指向智能素养培育的小初高贯通人工智能项目式课程设计

随着科技的飞速发展，人工智能已成为推动社会进步和国家富强的重要力量。教育领域应跟上时代的发展趋势，着力培养学生的人工智能素养，以适应未来社会。2017年，国务院《新一代人工智能发展规划》指出，要“完善人工智能教育体系，加强人才储备和梯队建设”“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”^[1]。2018年，教育部《高等学校人工智能创新行动计划》提到“在中小学引入人工智能普及教育”^[2]。2024年11月，教育部办公厅发布《关于加强中小学人工智能教育的通知》，要求构建系统化课程体系、实施常态化教学与评价、开发普适化教学资源等^[3]，计划2030年前在中小学基本普及人工智能教育。

在中小学开展人工智能教育，提高学生人工智能素养，进行小初高贯通式培养是较好的途径。本文以十二年制公办学校首都师范大学附属回龙观育新学校为例，对此进行了设计与实施。学校面向全体学生开展人工智能教育，在每个年级的信息科技课程教学中均开展人工智能项目式学习。依据《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，各年级在完成规定模块学习任务的基础上，特别引入与人工智能相关的问题情境，引导学生进行与课程模块相关的人工智能项目实践，旨在让学生在掌握信息科技基础知识的同时，深入理解人工智能的学科方法和思想，从而有效提升学生的智能素养。

一、不同学段智能素养培养要求

学科育人的本质在于培育学生树立健全的价值观，塑造必备的道德品质，发展关键技能。这一切都凝聚在核心素养之中。《中小学人工智能课程指南》提出，中小学人工智能核心素养由智能意识、智能思维、智能应用与创造、智能社会责任四个核心要素构成^[4]。智能意识是对人工智能的敏感度、理解力和价值判断；智能思维是运用人工智能技术方法形成问题解决方案过程中产生的思维；智能应用与创造是将智能技术应用于实践并创造新知的能力；智能社会责任是在社会中使用人工智能技术的责任感和使命感。

最新修订的《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》^[5]和《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》^[6]中已有对人工智能的教学要求，提取这些内容，按上述智能素养进行梳理，可得到课程标准中关于小初高贯通的人工智能素养培养要求（扫码见表1）。

二、人工智能项目式课程体系设计原则

（一）课程模式：贯通与整合

小初高贯通的人工智能课程应围绕上述智能素养，以学科内整合、跨学科整合等多种方式设计，从而实现课程体系的整体优化。同时，应基于学生发展的阶段性，针对小学、初中、高中不同学段学生分别设计人工智能课程，螺旋式提升学生智能素养。小学阶段学生主要以感受、了解人工智能为主；初中阶段学生要亲身体验人工智能，能利用人工智能解决生活中的简单问题^[7]；高中阶段学生进入创新层面，要学会利用人工智能API（应用程序接口）、SDK（软件开发工具包）、应用平台等工具，创新性地开发实用的人工智能产品，以解决学习和生活中的实际问题^[8]。

（二）课程实践活动：自主性、多样性、优势性

人工智能课程应突出实践活动内容，以适应学生的学习规律，提高其学习兴趣与成效。人工智能课程实践活动的设计要体现自主性、多样性和优势性。自主性是指在实践活动的设计中培养学生的独立性和主动性。教师要通过设计基于真实问题情境的项目活动，以学生为中心，以项目活动为载体，引导学生质疑、调查、探究，体验真实的工作模式和思考方式，促进学生自主性学习。多样性是指借助多样的实践活动形式和学习资源，支撑人工智能课程的开发及主题学习的有效达成，关注个体差异，满足不同学生的学习需求。优势性是指人工智能课程实践活动的设计要发掘和展示每位学生自身的优势，帮助学生优势更显著、特色更突出，以成就感激发学生的学习动力。

（三）课程重点：坚持创新性原则

创造力是人工智能时代人区别于机器的核心能力。课程内容应渗透、体现、引入人工智能的前沿技术与发展趋势，引导学生学习人工智能的基础原理与技能，体现课程的前沿性、时代性、动态性。人工智能课程要通过教学内容和形式的创新，激发学生的创造力，鼓励学生积极参与并投入创新实践，生产出新颖且有价值的成果，并逐步让学生的创新思维成为常态，从而提升学生智能创新能力。

