中小学人工智能课程设计探究

　　一、国内外中小学人工智能课程现状

　　现阶段，中小学的人工智能教育课程更多的是在计算机科学教育及计算机课程、信息技术课程、科学课程、STEM课程、创客课程中引人人工智能相关的教学内容。可以说，当前国内外中小学人工智能教育课程是以人工智能教育为主题的泛在课程系列。

　　20世纪80年代，人工智能课程以选修课的形式出现在英国的ICT课程中，主要讲解人工智能的基础知识、人工智能的应用知识。2013年，英国在中小学教学大纲的全面改革中将原有的信息通信技术(ICT)课程修订为计算(Computing)课程，教学目标转向关注计算思维和人文价值。在人工智能教学方面，英国多与高校协作开展，比如将来自高校的实习教师作为中小学人工智能教育的外部师资、依托高校力量为中小学搭建人工智能教学网站、邀请高校专家参与中小学师生的讨论和答疑等。

　　在美国，人工智能课程是计算机科学课程的一部分，且多以选修课的形式开设。目前，美国中小学的编程课主要是引导学生组装编写好的程序模块来控制机器人完成简单动作，进而培养编程兴趣。在人工智能教学方面，与高校合作开办课程是美国中小学人工智能教学经常采用的方式，比如，卡耐基·梅隆大学将本科计算机专业学生的可扩展状态机器语言课程改进之后供参加暑期夏令营的高中生使用。

　　我国在2003年正式启动中小学人工智能教育，经过十几年的教育实践，当前的人工智能教育主要在信息技术课程、STEM课程、创客课程中开展。《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》将“人工智能初步”列为选择性必修模块，分为人工智能基础、简单智能系统开发、人工智能技术的发展与应用三部分内容。随着STEM课程和创客课程的广泛开展，部分学校和一线教师尝试在STEM和创客等跨学科课程中探索人工智能教育。比如，中国人民大学附属中学将人工智能教育内容和STEAM课程相整合，从感知、认知和创新三个层次构建了"STEAM+人工智能教育”校本课程体系。此外，在高中通用技术的“智能家居应用设计”模块和“机器人设计与制作”模块中，也将人工智能、大数据处理等技术的学习融人其中，深化学生对人机关系的认识。

　　二、对国内中小学人工智能课程现状的反思

　　尽管当前人工智能教育被给予足够的重视，但纵观国内中小学人工智能课程现状，当前的课程尚存在如下不足。

　　1.人工智能课程重视技能训练，轻视计算思维的培养

　　从当前的课程实践来看，中小学的人工智能教育主要依托编程教育和机器人教育来开展。编程教育，无论是校内还是校外，多停留在指导学生利用程序设计语言完成具体的编程题目。机器人教育，多停留在简单的实体安装层次，在设计思维能力的培养方面并没有发挥机器人教育的自身优势。而中小学生大多以参加竞赛为目的而接受编程教育，在学习过程中更多地关注编程技能的提升。此外，现阶段中小学人工智能教育的教材大多属于产品说明书或用户指南类，缺少对学生思维能力培养的科学引导。

　　新一轮课改将我国基础教育的总目标落实到 “学生发展核心素养”。其中，信息意识、计算思维、数字化实践能力、信息社会责任是学生需要具备的四个方面的信息技术核心素养[7]。人工智能可为计算思维培养提供生动案例，同时，人工智能的很多作品也是计算思维支持下的成果。因此，以计算思维的培养目标指引人工智能的课程设计与教学，能有效地将人工智能教学实践上升至更高水平。

　　2.人工智能课程缺少完善的课程内容体系

　　从课程内容来看，人工智能教育主要依托于信息技术课程、STEM课程、创客课程、计算机科学课程来开展，人工智能教育的课程目标只是对应课程目标的一部分。虽然从小学、初中到高中都有不同专题的人工智能相关课程，但是这些课程是碎片化的，缺少对人工智能意识、方法、能力目标的系统化设计。从课程的学段设置来看，人工智能教育多在初中、高中开展，小学甚少涉及。这种小学、初中、高中人工智能教育的脱节不仅会增加学生的学习障碍，也会因为认知延迟而降低学生的能力水平。因此，人工智能课程需要建立覆盖小学到高中的完善的课程体系，从而让学生接受系统的人工智能教育。

　　3.开设Python语言的必要性和重要意义

　　从程序设计语言发展角度来看，高级编程语言的设计一直追求接近人类的自然语言。这样的高级语言需要两个基本要求:不存在自然语言中广泛存在的歧义性以及隐藏计算机系统的设计细节。C } Java } V B从各自角度抽象了程序设计，Python语言又进一步，提供十分接近人类理解的语法形式。应该说，Python语言发展了高级语言的表达形式，简化程序设计过程，提升了程序设计效率。

　　从计算思维培养角度，表1说明了已有教学语言的局限性和技术时代的关联性，即传统C } Java和VB语言过分强调语法并不适合非计算机专业学生。从传统应用技能教育向计算思维培养转变过程中，教学内容变革是重中之重。对于程序设计课程，选择适合技术时代发展的编程语言是显著提高培养效果的前提和基础。

　　从解决计算问题角度，传统C } Java和VB语言过分强调语法并不适合非计算机专业学生解决一般计算问题，Python语言作为适应新技术时代的轻语法程序设计语言，应该得到大学计算机教育领域的重视。

　　从上述三方面看，Python语言相比其他语言具有更高的教学价值。这一技术趋势也得到了国外众多大学的直接响应。以美国斯坦福大学为例，该校从2009年开设Python语言程序设计类课程开始，每年新增约5门课程，截止到2015年，该校年度开设22门与Python语言相关课程，并替换了之前的Java语言和部分专业的C语言课程。