中小学人工智能课程内容设计探究
一、引言
人工智能作为引领未来的战略性新兴技术，正在深刻影响着社会的方方面面，也将深刻改变我们的生产生活方式。2017年国务院印发的《新一代人工智能发展规划》明确指出人工智能已成为国际竞争的新焦点，我国应逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育、建设人工智能学科。2018年教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，明确要求要完善课程方案和课程标准，使中小学人工智能和编程课程内容能充分适应信息时代、智能时代发展需要。
在中小学开设人工智能课程，从小学、初中到高中分学段、系统化地进行人工智能教育，是具有前瞻性的举措。本文将在分析中小学人工智能相关课程现状的基础上，从学生认知发展的视角提出对中小学人工智能课程内容建设的想法，以期为中小学人工智能课程内容的建设提供一些参考。
二、中小学人工智能课程现状及反思
(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、创客课程中引入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入其中，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。