三、人工智能项目式课程体系设计与实施

学校利用信息科技课开展小初高贯通人工智能项目式课程，将人工智能教育融入信息科技课程的日常教学之中。各年级在完成模块学习任务的同时，在信息科技课上引入与人工智能相关的真实问题并创设情境，引导学生感悟人工智能学科的方法与思想，拓展课程内容的广度、深度和问题情境的复杂度，从而提升学生的智能素养。

遵循上述课程设计原则，学校从小学到高中，在各个年级信息科技课程模块中融入人工智能主题，设计出如图1所示的小初高贯通人工智能项目式课程体系。

（一）小学阶段

1.三年级：我的智能生活

三年级的信息科技课程聚焦于网络学习与日常生活主题，培育学生通过网络解决问题的技能，因此可以开展“我的智能生活”主题项目学习，如在线翻译、听歌识曲、人脸识别、语音识别、AI绘画、AI写诗、AI聊天等。学生通过体验丰富多样的人工智能技术，不仅可以培养他们利用在线方式解决问题的能力，还能提升他们网络环境下用人工智能工具解决问题的智能知识与技能。通过体验生活中常见的人工智能应用，学生可以认识到人工智能给学习和生活带来的便利，提升智能意识。学生通过小组讨论畅想未来人工智能产品的功能和外观，可以激发他们的智能创新意识。

2.四年级：预测学习成绩的人工智能

四年级信息科技课程聚焦于数据与编码，让学生理解数据在现代信息交流中的核心价值，引导学生关注数据安全。在此基础上，教师可以开展“预测学习成绩的人工智能”项目学习。学生以“什么因素影响学生成绩”展开讨论和想象，通过问卷调查、数据分析探究影响学习成绩的因素，绘制影响学生学习成绩数据的思维导图；基于数字用户画像设计预测学习成绩的人工智能产品界面及其数据处理流程，开展智能创新，提升数据意识；借助人工智能平台开展实验，探究“错误的数据标签会有什么后果”，从而发现数据对预测的影响，理解数据是人工智能的三大技术基础之一；围绕“用户数据安全吗”开展头脑风暴，重视数据安全与用户隐私，了解人工智能带来的伦理与安全挑战，增强学生的自我判断意识和责任感，提升学生的智能伦理和数据安全意识。

3.五年级：聪明的人工智能

五年级信息科技课程聚焦于身边的算法，培养学生形成设计与分析简单算法的能力。在此基础上，教师可以开展“聪明的人工智能”项目。教师通过黑箱探究实践方式，让学生用可视化编程工具开发简单的人工智能作品，不仅可以帮助学生形成设计与分析简单算法的能力，还能帮助学生理解算法是人工智能的三大技术基础之一，提升学生用人工智能技术设计简单作品解决问题的智能意识以及相关的知识与技能，激发学生智能创新。

4.六年级：我的智能控制系统

六年级信息科技课程聚焦于过程与控制，旨在引导学生理解生活中普遍存在的各类过程与控制机制。因此，在五年级“聪明的人工智能”基础上，教师可以使用“输入—智能计算—输出”的计算模式，将人工智能技术应用到过程与控制系统中，开展“我的智能控制系统”项目，使学生不仅理解反馈系统实现过程与控制的原理，还能合理地将人工智能技术应用到控制系统中，提升学生的智能意识和知识技能。在项目设计中，教师引导学生关注人工智能安全问题，关注在保障智慧社会安全发展中自主可控技术的必要性。

（二）初中阶段

1.七年级：AIGC助力视频制作

七年级信息科技课程聚焦于互联网应用与创新，培育学生借助互联网基础设施和计算思维技巧来解决学习及日常生活中难题的能力。教师可以让学生体验生成式人工智能技术助力视频制作，感受信息处理的巨大进步和应用潜力，关注人工智能的发展趋势。教师通过组织学生思考和讨论生成式人工智能带来的安全问题，让学生认识人工智能对人类社会未来发展的巨大价值和潜在威胁，了解人工智能带来的伦理与安全挑战，增强学生对人工智能的自我判断意识和责任感，学会与人工智能良好共处。

