2017年7月，國務院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育[1]。2018年，教育部教育裝備研究與發(fā)展中心聯(lián)合五地教科院所，共同發(fā)起“中小學人工智能教育項目”，形成以人工智能應用軟件、編程平臺和智能機器人搭建三大模塊為主的中小學人工智能教育裝備體系[2]。同年4月，教育部印發(fā)的《高等學校人工智能創(chuàng)新行動計劃》提出將在中小學階段開展人工智能普及教育，構建人工智能多層次教育體系[3]。這兩份文件促進了人工智能教育在中小學教育領域中的開展，使得2018年成為我國中小學人工智能教育啟動的元年。2019年1月19日，教育部在北京召開《中小學人工智能教育》項目發(fā)布會，確定北京、廣州、深圳、武漢和西安這五個城市作為第一批人工智能教育試點落地城市，3年級到8年級的學生已在2019年全面開展試點[4]。同年3月，教育部辦公廳印發(fā)的《2019年教育信息化和網(wǎng)絡安全工作要點》，將進一步推動中小學階段設置人工智能相關課程，同時將編寫印發(fā)《中國智能教育發(fā)展方案》，以推動人工智能技術在教育教學中的深入應用[5]。

（二）我國中小學人工智能教育課程標準

現(xiàn)階段我國中小學實行的《基礎教育信息技術課程標準（2012版）》和《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》在原課程標準的基礎上也進行了大幅修改，人工智能相關內(nèi)容在選修和必修模塊中也都有所涉及。如在小學學段加入了算法與程序入門和機器人入門的拓展模塊，讓小學生體驗程序設計過程、了解機器人的基本結構和應用等。在初中學段加入了算法與程序設計和機器人設計與制作的拓展模塊，讓初中生能夠設計算法編程解決簡單問題、了解機器人的結構功能部件、完成機器人設計、程序編寫等任務。在高中學段加入了必修模塊“人工智能初步”和選修模塊“算法初步”，在學習方式上強調(diào)了對大數(shù)據(jù)、人工智能、“互聯(lián)網(wǎng)+”等信息技術的利用，讓高中生能夠了解人工智能的發(fā)展歷程、概念和典型算法，親歷設計與實現(xiàn)簡單智能系統(tǒng)的過程，理解問題求解的思想、方法和過程，掌握算法設計的方法，編寫程序?qū)崿F(xiàn)算法[6]等等。

（三）我國中小學人工智能教育課程實施現(xiàn)狀

據(jù)《2017年中國互聯(lián)網(wǎng)學習白皮書之中國人工智能教育發(fā)展報告（基礎教育）》中對全國中小學進行的問卷抽樣調(diào)查發(fā)現(xiàn)，我國有93.49%的初中學校開設了人工智能教育相關課程，如編程課、機器人課等[7]。其中很多學校開設的人工智能課程主要是讓學生們學習人工智能基礎知識，體驗人臉識別、語音識別等人工智能技術的應用。同年9月，教育部研制印發(fā)的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》，為3到9年級的人工智能學習系統(tǒng)設計了“智能大腦——走進單片機的世界”“趣味編程入門”“走進程序世界”等25個主題活動。

據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2018年，我國各地區(qū)就已推出了十幾種與中小學人工智能相關的課程、教程或教材[8]。浙江省從2017年開始將信息技術學科作為中小學階段的選考科目。福建省從2018年開始要求各學校在義務教育階段開展人工智能教育試點，如在小學低年級和高年級開展不同層次的人工智能知識科普教育，在初中開展編程教育[9]。南京市在多個中小學設立了人工智能選修課，從技術培訓、專題論壇和競賽三個方面推動人工智能教育的發(fā)展[10]。2019年12月19日，廣州市教育研究院組織編寫的《人工智能》教材（3—8年級）通過廣東省教育廳關于地方課程教材的初審，是全國最先推出的面向中小學生的《人工智能》教材之一。我國中小學STE[**]M課程、創(chuàng)客課程中也含有人工智能相關內(nèi)容[11]，如中國人民大學附屬中學構建的金字塔形的中小學“STE[**]M+人工智能教育”課程體系[12]；溫州中學創(chuàng)客空間實驗室開發(fā)的“[**]rduino創(chuàng)意機器人”“樹莓派和Python編程”創(chuàng)客教育校本課程等[13]。

