和調(diào)整。人工智能基礎(chǔ)教育的現(xiàn)狀與困境在A(yíng)lphaGo帶動(dòng)的人工智能熱以及相關(guān)政策文件的推動(dòng)下，中小學(xué)人工智能教育從2016年開(kāi)始受到極大關(guān)注，人工智能已成為中小學(xué)信息科技（信息技術(shù)）課程的重要內(nèi)容。然而，隨著人們對(duì)人工智能科技熱點(diǎn)的關(guān)注回歸常態(tài)，以及各地科技教育經(jīng)費(fèi)投入的不可持續(xù)性等現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，對(duì)人工智能教育的關(guān)注度正在下降。經(jīng)過(guò)廣泛研討、多地試點(diǎn)以及學(xué)校與廣大一線(xiàn)教師的積極響應(yīng)，讓當(dāng)下的中小學(xué)生了解一些AI的知識(shí)和原理已經(jīng)成為各方共識(shí)。然而，各地用于開(kāi)展人工智能教育的學(xué)時(shí)差異較大。例如，北京市東城區(qū)的黑芝麻胡同小學(xué)、北京一師附小等學(xué)校從2018年開(kāi)始試點(diǎn)人工智能教育，東城區(qū)從當(dāng)初的6所人工智能實(shí)驗(yàn)校逐漸擴(kuò)大到多數(shù)學(xué)校的信息科技教師都參與到人工智能教學(xué)中。但是，在很多地區(qū)，教師開(kāi)設(shè)人工智能課程仍然存在較大困難，數(shù)字鴻溝差距進(jìn)一步拉大的趨勢(shì)令人擔(dān)憂(yōu)。六年多來(lái)，全國(guó)各地中小學(xué)開(kāi)展了形式多樣的人工智能教育探索與實(shí)踐活動(dòng)。山東省、河南省、福建省等地教育主管部門(mén)還通過(guò)文件形式遴選了若干批人工智能實(shí)驗(yàn)?；蛉斯ぶ悄芙逃囼?yàn)區(qū)。然而，各地做法千差萬(wàn)別，面向具體年齡段學(xué)生的人工智能知識(shí)結(jié)構(gòu)、教學(xué)方法策略以及評(píng)價(jià)方法等并未形成真正的共識(shí)。因此，人工智能基礎(chǔ)教育整體仍處于從“0”到“1”的探索階段。一些好的經(jīng)驗(yàn)做法未能得到系統(tǒng)整理和有效推廣，同時(shí)也存在著課程資源重復(fù)建設(shè)、教師培養(yǎng)持續(xù)投入不足等問(wèn)題。新出版的一大批中小學(xué)人工智能教材及教學(xué)用書(shū)，成為廣大教師的重要參考，也讓很多科技教師開(kāi)展人工智能教育有了切實(shí)可行的抓手，為中小學(xué)人工智能普及教育提供了有力支撐。然而，這些圖書(shū)的體例風(fēng)格千差萬(wàn)別，包括根據(jù)中小學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)新編寫(xiě)的人工智能教材、將人工智能前沿知識(shí)通識(shí)精簡(jiǎn)化的科普讀物、偏向編程工具使用的活動(dòng)類(lèi)圖書(shū)、將大學(xué)人工智能教材簡(jiǎn)單刪減移植到中小學(xué)使用的圖書(shū)，以及一些不屬于人工智能范疇的內(nèi)容卻被冠以人工智能名字出版的圖書(shū)等等。此外，適應(yīng)青少年認(rèn)知水平的人工智能知識(shí)與能力培養(yǎng)階梯體系尚未形成。加之重視環(huán)境設(shè)備而輕視內(nèi)容建設(shè)的慣性思維傾向，缺乏對(duì)人工智能課堂教學(xué)效果的完整科學(xué)評(píng)價(jià)機(jī)制，也給信息科技教師在資料和教學(xué)內(nèi)容的選擇方面帶來(lái)了很大困擾。人工智能給生活帶來(lái)便利的同時(shí)，仍然存在隱私泄露、算法偏見(jiàn)等問(wèn)題。