2.八年级：能听会说的物联网

八年级信息科技课程聚焦于物联网实践与探索。学生通过设计和构建简易的物联网系统了解物联网在数据搜集、分析和反馈调节等核心功能方面的应用。“能听会说的物联网”项目在应用层实现用语音与物联网开展人性化交互，通过“原理揭示实践”让学生探究语音识别与语言合成的原理，通过“AI硬件设计实践”让学生发挥创意，使用语音识别、语音合成实现人性化交互，感知物联网与人工智能的关系，提升学生的智能素养。

（三）高中阶段

高中必修模块以数据、算法、信息系统、信息社会为学科大概念，培养学生成为数字化时代的合格公民。在高中必修二的“信息系统与社会”模块开展“班级人脸识别签到系统”项目，学生以“信息系统”为大概念展开学习，在学习信息系统的组成与应用的同时，通过“原理揭示实践”项目实现用人脸识别功能搭建简单的班级人脸识别签到系统，认识人工智能对社会的价值和潜在威胁，提升学生智能素养。

四、实施效果

在实施过程中，学生对人工智能主题的学习内容表现出较高的兴趣和热情，在课堂上积极参与互动，取得符合课程设计目标的学习效果。

以八年级课程为例，教师设计了学生自评量表，了解学生的学习效果。自评量表主要通过智能素养的四个方面让学生进行自评，回收有效量表212份。量表针对智能意识设计三道题目对学生进行调查。调查数据表明，96%的学生认为课程让自己更加关注人工智能技术在生活中的应用；92%的学生表示通过此次学习，在以后解决问题时会主动使用人工智能技术；97%的学生期待有更多通过语音与机器进行交互的场景。关于培养学生智能伦理，98%的学生在人工智能采集信息时知道要保护自己和他人的隐私，不能滥用信息。在智能知识与技能方面，92%的学生表示能够理解课上知识，了解语音识别的原理；90%的学生能够了解语音合成的原理。在智能技能方面，98%的学生能够在活动中与组员合作完成语音识别的探究任务；86%的学生能够在作品制作活动中实现自己的想法或创意；87%的学生表示能够向大家解释语音识别的原理，展示所实现的语音识别系统；95%的学生在遇到问题时能通过探究找到解决办法。智能创新方面，有学生提出将声音变文字，可以帮助听障人士获取说话人的信息；有学生为视障人士开发语音辅助设备，如语音导航眼镜、语音识别阅读器等，帮助他们更好地生活和学习。从问卷总体上看，人工智能项目的实施能够帮助学生提升他们的智能素养。

五、结论

本文介绍了学校面向全体学生开展人工智能教育的做法，即以课标为依据，确立人工智能素养培养要求，确定课程设计原则，相应设计出小初高贯通的人工智能项目式课程体系，并在十二年制学校中进行了全面实施。实施结果显示，本课程体系能够有效激发学生对人工智能学习的兴趣和对人工智能安全问题的关注，增强学生智能意识和智能社会责任，加深学生对人工智能原理的理解，提升学生应用人工智能的技能，为学生的智能创新打下基础。

注：本文系北京市教育科学“十四五”规划2022年度一般课题“小初高一体化提升学生智能素养的实践研究”（CDDB22438）的阶段性研究成果。

参考文献

[1]国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知[EB/OL].（2017-07-08）[2024-07-06].https：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[2]教育部关于印发《高等学校人工智能教育创新行动计划》的通知[EB/OL].（2019-05-20）[2024-07-06].http：//www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s7062/201804/t20180410_332722.html.

[3]教育部.教育部部署加强中小学人工智能教育[EB/OL].（2024-12-02）[2024-12-20].http：//www.moe.gov.cn/jyb_xwfb/gzdt_gzdt/s5987/202412/t20241202_1165500.html.

[4]中小学人工智能课程指南课题组，江波.中小学人工智能课程指南[J].华东师范大学学报（教育科学版），2023（3）：121-134.

[5]中华人民共和国教育部.义务教育信息科技课程标准：2022年版[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[6]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[S].北京：人民教育出版社，2018.

[7][8]侯贺中，王永固.人工智能时代中小学生智能素养框架构建及其培养机制探讨[J].数字教育，2020（6）：50-55.

（作者冷晓莉系首都师范大学附属回龙观育新学校信息科技教师；刘峡壁系北京理工大学计算机学院教授、博士生导师；赵玉峰系首都师范大学附属回龙观育新学校执行校长；崔红学系首都师范大学附属回龙观育新学校科技创新中心副主任）

责任编辑：牟艳娜