這些課程的開發(fā)，并不是在統(tǒng)一的課程設計基礎上進行的，而是各地區(qū)各學校以自己的教學資源和教學環(huán)境特點進行創(chuàng)設的課程。這些課程的對象、開發(fā)思路和內(nèi)容都有所不同。按授課對象分，既有面向中小學全學段，也有專門針對初中或高中某一階段；按課程開發(fā)思路分，既有注重和信息與科學技術課程標準的銜接，也有圍繞技術路線突出的實踐活動；按課程內(nèi)容分，既有以大數(shù)據(jù)為核心內(nèi)容的教材，也有側(cè)重編程，或重點突出某一項或某幾項人工智能技術的體驗實踐[14]。

（四）我國中小學人工智能教育課程存在的問題

1.據(jù)關于中學人工智能課程設置調(diào)查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，18%的學生表示其所在學校開設了人工智能相關課程，25%的學生表示學校舉辦過人工智能教育相關講座，40%的學生則反饋其所在學校從未開設過人工智能教育相關課程[15]。2019年教育部辦公廳印發(fā)的《普通高中國家課程教學用書目錄（根據(jù)2017年版課程標準修訂）》中全國列出了5套《人工智能初步》教材，但是2020年才能選用，且是以公司開發(fā)的課程教材為主，還沒有適合教師上課的教材[16]。

目前大多數(shù)學校還沒有系統(tǒng)地進行人工智能教育，只有少數(shù)先進地區(qū)開設了相關課程，但課時少、內(nèi)容少，尚未形成課程體系。各地區(qū)教育研究組織自行創(chuàng)設的教材五花八門，沒有國家統(tǒng)一的人才培養(yǎng)引領方向，也未形成與國家未來發(fā)展戰(zhàn)略相一致的全國統(tǒng)一教材大綱。

2.人工智能其實是一門由計算機、心理學、哲學等多學科交叉融合的新興學科，涵蓋的知識面極廣。我國各地區(qū)組織大部分是將人工智能相關課程加入信息技術教育，或是單獨開設一門“人工智能”課，編寫一本單獨的《人工智能》教材。但是，僅僅學習一門“人工智能”課，或者信息技術課，是不能完全深入了解、學習和在生活中熟悉運用人工智能技術的。

3.人工智能學習的知識基礎不是一蹴而就的，需要日積月累的培養(yǎng)。學生從小學到初中、高中，其心智、知識基礎與學習能力都在變化。我國現(xiàn)有地區(qū)組織開設的人工智能課程，無論是面向中小學全學段的，還是專門針對小學、初中或高中某一階段的，都未將中小學的人工智能課程與大學的學習進行銜接，都未必能符合學生的年齡和認知能力，滿足學生未來進行更深層次人工智能學習的知識基礎需求。

我國如何形成統(tǒng)一的人工智能教育課程體系？如何將我國中小學人工智能教育與現(xiàn)有的課程、與學生的學習生活相融合？以及如何讓人工智能教育課程更好地被中小學每個階段的學生所接受，且能夠?qū)W生大學的學習有更好的幫助？都將是未來我們亟待破解的問題。

（一）日本小學編程教育課程體系設計

2019年3月26日，日本文部科學省公布了新版教科書的評估結果，要求日本所有小學自2020年起使用新版教科書，編程正式成為日本小學的必修內(nèi)容。

1.日本小學編程教育的教學目標

在公布的小學教學大綱解說篇中提到，小學編程教育的目的有三點：

一是培養(yǎng)小學生的信息知識與技能。增加小學生接觸并使用計算機的機會，同時讓小學生利用計算機進行特定的活動。這些知識與技能，是學生在未來生活中能夠更有效地使用計算機的基礎。

二是思考力、判斷力、表現(xiàn)力的培養(yǎng)。邏輯性的思考是小學生需要培養(yǎng)的重要能力。在新教學大綱中，使用信息的能力被定義為學習的基礎能力之一，即在學習活動中根據(jù)需要，適當?shù)厥褂糜嬎銠C獲得信息，并對其進行整理、比較、發(fā)送、傳達、保存和共享的能力。除了信息技術等基本操作技能、編程思維外，亦可培養(yǎng)學生的信息道德與信息安全等意識。

