智能技术与工程素养框架视域下人工智能校本项目化推进探究

林荣辉 陈佐宇

（1.福州第八中学，福建 福州 350004；2.福州市电化教育馆，福建 福州 350001）

2021 年11 月30 日，为响应国务院《新一代人工智能发展规划》，同时落实教育部“在中小学阶段设置人工智能相关课程”的前瞻要求，中央电化教育馆组织研制了《中小学人工智能技术与工程素养框架》（以下简称《框架》）《框架》的发布明确了基础教育阶段实施人工智能教学所需的核心素养、外延知识及教学框架。［1］《框架》的推出，为化解该阶段人工智能教学存在的定位模糊、评价失准及标准不清等问题提供了参考标准，也对智能教学软硬件环境的建设提供了依据。经由《框架》的指导，各地教育行政部门编撰本地化教材、开设校本化课程或进行学科融合探索也有了清晰的方向。

以基础教育阶段人工智能人才培养目标为例，《框架》的目标既不是在覆盖人群中寻求智能算法专家，也不专注于在中小学阶段培养硬件搭建人才。《框架》的核心诉求指向学生经历接触、理解和领悟智能的过程，逐步具备适应未来智能化环境要求的必备品格和关键能力。［2］《框架》明确了此类能力的提升与品格的养成需以跨学科、单元化、项目化的方式，与现实情境对人才的要求，共同促进学生掌握在智能社会生存与发展的能力。

在涉及学科领域上，《框架》提及的人工智能教育本身即具备跨学科与跨领域特质，故以基础教育阶段学生接受的学科教学测定与综合素质评价的角度分析，汇集了程序编写、数学建模、材料选择与工艺磨合的《框架》要求同样适用于对信息科技、信息技术、劳动技术、综合实践、通用技术等课程领域的指导。但在本地化或校本化实施环境中，人工智能学科本位的认知需求若能与特色校园创建或校园信息化、智能化建设共同推进，则更能形成一个兼顾教学上“因材施教”与学科建设上“因财适配”的良好态势。

一、人工智能技术与工程素养框架与校本化落地解读

（一）人工智能与人类

兼具赋能、竞争与协同作用的人工智能依靠细胞化功能架构——神经元模拟人类行为与思维。凭借强大算力和基础算法的不断发展，人工智能脱离了简单模仿人类身体机能与大脑认知获取的前期阶段，正朝着复现或构建人类社会复杂关系，如辅助、协作、竞争的中期阶段发展。在人工智能教学校本化实施过程接受并引入人工智能技术，既可在“战术”层面提升基础学科教育的深度，又可在“战略”层面拓展校园智能化管理的广度，进而依托智能感知、大数据与行为分析，减轻“双减”背景下师生双重数据焦虑并弱化师生对“人机竞争”的公平顾虑。

《框架》以全向视域剖析智能技术发展历程，借周密解读智能技术特性的范式，为人工智能与人类行为之间的伦理道德纽带梳理构建了总体框架。总体观念可理解为：在现实环境中，人工智能具有算力的局部优势，但在创新性的算法创造及未来理念扩展上，AI 还与人类决策存在明显差异。也就是说，人工智能因定位为人类的辅助者而不是人类未来活动意愿的制定者，甚至在相当长的一段时间内，人工智能因技术发展方向的离散性，仍存在导致数据泄露、数源篡改、信息解读偏差等普遍社会风险。此类风险的阶段性呈现与事件性化解，反之也能为人工智能教育本地化、校本化实施情境提供足量素材，使教学对象形成乐观应对与规范遵守的共同认识。

（二）人工智能与社会

如何做到智能与社会的和谐共生，是推进智能教育走向普及的关键所在。《框架》以“相互促进”与“相互融合”两个关键词，阐述了人工智能与人类社会的不可分离性，即人工智能推动人类社会进步与人类社会支撑人工智能发展的态势长存。人工智能曲折、螺旋式发展的前进动力，既源于人类社会发展过程中关联领域知识经验的积累，也源于当前社会形态转变中新元素的加入。这些新元素的聚合发力，促使人工智能由学术牵引式发展向需求牵引式发展快速转换。

在本地化与校本化实施层面，人工智能课程体系以信息社会变革中人工智能关联事件的离散表现，以技能手段解决现实问题数量的量变到质变叙事，以教育、交通、制造、物流与安全等传统角度，与人类社会的各个行业进行重构呈现。人工智能教育与城市产业集群发展，与国家/省/市级数字实验区风潮合流，最终与社会经济变革、教育变革、思想文化变革一起，掀起新一轮的产业革命。

