随着云计算、大数据、人工智能技术的发展，人工智能时代已经来临，人工智能时代对未来人才素养提出了更高的要求。2017年国务院发布《新一代人工智能发展规划》，人工智能上升为国家发展战略，并明确提出“在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”。区域推进面向计算思维的人工智能与编程教育是浦东作为教育部“基于教学改革、融合信息技术的新型教与学模式”实验区的实验内容之一，我们一直在探索如何系统、有效地推进中小学人工智能与编程教育的落地实施。
人工智能与编程教育现状需求的思考
为了系统掌握浦东新区人工智能与编程教育的现状和需求，研究团队通过问卷调研、会议研讨、入校走访等形式开展摸排调查，并对调查结果进行汇总分析。
教学平台需求。学校缺乏一个亲和、简单、易学习的，能够为学生提供体验、理解、实践的一体化的人工智能教学平台。学生学习人工智能的相关数据碎片化、难以采集，人工智能教学与学习情况很难量化反馈。
课程资源需求。中小学人工智能体系化的课程和教材比较少，并且现有的人工智能课程及教材难度不一，可用性和科学性还需思忖，缺少适合中小学各个学段开展人工智能教学所需的体系化课程及资源。
教学工具需求。浦东部分中小学已经开展人工智能教育，但是在开展过程中，知识学习仍为主要方式，由于提供给学生的人工智能动手实践的设施与工具不足，使得学生缺少动手体验与实践的机会。
教学人员需求。学校教师无法满足开展人工智能教育的师资需求，在岗信息技术教师专业很少涉及到人工智能，需要自身进一步去学习人工智能相关知识，对教师而言有较大难度。
为了进一步了解教师在人工智能课程教学方面的储备现状，研究团队借助专家力量，设计并论证了教师人工智能教学胜任力模型，包括人工智能知识与能力、人工智能伦理与道德、人工智能自我概念三个维度共计35项胜任指标，据此开发教师人工智能课程教学胜任力的调研问卷，对浦东各中小学一线教师进行深入的调研。调研发现：一线教师胜任人工智能课程教学还有或多或少的欠缺和提升空间，师资问题在人工智能与编程教育推进中值得关注。
人工智能与编程教育区域推进策略的思考
浦东推进人工智能与编程教育的总体思路。浦东推进人工智能与编程教育的总体思路如图1所示，通过“课题引领+项目建设”的方式，系统解决人工智能与编程教育学什么（课程内容和要求）、用什么学（学习环境与资源）、如何学（学习模式）、谁来教（教学师资）多个问题，推动中小学人工智能课程教学实践。
2020年和2021年，浦东连续申报了两个上海市教育科学研究项目“面向计算思维的初中人工智能教育的实践研究”“区域中小学人工智能教育生态构建研究”，聚焦人工智能与编程教育实施涉及的课程内容、软硬件设备及平台、数字资源、教学模式、师资培养等要素及要素间的生态协同展开研究，从理论层面引领区域人工智能与编程教育推进。
2021年申报、2022年成功立项的信息化建设项目“浦东新区中小学人工智能与编程教育”，从实践层面落实区域人工智能与编程教育推进，主要项目内容包括：构建区域人工智能与编程教育课程体系及内容，搭建“1+N+100”的人工智能与编程学习环境（“1”是指一个区域人工智能与编程教育大平台，“N”是指N个浦东特色的人工智能实验中心，“100”是指百所学校人工智能与编程教育教学环境），提供数字化课程资源，创新人工智能与编程教育学习模式，培养人工智能与编程教学师资。
人工智能与编程教育课程内容和要求的思考。开展人工智能与编程教育首先要明确“要让学生学习什么”，即明确课程内容和要求。浦东构建了覆盖小学到高中“贯通式”的人工智能与编程教育课程体系，通过体系化的课程帮助学生系统地、科学地认识人工智能，并在课程中培养学生的人工智能伦理。其中小学阶段侧重对人工智能的感悟，以及简单的作品创作；初中阶段侧重人工智能体验，能进行初步的创造创新；高中阶段侧重运用人工智能技术进行创造创新。
各个学段课程内容从易到难设计为基础内容、进阶内容、竞赛内容三个内容阶段。基础内容是对百所学校的统一要求，包括理解和实验、理解与实践两大块内容，通过“体验-理解-实验/训练”的方式，让学生理解大数据、机器学习等人工智能思想原理；通过“体验-理解-设计与编程实践”的方式，让学生学习计算机视觉、语音识别、语音合成、知识图谱、智能机器人等人工智能相关技术。进阶内容由学校进行个性化选择，以人工智能主题化综合实践项目的方式开展。基础内容和进阶内容阶段不让学生深入学习算法和底层技术层面的知识，更注重对人工智能基本原理的理解和对人工智能技术的应用，核心价值是帮助学生具备对人工智能的鉴赏能力、理解能力、应用能力和创新能力，为未来做好准备。对人工智能有深入学习兴趣的学生可以选择更进一步的竞赛内容进行深入学习。