三是利用編程使各學科的學習更加完善。讓小學生在接觸編程的同時，享受計算機的樂趣和完成目標的成就感，在學習的過程中進行編程體驗，促進他們了解編程的優(yōu)點，更好地利用計算機。

2.日本小學編程教育的課程設置

參考日本文部科學省2020年2月公布的《小學生程序設計教育指南（第三版）》[17]中的數(shù)據(jù)，日本小學階段編程學習的課程實施可以分為四類，涉及的學科與實行示例，我們總結并繪制如表1所示。

新教學大綱中明確加入小學編程教育的學科課程有算術、理科和綜合學習。而其它沒有明確說明的非專業(yè)學科，在課程內(nèi)容的學習過程中，也加入了編程體驗與編程學習。獨立課程是在日本教學大綱規(guī)定的學科課程外，不加重學生負擔的前提下，為了培養(yǎng)學生的編程思維而進行的編程相關學習活動[18]。在加入了趣味編程教學的各學科課程開課之前，對學生開展相關編程基礎的教學，或者設定與各學科相關聯(lián)的編程課題，在新教學大綱規(guī)定的課程之外對學生進行額外的編程教育補充學習。

為了在教學大綱中舉例說明的學科中進行編程教育，提前讓學生們在其它學科課上體驗編程，讓他們熟悉編程語言和計算機操作等是非常有必要的。但是，小學階段的編程教育，并不是以學生記住編程語言、學習編程技能為主要目標。

（二）日本中學信息教育課程體系設計

在2017至2018年公布的初高中教學大綱中，對學生的信息教育確立了更高的培養(yǎng)目標和更精確的培養(yǎng)方向。以小學培養(yǎng)的信息技術能力為基礎，培養(yǎng)中學生從社會生活中發(fā)現(xiàn)與編程相關的問題并設定課題的能力，利用圖表呈現(xiàn)處理問題的流程，并通過試行將解決方法具體化的能力等。

1.日本中學信息教育的教學目標

日本中學的信息教育主要培養(yǎng)學生信息知識與技能，對信息的思考力、判斷力、表現(xiàn)力以及學習的能力、人性等三個方面，其具體分類如表2所示。

2.日本中學信息教育的課程設置

在日本新教學大綱中，理數(shù)和信息課程的修訂已經(jīng)明確。信息的積累與計算能力的提高已成為人工智能技術應用的前提。從狹義的角度來說，人工智能指的是“機器學習”。機器學習涉及概率論、統(tǒng)計學、凸分析、算法復雜度理論等多門學科。與之相關聯(lián)的數(shù)學基礎需要花費學生大量的課程和時間。

對于理數(shù)學科，高中教學大綱中提出，從學生學習理數(shù)的用處和對理數(shù)感興趣的觀點出發(fā)，通過進行有預見性的觀察和實驗等科學探究活動來充實理數(shù)教學并提高學習質(zhì)量；通過收集、分析數(shù)據(jù)來解決課題，充實理數(shù)中的統(tǒng)計學教學；以培養(yǎng)能夠進行知識創(chuàng)造的學術研究型人才為目標，開設“理數(shù)探究”和“理數(shù)探究基礎”等學科。對于信息學科，通過重組課程、新開設必修課程“信息Ⅰ”，加入人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和數(shù)據(jù)庫等技術的基礎知識；同時在教材中充實數(shù)據(jù)科學相關內(nèi)容，并利用計算機開展學習活動②。

除信息相關學科外，日本在中學其他課程的學習過程中也貫穿了信息教育。以日本北海道教育大學附屬釧路中學校為例，如表3所示，詳細記錄了2018年該校信息教育的全學科計劃示例。

（三）日本中小學人工智能教育課程體系特征

通過對日本小學編程教育和中學信息教育的教學目標和課程設置的梳理，我們可以總結出日本的中小學人工智能教育課程體系特點如下：

1.人工智能教育課程體系分多學科、多課程實施。核心的編程教育與信息教育分別設置進中小學特定的專業(yè)科目，加入非專業(yè)學科的課程，設立人工智能教育獨立課程和俱樂部活動等，改變成與人工智能教育相關的學習模式，使信息技術和人工智能技術融入教材和課堂的教學。