在人工智能教育推动过程中，除去计算机与数理本位的数据化、算法化与结构化的展现，科技发展过程中并发的公平与法制问题，也是AI 教育在具体实施层面，需要人类考量并应对的问题。不光是师与生之间有关授业与学习的基础双向传导，校与校，师与师之间的数字鸿沟与公平性质疑也呈现连片化趋势。中老年教师具有较长的教学经验、较扎实的教学功底，然而也存在较强的教育技术抵触心理和人工智能恐惧心理。此类认识性的误解可归结于千百年来中华法系对透明与公正的追求。中华法系独立于海洋法系和（欧洲）大陆法系，本身自成一体，其特点是刑礼结合、德主刑辅、慎刑恤罚，在责罚上对弱势群体保持倾斜。应用到本地化、本地化智能推进管理上，便是落实推行公平而非西方法系强调的粗暴平等。一味强调全学段全教师拉平智能要求的“平等”，破坏的是教育系统的公序良俗，受摧残的是良好的传统教学风气。

（三）人工智能技术

人工智能基础应用技术从感知、交流、思考、决策、行动等方面模拟、延伸和扩展了人的智能，为人工智能的行业应用奠定了基础；人工智能基础应用技术涉及多个学科，其发展受各相关学科发展趋势的影响，也对相关学科的发展产生影响。人工智能需要数据作为原料，需要算法进行实现，还需要一定的算力支持。三者中，数据为算法和模型提供基础，算法是智能技术的核心，海量的数据和高效的算力是支撑目前机器学习算法实现的基础。

不同的问题需要不同的人工智能技术解决［1］。对人脑思维能力进行合理推理最终做出规划与决策，或是利用人工智能三要素——数据、算法和算力推动的信息提取为校园信息化或智慧化服务。因此，即便从原始人工智能教育核心概念延伸出来的智能教育发展方向存在不可预测性，但智能技术的发展在教育行政主管部门政策落地、未来学校与数字城市协同发展上，依然具有一致性。以新一代信息技术、数字经济、文化教育为核心，聚焦面向未来的学校和教育形态，形成若干可控的、优质的项目辐射区域的目标已逐渐明朗。

人工智能应用系统的设计与开发包含设计、开发与测试三个组件［1］。在设计人工智能系统时，为实现特定目的，需要针对具体问题，遵循科学、创新、实用、经济、人机、伦理、可持续、通用及安全等设计原则，设计人工智能系统解决方案。在设计满足最佳能效需求的智能化系统时，需要根据设计的流程和方法，将现有知识有效组合，把握系统组成要素间的相互作用。可见，在技术与系统的内含与外延上，《框架》将人工智能技术的选用与人工智能系统的设计与开发划分为不同领域，然而综合考量笔者所在区域的基础教育实施部门，即大部分省市县域中小学目前皆无法独立完成智慧教育平台的搭建。在2022 年3 月教育部“通过关键工程推动教育数字化和信息化工作”的大背景下，区域性智慧教育平台的搭建往往由域内教育行政主管部门牵头，联合智慧教育数据资源方，依据教育部的倡议和要求，以“教育大数据”为核心，构建市、县、校三级教育管理、教学应用体系，为教育管理者提供科学管理工具，为教师、学生及家长提供优质教育资源和应用服务，促进优质教育资源共享及信息技术与教育教学的深度融合，形成区域“智慧教育大脑”，实现数字化驱动下的区域教育现代化进程。

二、《框架》与全民数字素养与技能的关联

2022 年，中央网信办、教育部、工业和信息化部、人力资源和社会保障部联合印发《2022 年提升全民数字素养与技能工作要点》。四部门提出，要以满足人民日益增长的美好生活需要、促进人的全面发展和全体人民共同富裕为根本目的，坚持目标导向、问题导向、结果导向，多措并举提升全民数字素养与技能。《工作要点》明确了工作目标：到2022 年底，提升全民数字素养与技能工作取得积极进展，系统推进工作格局基本建立。数字资源供给更加丰富，全民终身数字学习体系初步构建，劳动者数字工作能力加快提升，人民群众数字生活水平不断提高，数字创新活力竞相迸发，数字安全防护屏障更加坚固，数字社会法治道德水平持续提高，全民数字素养与技能发展环境不断优化。

四部门部署了8 个方面29 项重点任务，有关数字教育的内容就占了两方面，其中，“强调终身学习，既是时代发展的要求，也是满足人民群众日益增长的美好生活需要的要求，充分体现了“以人为本”的数字经济发展方向。”［3］在具体素养的提升途径与能力要求上看，参照《面向21 世纪学习者的21 世纪能力：数字时代的基本素养》报告，我们可将数字时代的素养分为基本素养、创造革新思维、有效的沟通、高效能产出与高效能学习几个方面（图1）。

