中小学人工智能教育教什么
——以《深圳市义务教育人工智能课程纲要（修订版）》为例
文_顾荣桢1 李惠乾1 余峻展2 谢作如3 钟柏昌1*
（1. 华南师范大学教育信息技术学院；2. 深圳市致理中学；3. 温州市科技高级中学；*通讯作者）
中小学人工智能课程的内容与学业要求
按照中小学阶段学生的认知发展规律，课程内容设计应体现出循序渐进和螺旋式发展的特征[31]。因此，中小学人工智能课程的内容设计需要实现邻近学段之间的有机衔接，同时避免盲目求新、求深、求全[9]。此外，作为一门多学科交叉融合的课程，中小学人工智能课程应加强与其他学科课程的整合[22]，让学生深刻感受人工智能是如何渗透在其他学科，以及日常生活中的[32]。
基于此，《纲要》吸纳国内外人工智能前沿的研发与应用成果，将中小学人工智能课程学习划分为4个学段（1—8年级）。其中，第一学段（1—2年级）侧重于直观感受和体验，以激发学生对人工智能的兴趣为主；第二学段（3—4年级）和第三学段（5—6年级）强调在体验的过程中初步接触人工智能基本概念及原理，探索利用人工智能解决问题的过程和方法；第四学段（7—8年级）则进一步深化对人工智能原理的理解，强化学生利用人工智能解决问题的实践能动性。同时，课程设计注重从跨学科视角规划各阶段学习内容，促进数学、物理、信息科技等学科知识的同步累积，实现人工智能技术与各学科知识的融会贯通。此外，针对当前人工智能课程课时紧缺的情况，课程设计了选学内容（内容与学业要求中标有*的内容），以供各学校结合本校实际开展第二课堂（如430课堂）教学，帮助学生完整学习人工智能课程内容。各学段具体的课程内容与学业要求如下。
一
第一学段（1—2年级）
数学知识是人工智能的重要学习基础之一。考虑到1—2年级学生尚处于认识数字与培养数感的初级阶段，人工智能学习的知识储备较为薄弱，故本学段课程内容不宜涉及较为抽象的人工智能技术基础、机器学习与深度学习模块相关内容，仅设立“人工智能概述”与“人工智能伦理与社会”2个模块，引导学生建立对人工智能的初步认知。其中，“人工智能概述”模块旨在引导学生初步了解人工智能的概念及其实际应用价值。“人工智能伦理与社会”模块与“人工智能概述”模块的技术与应用紧密相关，旨在引导学生初步认识人工智能对人类和社会的影响。
一
第二学段（3—4年级）
在本学段，学生通过信息科技和数学课程学习具备了一定的数据知识基础，故引入人工智能技术基础的相关内容，为后续的机器学习和深度学习项目实践奠定基础。“人工智能概述”模块旨在引导学生了解人工智能的基本特征、发展过程及其在国家各领域发挥的作用，以更为全面地掌握人工智能知识。“人工智能技术基础”模块旨在引导学生认识数据在人工智能中的作用，掌握数据的采集与处理方法。“机器学习与深度学习”模块内容对应中小学人工智能教育的五级进阶框架的第一层“体验级”，旨在引导学生认识机器学习的概念，掌握调用人工智能模型制作简易智能交互系统的方法，进而培养人工智能思维。“人工智能伦理与社会”模块与“人工智能概述”模块相呼应，强调人工智能与人类、社会的相互作用，旨在引导学生初步培养人工智能安全与伦理意识。
图2 “体验级”项目制作示例
一
第三学段（5—6年级）
