寧夏銀川市興慶區(qū)第二十五小學(xué)人工智能系列課程AR體驗(yàn)課授課中。學(xué)校供圖
中小學(xué)開展人工智能教育，課程是關(guān)鍵要素之一，人工智能課程既要符合國家人才培養(yǎng)戰(zhàn)略，又要尊重人工智能技術(shù)發(fā)展規(guī)律。人工智能課程如何與實(shí)際相結(jié)合？如何在有限的時空內(nèi)達(dá)到更好的教育效果，使學(xué)生理解AI、提升AI應(yīng)用能力？圍繞以上問題，本期專刊邀請專家、學(xué)者和一線教師進(jìn)行探討。
近年來，人工智能技術(shù)進(jìn)步迅速，應(yīng)用廣泛，引起社會各界廣泛關(guān)注。同時，社會各界對在中小學(xué)要不要開展人工智能教育已經(jīng)形成了廣泛共識，特別是隨著多項文件的出臺，各地各校積極增設(shè)人工智能課程，但對于中小學(xué)究竟要開展什么樣的人工智能課程則是很多學(xué)校和教師面臨的首要問題。
1 人工智能教育內(nèi)在地 具有跨學(xué)科性質(zhì)
人工智能表面上看起來是工程和技術(shù)，但其實(shí)在工程和技術(shù)的背后起基礎(chǔ)支撐作用的是數(shù)學(xué)與科學(xué)。那中小學(xué)開展人工智能教育究竟應(yīng)該教什么？是以教工程和技術(shù)為主，還是要下沉到數(shù)學(xué)和科學(xué)？
筆者認(rèn)為，鑒于基礎(chǔ)教育的基礎(chǔ)性，人工智能教育需要在教工程和技術(shù)的基礎(chǔ)上能夠下沉到數(shù)學(xué)和科學(xué)。所謂基礎(chǔ)教育的基礎(chǔ)性，是指無論學(xué)生長大后從事什么職業(yè)都需要用到的知識與能力，這是在基礎(chǔ)教育階段需要教給他們的。對于中小學(xué)的人工智能教育來說，也應(yīng)該貫徹這個基本原則。尤其是現(xiàn)在的人工智能在工程和技術(shù)層面迭代速度持續(xù)加快，很多內(nèi)容還沒有來得及轉(zhuǎn)化到課程就已經(jīng)過時。而相應(yīng)地，在人工智能領(lǐng)域內(nèi)，科學(xué)和數(shù)學(xué)層面的內(nèi)容卻具有相對的穩(wěn)定性，而且也具有更強(qiáng)的基礎(chǔ)性。
因此，中小學(xué)人工智能教育需要從工程實(shí)踐和技術(shù)應(yīng)用開始，逐漸下沉到數(shù)學(xué)與科學(xué)的底層基礎(chǔ)。這在國家高度重視基礎(chǔ)研究，日益重視科學(xué)教育的情況下，顯得更加有必要。
如果在中小學(xué)人工智能教育中需要從工程和技術(shù)開始，下沉到數(shù)學(xué)與科學(xué)，就需要把握好這四個不同學(xué)科之間的層次關(guān)系，實(shí)現(xiàn)真正意義上的跨學(xué)科教學(xué)。
要想做到真正意義上的跨學(xué)科教學(xué)，首先需要弄清楚學(xué)科與學(xué)科之間的聯(lián)系，即澄清科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)四者之間究竟是什么關(guān)系。
仔細(xì)思考會發(fā)現(xiàn)，工程的背后是技術(shù)，技術(shù)的背后是科學(xué)，科學(xué)的背后是數(shù)學(xué)。所謂工程，就是利用工具來改造世界，這叫工程實(shí)踐。任何工具都是技術(shù)的物化體現(xiàn)。而技術(shù)之所以有效，是由科學(xué)原理來保證的。科學(xué)原理之所以科學(xué)，又離不開數(shù)學(xué)證明。例如，用吊機(jī)蓋一棟大樓叫工程，吊機(jī)這種工具本質(zhì)上是一個桿杠，杠桿就是技術(shù)，保證杠桿有效的杠桿原理就是科學(xué)。而杠桿原理是靠數(shù)學(xué)“算”（即證明）出來的。
2 中小學(xué)人工智能課程宜分為體驗(yàn)、通識和拓展三類
搞清楚人工智能背后的跨學(xué)科實(shí)質(zhì)，中小學(xué)人工智能課程究竟應(yīng)該如何構(gòu)建就清楚了。課程構(gòu)建是教育研究的一個基本范疇，它系統(tǒng)性地回答了教什么、怎么教和用什么教的問題，對于教育實(shí)踐具有基礎(chǔ)性的價值。在這三問中，第一問最重要。因?yàn)榻淌裁礇Q定了怎么教，怎么教決定了用什么教。因此，我們可以把中小學(xué)的人工智能課程劃分為三種基本類型。
第一類可以被稱為體驗(yàn)課，定位是讓學(xué)生對人工智能形成初步感知。要讓學(xué)生對人工智能形成初步感知，離不開各種人工智能技術(shù)產(chǎn)品，因此這一類課程是基于人工智能技術(shù)產(chǎn)品的。目前這一類課程也是最常見的。但是中小學(xué)的人工智能課程不能僅僅只是停留在感知的淺層次上。拿小學(xué)來說，一共有6年的時間，一次感知、兩次感知，學(xué)生會覺得新奇，但時間長了，學(xué)生不會覺得新奇，甚至還會心生厭煩。這時就需要第二類課程，即人工智能通識課。