图1 数字时代的基本素养

2022 年4 月，教育部印发《义务教育课程方案和课程标准（2022 年版）》，该标准的推出，与原有《普通高中课程方案（2017 年版2020 年修订）》一道，组成了横跨小初高多阶段的综合智能教育体系。两套课程方案都明确了人工智能教学实施要点，即中小学人工课程与信息科技/信息技术学科关联，人工智能在基础教育阶段采取项目化教学推进，人工智能教学同样对接信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任四大核心素养。

根据教育“十四五”规划中培养具有全面发展、突出特长、创新精神与高备品德的育人目标（图2），基础教育阶段的人工智能教与学应全面指向以学生为中心、以问题为基础、循序渐进认知、教学相长的项目化模式建构（图2）。

图2 数字时代育人目标

图3 人工智能项目化步骤

三、人工智能校本项目化构建的特点与难点

（一）人工智能校本项目化构建特点

人工智能校本项目化系统构建，是传统教学项目化系统构建的进阶形态，意即在现有真实情境相互构建中强化“新的信息”的收集能力。此类信息的收集过程主要依靠师生反馈互动推进，既不拘泥于教师指导、师生交流与生生交流的表单式的项目推进，又呈现“全民终身数字学习”的教育协同推进态势。

（二）人工智能校本项目化构建难点

基础教育阶段，学校推进《框架》涉及的双重技术——人工智能基础应用技术与基础支撑技术的难点在于两者涉及的关键技术与思维手段皆源于上游高等教育阶段计算机科学与技术学科的成熟体系，其高校知识起源与能力考查规范的高门槛直接映射于区域化中小学人工智能教学推进，强化了现有信息技术与信息科技教师学科本位认识与培养体系不成熟之间的矛盾，扩大了当下高校初生人工智能专向人才输送出口与信息技术/信息科技教师师范生源入口的不一致性。［4］上述问题期望依托时代的发展、教师队伍的阶段性能力提升与校园教育信息化水平的提高逐步解决。

（三）人工智能校本化实施案例分析

以福建省福州第八中学开设的校本化案例——《寻樟》为例，该案例以福州地区方兴未艾的中学多校区化趋势为研究对象，在项目主题上以“樟树”留存与否拷问多校区间校园文化传承现状，在活动上通过双校区绿植样本调查获取第一手数据，在教学上结合信息技术学科的数据排序算法，人工智能领域的K 近邻算法共同推进，以完成度较高的方式实现了初、高中一体化项目的教学实践。项目特色为：

一是融合人工智能、信息技术和现实情感纽带。岁月是老校的回忆，这些回忆大多随着初高分设和新校区的外移变得割裂。福州八中老校区的百年历程一直有棵大樟树的陪伴，如今新区在外，试问新区是否留存大樟树的血脉？我们尝试用信息技术手段，特别是人工智能理念来回答。

二是采用广播节目方式记录，作品与校园需求融合。依托校园FM 节目《吉祥播报》形式设计（蜻蜓FM 可收听），作品设计、校园推广与师生信息提升提交平台一并执行，用音频护佑师生绵长的校车征程。

三是样本和工具互补，算法与项目适配。数百份叶片样本均经过仔细规整，标明信息，数据采集工具简约高效，算法难度选择适中，项目推进以学生为线索。

图4 《寻樟》跨校区项目

在教育领域，人工智能教育应用与发展正从独立的、针对特定领域的智能导师系统向基础人工智能技术的智慧学习环境演进。［5］本案例的实施过程，尝试从智慧学习环境营造上与普适化与项目化——中小学开展人工智能教学过程中的痛点相匹配。在如今校园群体源生数字化属性较高与升学选拔导致的信息能力低下的实际矛盾下，得以兼顾认知水平与项目推进。中小学生可依托他们成长的时代特色与经过设计的校本属性，依托人工智能学科融合与人工智能硬件平台的良好“兼容性”，顺畅地体验兼具“因材施教”与“因财适配”的校本化优势。

课程标准是教材编写、教学、评价的依据，教材是课程标准的具体化，高位知识体系建构与工程素养达到程度是实践追求。在基础教育阶段实施智能教学的是人，无论是财力限制，还是能力限制，人工智能教育决策者和推进者都不应受制于局部资源的限制，应通过平台驱动、政策支持与市场化运作，充分发挥平台资源优势，根据国家教育政策和市场环境灵活调整，不断创建新的智能教学策略。