本学段学生的认知发展处于从具象思维到抽象思维的过渡时期。为平衡具象内容和抽象内容的关系，“人工智能概述”模块突出人工智能抽象概念的学习，旨在引导学生辨析机器智能与人类智能的异同，了解人工智能的核心技术途径、主要流派和关键技术，同时与时俱进增加了生成式人工智能和智能体相关内容。“人工智能技术基础”模块新增了算法部分，旨在引导学生理解算法与人工智能的关系，并围绕数据集这一概念进一步理解数据在人工智能中的作用，掌握整理数据、构建数据集等方法。“机器学习与深度学习”模块对应中小学人工智能教育的五级进阶框架的第二层“理解级”与第三层“应用级”，在广度和深度上相比第二学段有明显提升，旨在引导学生辨别常见的机器学习类型，理解监督学习的一般过程，并运用人工智能平台和简易开发工具完成模型训练，制作具有特定功能的智能交互系统以解决简易问题。为呼应本学段其他模块的学习，“人工智能伦理与社会”模块新增人工智能伦理道德和人工智能社会规范两部分内容，旨在引导学生正确看待人工智能对人类和社会的影响，合理、合法使用人工智能技术，进一步培养人工智能情感。
图3 “”项目制作示例
一
第四学段（7—8年级）
作为与高中人工智能教育相衔接的重要阶段，本学段的课程难度整体上有所提高。“人工智能概述”模块旨在引导学生理解人工智能关键技术的基本原理与应用方法，应用以生成式人工智能为代表的各类技术解决实际问题，并了解人工智能技术最新发展态势。“人工智能技术基础”模块实现了数据、算法和算力三大技术基础的全面教学，与同一学段信息科技课程相关知识的学习形成联动，旨在引导学生认识算力与人工智能的关系，掌握数据集的划分方法，了解人工智能算法的常见类型。同时，参考“101”计划《人工智能引论》对算法类型进行细致划分，为后续更高层次的人工智能知识学习奠定基础。“机器学习与深度学习”模块对应中小学人工智能教育的五级进阶框架的第三层“应用级”与第四层“综合级”，新增了深度学习相关内容，旨在引导学生了解深度学习的含义与特征，辨析深度学习与神经网络的关系，掌握传统机器学习算法的训练推理过程与深度学习的一般过程，应用人工智能技术解决复杂现实问题。“人工智能伦理与社会”模块的思辨性相比第三学段进一步增强，旨在引导学生理解在人工智能开发与应用过程中人类的主体地位，提升学生的自主可控意识。
图4 “应用级”项目制作示例
图5 “综合级”作品示例
小结
作为中小学人工智能教育的指导性文件，《纲要》结合人工智能学科特色，遵循学生的认知发展规律和人工智能素养发展需求，从跨学科课程整合视角设计了螺旋上升的课程内容体系，为中小学人工智能课程内容的系统化设计提供了参考，为教师的人工智能课程教学实践提供了有力支持。在新一代人工智能技术飞速发展的背景下，教师也应不断提高自身的人工智能素养，强化基于人工智能的情感化人能力、跨学科教学创新能力、合作育人能力及教学问题发现能力[33]，以确保人工智能课程有效落地实施，培养出能够适应并引领智能时代发展的未来公民。
参考文献
[29] 谢作如，方建文．让学生真正理解数据、算法和算力——谈新一代人工智能教育教什么和怎么教[J]．中小学信息技术教育，2023，（06）：8-10．
[30] 钟柏昌，顾荣桢．中小学人工智能教育的五级框架——以“停车场自动抬杆系统的优化”案例为例[J]．中国科技教育，2024，（04）：14-20．
[31] 李锋，李冬梅，魏雄鹰，等．发展关键能力提升数字素养与技能——《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的内容设计与实施建议[J]．教师教育学报，2022，9（04）：55-62．
[32] 李树英．澳门中小学开展人工智能教育的经验、问题与未来举措[J]．现代远程教育研究，2022，34（04）：41-46+54．
[33] 钟柏昌．教师智能素养的四大能力支柱[J]．中小学数字化教学，2024，（08）：1．■
完结
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来源 | 《中国科技教育》2024-12，文章编辑：毕晨辉
编辑、排版 | 孟想
