综合实践活动视角下的高中人工智能教育创新实践

姜正梅

摘要：本文针对高中如何实施人工智能教育进行实践研究，分析了采取课程化行动开展人工智能教育的必要性，提出了高中人工智能教育的目标、内容和践行指向核心素养的智慧型人才培養价值，构建了融合型人工智能主题综合实践活动框架，开展了以网络检索、考察探究、设计制作、职业体验为形式的人工智能主题综合实践单元教学实践，并将学习评价融入高中学生综合素质评价实施，以帮助学生形成并提升基本的人工智能素养，养成人工智能价值体认、智能社会责任担当、智能技术解决问题和智能产品创意物化等意识和能力。

关键词：人工智能;核心素养;考察探究;设计制作;职业体验

人工智能是信息社会一个重要的维度，在强调教育立德树人、加强信息素养教育的今天，人工智能教育事关国家人工智能高技术人才和智能社会合格公民的培养，不可或缺。我国提出了实施全民智能教育项目，要求在中小学阶段设置人工智能相关课程，并将人工智能明确写入普通高中信息技术课程标准。然而，如何实施人工智能教育并无规律和模式可循，高中学校和教师都在探索。本文从普及人工智能教育的角度，以综合实践活动课程实施视角，探索了高中实施人工智能教育的方法与策略。

普及人工智能教育，高中学校需要采取课程化行动

2019年举行的国际人工智能与教育大会形成的《北京共识》提出，“教育系统须预测和培养人工智能时代人人所需的技能和价值观以及不同层次的人工智能技能……采取体制化的行动，提高社会各个层面所需的基本人工智能素养”。[1]基于人工智能时代和课程标准的要求，笔者认为，高中学校必须预测和培养人工智能时代学生所需的人工智能技能，可以采取课程化行动，提高高中学生所需的基本人工智能素养，为学生将来进入以人工智能为特征的高等教育学校专业学习研究领域或社会工作场所做好基本准备。

我国的人工智能教育起步较晚，由于地区差异、师资水平和教学资源的不平衡等，实施效果并不理想。2017年，国务院颁布了《新一代人工智能发展规划》，明确提出“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”[2]等要求，并在《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》中将“人工智能初步”作为高中生选择性必修内容纳入学校课程中，要求“人工智能初步模块的修习情况应列为学生综合素质评价的内容”。[3]课程标准的实施，确立了学校人工智能教育课程化行动方向，为所有高中生学习人工智能创造了机会，有利于推动在学校开展人工智能教育。

基于核心素养培育，构建人工智能教育内容体系

然而，现行高中课程标准并未将人工智能设立成独立的学科课程，而是作为高中信息技术的选择性必修模块进行设置，其“选择性必修”的定位则会导致“不选则不修”。因此，人工智能教育的课程化行动，需要建立在科学制订课程目标、精心设计课程内容、厘清其与人才培育目标相互关系的基础之上。

1.科学确定人工智能课程目标

时代不同，社会对人才素养的要求也不一样，人工智能时代呼唤具备人工智能素养的智慧型人才。关于人工智能素养，目前尚无科学、确切的定义。汪明[4]提出了学生智能素养概念，他认为，学生智能素养是在人工智能时代对学生发展核心素养的时代发展，是对核心素养中的“信息意识”在人工智能时代的进一步明确、丰富和提升，它是确保学生能适应并超越人工智能时代的素养。基于核心素养结构框架的启示，他提出学生智能素养是集智能知识、智能能力、智能情意与智能伦理为一体的多维复合结构体。从学生发展核心素养角度看，置身人工智能时代的学生要生存和发展，则必须具备适应人工智能时代的相应素养，即人工智能素养。这为更好地理解和确定高中人工智能课程目标提供了借鉴。依据人工智能时代对学生素养的要求，参考高中信息技术旨在全面提升高中学生的信息素养的课程目标，可以确定高中人工智能课程目标为全面提升高中学生的基本人工智能素养。既然目标为全面提升高中学生的人工智能素养，则高中人工智能教育应该建立在普及层面而非学生个性化发展层面。

2.精心设计人工智能课程内容

从课程的角度来说，人工智能是一门新兴学科，从国家课程标准到学校教学实施，人工智能课程可能会因课程内容与中小学生教育教学要求脱节、课程资源建设及监管不足、缺少科学有效的指导等而出现这样或那样的问题，造成人工智能学习上的“误区”，因此，必须依据学生认知发展规律，建立人工智能内容体系，明确不同学段的学生应该学什么内容。高中阶段，学生具有一定的信息化基础，具备一定的独立思考、问题解决、实践和创新创造能力，可以依据认识、体验、理解、创新创造的认知规律设计人工智能内容体系。梳理高中信息技术课程标准“人工智能初步”模块的内容要求，结合人工智能课程提升学生的基本人工智能素养目标，可以对高中人工智能课程内容进行如下建构，如表1所示。