人工智能与编程教育平台及硬件的思考。基于学校反馈的缺少人工智能教学平台的共性需求，浦东在人工智能与编程教育项目中设计了服务于浦东新区中小学的人工智能编程教育大平台。平台提供两大系统功能，一是教与学系统，二是编程系统。其中教与学系统需要满足教师、学生常态化课前、课中、课后的教学闭环，保障人工智能线上线下教学的顺利实施，包括教师教学子系统、学生学习子系统，以及起到辅助管理功能的数字资源管理子系统、学生学习数据分析子系统，等等。支持教师完成基于资源的备课、个性化教学活动设计，支持学生按照体验、理解、实验/实践的学习流程，能在课后完成自主学习和拓展探索。
系统能够真实记录学生在平台上的过程性和结果性的行为数据、成果数据，这些数据经过数据建模和聚合查询，能为教师更好地开展人工智能与编程教学提供数据支撑。编程系统则为学生提供差异化的多种编程工具，例如适合小学低年级学生使用的图形化编程工具以及适合初中高年级以及高中学生使用的python编程工具，通过计算机指令解决生活中的一些实际问题，在问题解决过程中培养学生的计算思维和创新思维。
同时，区域统一为学校提供人工智能教学硬件。基础阶段的课程，为学生配备集成度高的教学硬件，学生可以直接给硬件编写指令，硬件按照指令实现人工智能功能。进阶阶段的课程，为学生提供可以自己动手搭建的硬件，由学生自主组装作品，并运用相关技术为作品赋能，使得作品能够动起来，解决生活当中的问题。对于少部分学生选择的竞赛阶段课程，区域将设计N个人工智能实验中心，不同实验中心有不同的实验主题，如人工智能语音实验室、人工智能视觉实验室、人工智能VR实验室、智能机器人竞赛实验室等，为对人工智能特别有兴趣的学生进一步学习人工智能提供硬件设施。
人工智能与编程教育课程资源的思考。人工智能与编程教育的实施，离不开丰富多元的数字化课程资源。浦东通过项目实施，借助人工智能企业力量为实验学校提供丰富的数字资源，从而帮助学校更好地开展人工智能与编程教育。这些数字资源包括但不限于支撑学生对人工智能的理解、体验和实践，例如用于知识原理与教学思想理解的动画/微视频、操作讲解的微视频等，用于开展交互体验的交互实验、模拟、仿真的软件等，以及用于开展项目实践活动的相关资料，等等。初中人工智能“机器学习初始课”的活动设计和课堂教学，利用了微视频、人工智能体验平台等多种人工智能课程资源，组织学生通过类比，交互体验、训练手势分类模型，体验和理解机器学习的技术原理。
人工智能与编程教育学习模式的思考。浦东人工智能与编程教学通过面向真实问题的解决，让学生通过体验、理解、实践、初步应用的途径进行学习。项目化学习与计算思维培养都与问题解决息息相关，面向计算思维培养的人工智能与编程教育可以尝试采用融合项目化的学习方式。浦东从2021年开始已经尝试探索面向计算思维的人工智能项目化学习模式。人工智能的教学不同于传统课堂讲授“人工智能专业知识”，而是通过项目学习的方式，将抽象、复杂的原理形象化、简单化，使学生深刻理解人工智能工作的基本原理，揭示被用于设计人工智能系统的多角度思路和技术，把问题化繁为简，激发学生学习和创新的兴趣。面向计算思维培养的人工智能项目化学习模式基于人工智能项目真实问题需求，借助线上平台支撑，在教师及同伴的协作下，经历项目需求分析、新知学习、制定实施方案、方案实施、评价总结的问题解决过程，最终完成项目作品。在项目实践的过程中内化人工智能相关知识与技能的学习，发展计算思维，达到人工智能课程教学目标。
人工智能与编程教育教学师资的思考。浦东推进人工智能与编程教育，教学人员既有学校人工智能课程教学教师，又有人工智能企业技术人员的技术指导教师，还有教学平台提供的有关虚拟教师人工智能教学视频。调研发现，学校教师对人工智能相关知识、技能、自我概念有较大需求，为此浦东分三批组织开展了中小学教师的人工智能普及知识培训，帮助教师完善修正自身关于人工智能主题的知识建构，更加从容地设计和开展人工智能课程教学。后续随着课题研究及项目实施的逐步推进，浦东将会对人工智能与编程教育教学师资投入更多的关注。
【本文系上海市教育科学研究一般项目“面向计算思维的初中人工智能教育的实践研究”（项目批准号：C20078）、“区域中小学人工智能教育生态构建研究”（项目批准号：C2021093）的研究成果】
（本文作者单位系上海市浦东教育发展研究院 谢忠新 李晓晓 李 盈）
（本文刊载于《上海教育》杂志，2023年1月20日出版，版权所有，更多内容，请参见杂志）
转自：“第一教育专业圈”微信公众号
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