因此，讓廣大青少年學(xué)習(xí)和了解一些人工智能知識(shí)已經(jīng)成為必要的事情，特別是要培養(yǎng)他們肩負(fù)數(shù)字社會(huì)的倫理道德責(zé)任，這應(yīng)該成為基礎(chǔ)教育階段的重要使命。但是，僅靠單純的說(shuō)教并不足以解決人工智能等技術(shù)倫理和風(fēng)險(xiǎn)防范的問(wèn)題，必須要讓他們對(duì)技術(shù)背后的工作原理和實(shí)現(xiàn)機(jī)制有起碼的認(rèn)知和了解。例如，在2022年3月，某短視頻應(yīng)用軟件在未征得監(jiān)護(hù)人知曉的情況下收集了未成年人的賬戶(hù)、面部和聲音特征等信息。讓當(dāng)下的青少年具備基本的人工智能技術(shù)鑒別能力和隱私保護(hù)意識(shí)已刻不容緩。人工智能基礎(chǔ)教育的反思1.熱點(diǎn)引領(lǐng)下的科技教育理性回歸過(guò)去十多年間，中小學(xué)科技教育的關(guān)注和投入與科技熱點(diǎn)的興起呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系，如機(jī)器人、開(kāi)源、3D打印、VR/AR、人工智能、數(shù)字化等都曾在科技教育領(lǐng)域掀起不小的波瀾。但是，在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，最近引起廣泛關(guān)注和討論的ChatGPT遠(yuǎn)未超過(guò)上一次的人工智能熱。這是信息科技教育乃至中小學(xué)科技教育回歸理性、良性發(fā)展的重要標(biāo)志。我們需要認(rèn)識(shí)到，在中小學(xué)階段，人工智能的內(nèi)容是否具有生命力主要取決于學(xué)生掌握這些原理知識(shí)的必要性以及課堂教學(xué)的實(shí)效，而不應(yīng)該過(guò)分依賴(lài)科技熱點(diǎn)來(lái)推動(dòng)科技教育的發(fā)展。2.課程內(nèi)容的優(yōu)化和去偽存真在人工智能基礎(chǔ)教育的探索初期，很多科技教師第一次接觸人工智能相關(guān)內(nèi)容，因其充滿(mǎn)了神秘感，在教學(xué)時(shí)感覺(jué)無(wú)從下手。由于人工智能熱，一些本來(lái)屬于編程、機(jī)器人、開(kāi)源硬件甚至手工搭建等內(nèi)容被打包到了人工智能課程中，這降低了人工智能教學(xué)門(mén)檻，但也導(dǎo)致課程內(nèi)容變得雜亂無(wú)章，學(xué)生難以深入學(xué)習(xí)掌握。隨著人工智能教育關(guān)注度的下降，這些內(nèi)容又重新被獨(dú)立出來(lái)或被繼續(xù)打包到其他課程中，形成了一種循環(huán)往復(fù)的情況。因此，在新技術(shù)的十字路口，我們需要重新審視之前的探索和嘗試工作，形成相對(duì)獨(dú)立的人工智能基礎(chǔ)教育知識(shí)體系，特別是近年來(lái)很多教師設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了一大批符合區(qū)域條件和青少年認(rèn)知特點(diǎn)的原創(chuàng)人工智能課程，這些優(yōu)秀課程應(yīng)該予以重視，我們應(yīng)該將在各類(lèi)教學(xué)展示中廣受好評(píng)的課程擇優(yōu)納入信息科技教材中。3.摒棄科技教育的裝備競(jìng)賽思維科技教育中的裝備競(jìng)賽思維，通常是指將關(guān)注重心放在設(shè)備和硬件環(huán)境條件上，而忽略了解決問(wèn)題本身的重要性。這種思維方式根深蒂固，導(dǎo)致地區(qū)和學(xué)校之間的投入差異明顯，科技教師也因此存在心理落差，認(rèn)為缺少高昂的教學(xué)設(shè)備和環(huán)境條件就不能進(jìn)行有效的人工智能教學(xué)。然而，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，訓(xùn)練ChatGPT等任務(wù)所需的算力成本大大增加，而在基礎(chǔ)教育階段，這種裝備上的比拼已經(jīng)失去了意義。