中小学人工智能教育的五级框架——以“停车场自动抬杆系统的优化”案例为例.pdfVIP

专题

FeatureStory

中小学人工智能教育的五级框架

——以“停车场自动抬杆系统的优化”案例为例

文_钟柏昌顾荣桢／华南师范大学教育信息技术学院

如今，以自然语言处理为代表的人工智见，国内外已有一些研究做出了积极的探索。

能技术在改善人们生产生活的同时，也带来例如，《美国K—12人工智能教育行动计划指

了信息茧房、算法陷阱、欺诈舞弊等挑战。在南》将人工智能教育分为K—2年级、3—5年级、

此背景下，开展扎实有效的中小学人工智能教6—8年级、9—12年级4个阶段[3]。又如，国

育显得极为重要。当前，国内外学者对中小学内《中小学人工智能课程指南》根据小学、初

人工智能教育的目标定位颇具共识，即它并非中、高中3个阶段分别对人工智能课程内容提

人工智能专业人才的培养，也并非少数人的教出不同要求[4]。然而，这些研究主要是从学段

育，而是提升未来公民均需掌握的基本生存能角度进行教育目标和教育内容的分层，缺乏学

力——人工智能素养[1-2]。人工智能素养的培理依据的说明。同时，学段分层对大部分成熟

养离不开高质量的人工智能教育资源。虽然目学科而言可能是合理的，但对于人工智能这种

前相关课程资源的开发并不鲜见，但绝大部分新兴学科而言则力有不逮：一方面是人工智能

来自高等教育领域，需要学习者具备较高的理处在快速发展阶段且学科体系尚不成熟，简单

工科专业基础，并不适用于中小学师生。毋庸作学段内容切分难以周全；另一方面是人工智

置疑，人工智能的跨学科性和前沿性决定了其能技术存在门槛过高的问题，对人工智能技术

具有较高的技术门槛，这显然与人工智能素养作简单条块切分无法有效降低中小学生的进入

的普及培养存在矛盾。能否有效解决这个矛盾，门槛。相比之下，较为科学合理的方案是对人

决定了人工智能教育普及开展的成败。为此，工智能技术做降维处理后再迁移至中小学人工

本文构建了中小学人工智能教育的五级进阶框智能教育。需注意的是，中小学生覆盖不同年

架，通过降低门槛、逐层递进的方式提升学生龄阶段，在认知水平和能力上具有动态发展性，

的人工智能素养。为帮助读者理解，本文以“停因此，人工智能技术的降维处理应当具有不同

车场自动抬杆系统的优化”为例，设计并详述的样态，以适应不同认知发展阶段的学生；教

了基于五层进阶框架的项目式教学案例作为参师也需要借此设计不同抽象层次的学习项目，

考。引导学生循序渐进、层层深入地把握人工智能

的本质。换言之，以不同降维处理的人工智能

拾级而上：中小学人工智能教育的创作工具（平台）作为脚手架，对人工智能教

五个层级育进行合理分层，引导学生由外向内逐层探索

对人工智能