人工智能通識課是在體驗(yàn)課的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生能夠進(jìn)一步理解他初步感知到的東西背后的道理。這不能限于體驗(yàn)各種人工智能的技術(shù)產(chǎn)品，而要立足人工智能這個學(xué)科。從這一意義上來說，在中小學(xué)之所以能有一門叫作人工智能通識課，首先是因?yàn)樵趯W(xué)科之林中有一門叫人工智能的學(xué)科。不同于體驗(yàn)課，人工智能通識課應(yīng)該是學(xué)科本位的，需要向?qū)W生全面呈現(xiàn)這個學(xué)科最基本的概念、公設(shè)、原理，以及思想方法，如此等等。
在人工智能通識課的基礎(chǔ)上，還需要有第三種類型的課程，即人工智能拓展課。這類課程的目的是在感知和理解的基礎(chǔ)上展開深化遷移、整合應(yīng)用。它是立足真實(shí)問題、面向現(xiàn)實(shí)世界的。這時候，各種人工智能的技術(shù)工具，就又變得不可或缺。但其目的已經(jīng)不是簡單的感知和體驗(yàn)了，而是超越了感知和體驗(yàn)，在理解和認(rèn)知基礎(chǔ)之上的創(chuàng)新應(yīng)用。
3 以跨學(xué)科滲透構(gòu)建中小學(xué)人工智能課程
如何在實(shí)踐中具體構(gòu)建并實(shí)施一門跨學(xué)科的中小學(xué)人工智能課程呢？
在這里，我們可以打一個比方。中小學(xué)人工智能跨學(xué)科課程的構(gòu)建就像做一個“洋蔥”。要做一個“洋蔥”，首先得有一個“洋蔥芯”。課程開發(fā)人員需要在這個“洋蔥芯”外面裹上一層，再裹上一層。這樣一層一層地裹上去，就做出來了一個“洋蔥”。在這個過程中，把與人工智能這個學(xué)科有關(guān)的數(shù)學(xué)、科學(xué)、技術(shù)、工程等方面的內(nèi)容以及更為深層的世界觀和方法論依次滲透進(jìn)去。這就是以跨學(xué)科滲透建構(gòu)人工智能課程。“洋蔥”做出來后，在教學(xué)中，讓學(xué)生“剝洋蔥”。學(xué)生剝了一層，發(fā)現(xiàn)還有一層，這樣一層一層剝下去，一直剝到“洋蔥芯”為止。這就是教學(xué)實(shí)施，同時也是學(xué)生學(xué)習(xí)的過程。
學(xué)生要想剝到“洋蔥芯”，不僅要動手，還要動腦。只動手不動腦，或只動腦不動手，都做不到。如果說這是一個從現(xiàn)實(shí)生活的經(jīng)驗(yàn)世界出發(fā)，先后經(jīng)歷垂直應(yīng)用（工程）、關(guān)鍵技術(shù)（技術(shù)）、基本原理和基礎(chǔ)概念（科學(xué)）等幾個階段，最后到達(dá)抽象的數(shù)學(xué)世界（數(shù)學(xué)）的過程，那么課程建構(gòu)遵循的則是一個相反的邏輯進(jìn)程。
杜威曾說：教育即經(jīng)驗(yàn)，教育即經(jīng)驗(yàn)持續(xù)不斷的改組與改造。前半句話里的“經(jīng)驗(yàn)”其實(shí)是個動詞。這個動詞的“經(jīng)驗(yàn)”的意思就是后半句話中作為名詞的“經(jīng)驗(yàn)”的持續(xù)不斷的改組與改造。現(xiàn)實(shí)生活、垂直應(yīng)用、關(guān)鍵技術(shù)、基本原理、基礎(chǔ)概念、抽象世界這一層層的“洋蔥”提供的都是經(jīng)驗(yàn)，但這些經(jīng)驗(yàn)的層次不同，是漸次上升的，即從具體到抽象。這就是杜威所謂的“經(jīng)驗(yàn)”的“持續(xù)不斷的改組與改造”。
只有經(jīng)驗(yàn)，沒有經(jīng)驗(yàn)的持續(xù)不斷的改組與改造，不是教育。不管這些經(jīng)驗(yàn)是具體的，還是抽象的。回想我們是如何學(xué)會一加一等于二的呢？它一共包括三步：第一步是在家里完成的，即一個蘋果加一個蘋果等于兩個蘋果；第二步是一根棒棒加一根棒棒等于兩根棒棒；第三步是一加一等于二。后兩步是在學(xué)校中完成的。直接告訴學(xué)生一加一等于二不是教育，一直數(shù)一個蘋果加一個蘋果等于兩個蘋果也不是教育。因?yàn)檫@里只有經(jīng)驗(yàn)，但沒有經(jīng)驗(yàn)的持續(xù)不斷的改組與改造。只有從“一個蘋果加一個蘋果等于兩個蘋果”到“一根棒棒加一根棒棒等于兩根棒棒”，最后到“一加一等于二”才是教育。
可見，遵循這樣的邏輯，學(xué)生才能建立對人工智能的真正理解并掌握。之所以人工智能課程既要有體驗(yàn)課，也要有通識課，還要有拓展課，就是這個道理。（作者鄭旭東 華中師范大學(xué)教授）
（責(zé)任編輯：蔡文斌）
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