事實(shí)上，我們應(yīng)該注重培養(yǎng)教師的教學(xué)能力和設(shè)計(jì)課程的能力，這樣的投入長(zhǎng)期回報(bào)更加明顯。因此，我們需要摒棄這種裝備競(jìng)賽思維，重新審視人工智能教育的核心問(wèn)題。4.缺乏課堂實(shí)效評(píng)價(jià)的參照系針對(duì)中小學(xué)人工智能教育的實(shí)效性評(píng)價(jià)問(wèn)題，我們需要建立一套全面的測(cè)評(píng)參照系，以評(píng)估學(xué)生對(duì)人工智能知識(shí)的掌握程度和運(yùn)用能力，同時(shí)評(píng)估教師在教學(xué)實(shí)踐中的表現(xiàn)和教育成效。這樣的測(cè)評(píng)參照系需要包括多個(gè)方面的指標(biāo)，如學(xué)生知識(shí)掌握程度、創(chuàng)新能力、實(shí)踐能力、跨學(xué)科能力等，同時(shí)也需要考慮課程的可持續(xù)性和教師的持續(xù)發(fā)展。完善的測(cè)評(píng)體系，可以有效地引導(dǎo)人工智能教育實(shí)現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和可持續(xù)發(fā)展，提升學(xué)生和教師的教育質(zhì)量，推動(dòng)人工智能教育邁向更高水平。未來(lái)人工智能基礎(chǔ)教育的策略建議1.探索制定人工智能課堂教學(xué)測(cè)評(píng)量表經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐和探索，人工智能教育已經(jīng)有了一些積累和經(jīng)驗(yàn)，但在評(píng)價(jià)方面尚缺乏可操作性和權(quán)威性。因此，我們建議探索和制定人工智能課堂教學(xué)測(cè)評(píng)量表，通過(guò)實(shí)事求是地調(diào)研、教學(xué)實(shí)況分析和客觀(guān)科學(xué)評(píng)價(jià)，制定適用于不同地區(qū)、不同學(xué)校基礎(chǔ)以及不同學(xué)段的測(cè)評(píng)量表。這可以幫助本地區(qū)教研部門(mén)和學(xué)校對(duì)人工智能教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，同時(shí)也便于其他地區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)性的借鑒，促進(jìn)人工智能基礎(chǔ)教育的可持續(xù)發(fā)展。2.建立健全人工智能教師交流和結(jié)對(duì)機(jī)制針對(duì)部分地區(qū)教研能力不足、信息科技課程師資隊(duì)伍尚不能自主開(kāi)設(shè)人工智能課程的現(xiàn)狀，我們建議由相關(guān)部門(mén)協(xié)調(diào)與經(jīng)驗(yàn)做法較好地區(qū)建立科技教師的交流和結(jié)對(duì)機(jī)制。雙方通過(guò)隨堂學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程觀(guān)摩、虛擬教研等方式助力教師教學(xué)能力水平提升。對(duì)一些師資缺乏地區(qū)，還可嘗試雙師課堂、寒暑期人工智能工作營(yíng)等形式共享優(yōu)質(zhì)人工智能教育資源。今年，各地教師培訓(xùn)和經(jīng)驗(yàn)交流活動(dòng)日趨頻繁，我們建議教育教研部門(mén)應(yīng)該將人工智能教學(xué)內(nèi)容和教法的交流作為一項(xiàng)重要內(nèi)容，通過(guò)不同地區(qū)間的人工智能課程觀(guān)摩和切磋，幫助更多地區(qū)實(shí)現(xiàn)中小學(xué)人工智能課程的從無(wú)到有。