3.厘清人工智能课程目标、内容与人才培育关系

根据我国学生发展核心素养以培养“全面发展的人”为核心，分为文化基础、自主发展、社会参与三个维度，综合表现为人文底蕴、科学精神、学会学习、健康生活、责任担当、实践创新等六大素养的学生发展核心素养框架，笔者对高中人工智能课程内容进行梳理，并基于三个维度、六大素养大致划分教学内容，同时结合关键能力培养要求，提出了对应关系的架构（如下页图1），以期更好地践行指向核心素养的智慧型人才培养。

融合综合实践活动，践行智慧型人才培养

当前，高中实施人工智能教育面临课时、师资、软硬件环境等诸多挑战。研究发现，综合实践活动作为国家必修课程有远远高于信息技术必修课的课时，课程内容是学校和教师基于学生发展的实际需求去设计活动主题和具体内容，其实施方式主要是在教师组织指导下，学生充分利用校内外资源进行自主、合作、探究学习，对教师的学科知识专业性要求大大降低。因此，基于学校培养学生人工智能素养的教育需求，采取综合实践活动方式开展人工智能教育，可以缓解课时、师资及软硬教学资源不足等问题，从普及人工智能教育角度来说具有很强的现实意义和实践操作性。

1.建构融合型的人工智能主题综合实践活动实施框架

根据上文对高中实施人工智能教育的分析，结合高中信息技术“人工智能初步”模块学业要求，融合信息技术学科核心素养培养与综合实践活动课程目标，笔者融合信息技术课程网络信息检索方法与综合实践活动课程考察探究、设计制作、职业体验等活动方式，开展人工智能主题综合实践活动单元教学实践，建构了如图2所示的人工智能主题综合实践活动实施框架，以期让学生在亲历和体验中建构人工智能知识，逐步提升基本的人工智能素养。

2.开展人工智能主题综合实践活动单元教学

基于人工智能主题综合实践活动实施框架，笔者进行了基于单元教学方式的教学活动设计（如下页表2），并开展了教学实践。

（1）网络检索，初识人工智能

由于人工智能领域的前沿性（技术发展快速更迭）和特殊性（有别于其他有长期积累的传统学科知识），网络检索成为师生获取相关知识的共同的、重要的途径。面对人工智能师资队伍还不成熟的客观现实，教师可充分调动学生学习兴趣，发挥其主观能动性开展人工智能信息检索活动，指导学生充分利用网络资源和数字化学习工具而不是亲自讲授（传授）人工智能知识，让学生亲历获取人工智能知识的过程与方法，这是一种可行的教学方式。在活动实施过程中，学生是学习的主体，教师主要起主导学习任务规划与推进实施的作用。本单元可以人工智能是什么、人工智能有哪些应用、人工智能时代人类怎么学习三个活动分层递进实施。通过本单元学习，学生学会通过网络媒体获取信息，形成对人工智能的定义、发展、技术、应用及价值等基础知识的初步印象，同时也会产生进一步探究运用人工智能解决学习、生活、生产等问题的兴趣和积极性，主动自适应未来学习与建构人工智能知识，有利于提升信息意识和认知能力。

（2）考察探究，理解人工智能

学习人工智能知识，不能只通过网络或书刊搜集资料而回避或者远离学生生活实际，特别是在学校软硬件条件有限的情况下，教师要充分利用校外、社区、企业等资源，为学生构建开放的人工智能学习环境，组织学生开展观察、实地考察、调查、实验（体验）等活动去探寻人工智能应用，让学生在获得亲身参与研究体验的过程中，感受科学探究的快乐与成长。本单元可分三个阶段六个关键要素设计成探寻人工智能应用研究性学习和研究性学习成果交流两个活动进行实施。