2.教育課程體系整體目標清晰，分階段層層遞進。學生的人工智能相關能力隨著年齡與學歷的增長而不斷提高，認知與能力更加專業(yè)。從小學到高中，在學生的信息知識與技能培養(yǎng)方面，從小學對生活和社會中信息技術的基礎性理解，到初中對信息的表現(xiàn)、記錄、計算和通信等的科學原理的理解和信息的數(shù)字化，處理的自動化、系統(tǒng)化，信息安全等相關基礎技術的結構性理解，到高中對信息通信網(wǎng)絡的構成和利用基本的信息結構制作程序，測量、控制系統(tǒng)的結構等能力的學習，逐步深入，成為大學學習人工智能相關專業(yè)的基石。

3.注重信息道德與安全教育。分階段培養(yǎng)學生從小的信息素養(yǎng)、信息倫理與信息安全意識。如信息的可靠性、信息的公開、信息的保護以及發(fā)送信息時個人的責任、注意隱私權和著作權等。

4.課程體系隨時代的變化更完善。為了彌補日本信息技術人才與人工智能技術人才的不足，提高人工智能產(chǎn)業(yè)與世界的競爭力，為了使新一代年輕人把握更好的就業(yè)機會，擁有隨著科學技術發(fā)展的更好的人生，并在未來的智能時代社會建設中發(fā)揮主導作用，日本建立并逐步完善其中小學的人工智能教育體系。

（一）多職能部門協(xié)同和高科技企業(yè)參與人工智能教育課程體系的頂層設計

日本新教學大綱中關于人工智能教育的修訂，不僅僅是文部科學省所管轄范疇之內(nèi)的工作，而是日本面向未來的國家戰(zhàn)略體系的重要組成部分，產(chǎn)業(yè)競爭力和人才培養(yǎng)等都是這個戰(zhàn)略體系的組成部分。日本人工智能教育課程體系經(jīng)歷四年由文部科學省、經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)省、日本中央教育審議會、產(chǎn)業(yè)競爭力會議等的研討，在這四年間，日本政府的相關部門皆以專門議題提出研討，在本部門工作所涉及領域和影響發(fā)展的范圍內(nèi)根據(jù)人工智能人才培養(yǎng)的關鍵問題進行研究，在各部門會議與產(chǎn)業(yè)會議上，各行各業(yè)的成員發(fā)言討論，最終形成論點匯集在中央教育審議會的教育課程部會。

關于未來我國的人工智能教育體系設計，在制定教學大綱和課程標準時，應該在國務院、教育部等多政府職能部門的領導下，結合全國教育工作會議、黨大會議、人大會議等中討論的人工智能教育相關內(nèi)容，再參考各高校教育專家組織、社會各行各業(yè)的企業(yè)會議等提出的人工智能人才培養(yǎng)相關內(nèi)容，進行教學大綱和課程標準的制定與修改。其中，我國高新科技企業(yè)的參與尤為重要?？萍计髽I(yè)參與教學大綱研討的制定與修改，能讓企業(yè)的未來人才需求帶動高等、中小學的教育，明確未來的就業(yè)方向，讓學生知道現(xiàn)在該學什么，怎么學，以后怎么用。

我國應該根據(jù)政府部門發(fā)布的國家政策和未來人才培養(yǎng)發(fā)展戰(zhàn)略目標，多職能部門協(xié)調(diào)配合，并利用高科技企業(yè)擁有的先進知識和經(jīng)驗，實現(xiàn)中小學人工智能教育課程體系的頂層設計，推進人工智能教育的方針實施和計劃制定，并根據(jù)政策與時代行業(yè)產(chǎn)業(yè)的變化、就業(yè)形式和趨勢的變化及時調(diào)整，讓中小學人工智能人才培養(yǎng)緊跟時代發(fā)展的步伐，具有對未來的高度前瞻性。