我們建議在建立科技教師交流和結(jié)對(duì)機(jī)制的過(guò)程中，重視教師專(zhuān)業(yè)發(fā)展和知識(shí)更新，例如組織人工智能教育領(lǐng)域的研修班、在線(xiàn)課程、講座等，讓教師學(xué)習(xí)新的教學(xué)方法、技術(shù)和知識(shí)，提高他們的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)和能力。同時(shí)，各地區(qū)應(yīng)鼓勵(lì)和支持教師開(kāi)展創(chuàng)新性的教學(xué)實(shí)踐和教學(xué)研究，為人工智能教育的改進(jìn)和發(fā)展提供更多的實(shí)證研究和經(jīng)驗(yàn)借鑒。此外，我們還可以探索建立以教育教研部門(mén)為核心的人工智能教師社區(qū)，為教師提供持續(xù)的交流、分享和合作機(jī)會(huì)。3.鼓勵(lì)按照大單元設(shè)計(jì)人工智能課程針對(duì)人工智能教學(xué)內(nèi)容的分散性和動(dòng)態(tài)更新特點(diǎn)，我們鼓勵(lì)科技教師按照大單元的方式設(shè)計(jì)人工智能課程內(nèi)容。這種設(shè)計(jì)方法可以更好地組織和規(guī)劃課程內(nèi)容，并在內(nèi)容設(shè)計(jì)與教學(xué)組織方面提供更多抓手。例如，在北京市東城區(qū)小學(xué)人工智能課程中，他們開(kāi)設(shè)了“知識(shí)表示與推理”單元，涵蓋了生活中的二進(jìn)制、LED表示二進(jìn)制、早期表情符、尼姆游戲、數(shù)據(jù)與知識(shí)、二進(jìn)制與圖形表示、數(shù)碼照片中的像素、人工生命、LED表示知識(shí)、語(yǔ)義網(wǎng)等內(nèi)容，這樣的設(shè)計(jì)不僅遵循從孩子視角看人工智能的認(rèn)知規(guī)律，突出了計(jì)算思維的主線(xiàn)，還體現(xiàn)了相關(guān)知識(shí)的趣味性和實(shí)用性。因此，我們推薦教師們采用類(lèi)似的設(shè)計(jì)方法，在課程的組織和教學(xué)中更好地貫徹人工智能的本質(zhì)。4.推廣不插電人工智能課程與活動(dòng)為了讓人工智能基礎(chǔ)教育具有普適性，我們需要正視各學(xué)校教學(xué)環(huán)境和設(shè)備條件的差異，避免在課程設(shè)置上過(guò)度依賴(lài)軟硬件門(mén)檻。因此，我們建議在課堂教學(xué)活動(dòng)中推廣不插電的人工智能課程。北京市東城區(qū)在人工智能教育探索中發(fā)現(xiàn)，面對(duì)學(xué)生人數(shù)增加以及功能教室壓縮的現(xiàn)實(shí)，多數(shù)小學(xué)人工智能課程都設(shè)計(jì)了插電和不插電兩種體系，通過(guò)紙面活動(dòng)或少量電腦演示即可完成教學(xué)。如像素畫(huà)、尼姆游戲、折紙算法、你畫(huà)我猜等不插電人工智能活動(dòng)都深受孩子們歡迎。這種方法可以大大減輕學(xué)校設(shè)備投入壓力，同時(shí)也提高了課程教學(xué)的實(shí)際可行性。5.建設(shè)全國(guó)人工智能教學(xué)課例庫(kù)人工智能的相關(guān)內(nèi)容具有更新速度快、術(shù)語(yǔ)眾多、知識(shí)跨度大等特點(diǎn)，各地開(kāi)展相關(guān)科技教育存在不平衡、不充分等問(wèn)題。為了改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量，我們建議由各地教育主管部門(mén)和教研部門(mén)牽頭，定期從本地區(qū)的人工智能課程中選取優(yōu)秀課例，鼓勵(lì)跨學(xué)校之間分享大單元教學(xué)設(shè)計(jì)課程，遵守課標(biāo)和相關(guān)文件規(guī)定，科學(xué)劃分學(xué)段和前置課程。同時(shí)，我們建議國(guó)家智慧教育