下面以“探寻机器翻译应用”为例进行简要说明。①活动一（研究性学习）：探寻机器翻译应用研究。首先，教师指导学生针对探寻机器翻译应用的学习目标，提出解决问题的想法或思路，学生制订研究计划与方案。然后，教师组织学生按方案采取行动，通过查阅文献资料、观察、问卷、访谈、体验等途径，获取机器翻译应用所需要的资料信息。最后，学生对搜集到的资料信息进行组织和加工处理，得出机器翻译应用相关结构，并形成研究性学习报告。此活动可分成四个任务分步实施：提出问题，设计研究方案;调查研究，获取应用证据;体验应用，解释翻译原理;总结梳理，撰写研究报告。②活动二（成果交流）：研究性学习成果交流与展示。教师组织学生通过海报、板报、演示文稿、表演、音视频等多种方式呈现与展示研究性学习的主要结论和心得体会，并进行交流讨论。学生整理最终研究成果及过程素材，制作小组学习档案，供教师、家长及同伴做出多元评价。本单元的考察探究活动，让学生在小组合作中经历信息收集、信息管理以及创新数字化作品等学习过程，使学生适应了数字化学习环境，树立了数字化学习意识，增强了信息加工与表达的能力，建构了人工智能应用领域、场景和技术等智能知识，有利于培养学生信息意识、数字化学习与创新等信息技术学科核心素养，提高合作能力。

（3）设计制作，创意人工智能

高中阶段开展人工智能教育，应区别于小学、初中阶段的基本层面的了解和体验，可基于真实情境与问题解决，开展编程、机器人制作、数据分析案例或项目，以便更加深刻地理解人工智能的基本概念和工作原理，能够用人工智能技术进行创意表达，提升学生创新创造和计算思维能力，以及智能素养。教师可采用分层教学开展人工智能创意设计制作活动。面向全体学生可以开展体验用人工智能开发或创作工具进行简单数字化作品创作活动，而对于有兴趣、爱钻研的学生群体，则可增加利用开源人工智能框架，搭建人工智能应用场景解决方案、制作人工智能机器人、人工智能编程等简单的人工智能应用模块。本单元按基础篇和进阶篇分层设计体验人工智能开发工具（如在线制作词云）和编程人工智能创意（如编程制作词云）表达两类活动，完成基础篇任务之后，学生可按需选择参与进阶篇活动。本单元的设计制作活动，让学生初步了解通过编程实现人工智能创意的过程，有利于培养学生的计算思维、实践能力和创新能力，培养学生智能素养。

（4）职业体验，体悟人工智能

新高考改革，教育关注转向学生个人的未来发展，引导学生将学习与社会及职业选择连接起来，学生生涯规划教育和培养学生职业能力成为新课改的重要内容。面对人工智能迅猛发展带来的社会变革和未来职业变迁，学生主动提前了解未来职业意义重大。对于本单元活动，教师可组织学生开展职业论坛等活动，学生可利用课余或寒暑假空闲时间开展岗位体验实践活动，在体验中深刻感悟人工智能技术及应用。本单元从职业体验角度开展学习，帮助学生体验人工智能职业角色，增强实践能力和利用智能技术服务人类发展的责任感，有利于培养学生信息意识、信息社会责任等信息技术学科核心素养和职业能力，形成智能情意和智能伦理。

3.融入综合素质评价开展学习评价

人工智能课程具有很强的实操性，学生经历学习的过程就是评价的重要依据，学校可以采用电子作品档案袋、学习平台记录表等技术手段记录学生的学习状况。教师可从智能知识与智能技能的掌握、智能情意与智能伦理的表现等维度，结合课程内容修习的目标达成设计评价内容，建立如表3所示的评价量表，组织开展表现性评价和档案袋评价等多形式的、师生都参与的多环节评价活动。

学习活动结束后，教师还可组织学生对主题综合实践活动过程所做、所思、所获进行全面梳理与回顾，整理出有价值的资料，遴选具有代表性的重要活动记录、典型事实材料以及其他有关资料，结合高中学生综合素质评价内容要求进行归档，记入学生综合素质评价档案，为高校招生录取提供参考。

总之，在高中实施人工智能教育，可以帮助学生养成人工智能价值体认、智能社会责任担当、智能技术解决问题和智能产品创意物化等意识和能力，形成和提升基本的人工智能素养，具备适应智能时代发展的必备品格与关键能力。这是顺应智能时代发展人才培养和践行国家实施全民智能教育战略的学校主渠道实践，可以有效促进基礎教育与高等教育人工智能人才培养的衔接，加速为高校输送人工智能人才。当前，学校人工智能教育还处于起步探索阶段，还有许多问题亟待解决，期待有更多学者和一线教育工作者开展这方面的研究与实践。

参考文献：

[1]苗逢春.引领人工智能时代的教育跃迁：2019年北京国际人工智能与教育大会综述[J].电化教育研究，2019（08）：1-11.

[2]国务院.新一代人工智能发展规划[EB/OL].[2019-01-22].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_ 5211996.htm.

[3]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[4]汪明.基于核心素养的学生智能素养构建及其培育[J].当代教育科学，2018（02）：83-85.