專題：中小學人工智能教育教什么（下）

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。

圖2　“體驗級”項目制作示例

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。

圖3　“”項目制作示例

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。

圖4 “應用級”項目制作示例

圖5　“綜合級”作品示例

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。

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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