（二）人工智能教育課程與現(xiàn)有課程的深度融合

在日本，中小學的人工智能教育，從小學的編程教育到中學的信息教育，都將人工智能教育課程與現(xiàn)有課程進行深度融合。將與人工智能技術相關的數(shù)理和信息科學基礎知識加入數(shù)學、理科和信息技術學科教學中，將人工智能技術的學習和實踐加入音樂、美術等非專業(yè)的學科課程中。日本將中小學人工智能教育課程體系融入到現(xiàn)有的所有學科教學中，讓學生們在完成現(xiàn)有課程目標的同時，能夠從不同的學科不同的角度，學習到人工智能各方面的基礎知識。

根據(jù)日本中小學人工智能教育體系的課程設置，我國在未來的中小學人工智能教育課程體系的設計上，就不能只開設一門單獨的叫做“人工智能”的學科或課程。人工智能本身具有深度融合、高度交叉、極度復雜的特點，同時又具有技術屬性和社會屬性的特點，這就決定了人工智能教育必須依靠跨學科的交叉整合[21]。我國應該將中小學人工智能教育體系與現(xiàn)有的整個教育課程體系進行融合，以現(xiàn)有課程為主體，將人工智能教育拆分成多課程，全方位融入現(xiàn)有的學科中。

我國當前的中小學人工智能教育主要在信息技術課程、STEM課程、創(chuàng)客課程中開展[22]。但是在未來，我國還應該把人工智能技術所需要的數(shù)學邏輯思維和計算能力、編程技術等計算機技能、控制論和自動化、生物學和仿生學、哲學、心理學、信息倫理和信息素養(yǎng)等知識，作為人工智能教育課程體系中的課程，加入現(xiàn)有的數(shù)學、計算機、物理、生物、心理、思想品德等主學科中。另外，還應該將人工智能技術的實踐加入音樂、美術等輔助學科。目前，我國的中小學教學課堂上已開始運用人工智能教學產(chǎn)品，利用人工智能技術幫助教學的同時，也應該對學生進行應用的技術支撐教育。在完成該學科課程目標的前提下，利用學科課程進行人工智能技術實踐，讓學生能夠?qū)⒅髡n中所學的人工智能相關知識與能力運用在其他課堂上，在學與用的同時掌握并熟練運用知識與技能。

（三）建立符合學習者認知特點的人工智能教育分層課程實施步驟

日本中小學人工智能教育體系，根據(jù)學生的年齡、學習能力和信息技術能力，分為小學、初中、高中不同階段。為了達到社會和高等學校對人工智能人才培養(yǎng)的基本能力要求，隨著年級的提高，小學到高中，學生的數(shù)學、理科和信息技術的學習會越來越深入，越來越專業(yè)，數(shù)理和信息技術能力也會越高。而在其他非專業(yè)的學科中，學生運用信息技術發(fā)現(xiàn)、解決課程問題的能力會逐年增強，運用人工智能相關技術的能力也會逐年提高。

未來我國在中小學人工智能教育課程體系的實施方面，也應該對學生學習的人工智能相關知識、技術能力等，根據(jù)年齡與認知分為不同的階段。通過中小學的人工智能教育，即將進入高校的學生將具備一定的信息技術基礎，提高他們對計算機、自動控制等相關學科的興趣，為他們今后在高校進一步研究人工智能技術，或在工作中應用人工智能技術，打下堅實的基礎。

除學校開設的學科課程外，我國中小學校還應該開設課外活動課，讓學生開展人工智能相關課題研究，進行課外實踐。例如利用課外活動時間開設編程興趣課、人工智能相關應用興趣課，或?qū)W校組織的編程相關社團、人工智能社團等，讓不同年齡的中小學生開展合作互助，在集體活動中學習實踐，讓中小學生能夠在實際的操作應用中熟悉課堂上的內(nèi)容，享受人工智能學習的樂趣。

同時，我國應該加強校企合作，讓企業(yè)支援教師進行高質(zhì)量的授課，支援并具體化學校實施的人工智能教育內(nèi)容。我國企業(yè)應積極參與為社會貢獻的教育計劃，如組織學生前往人工智能相關企業(yè)參觀學習，將人工智能產(chǎn)品加入教育投資，讓企業(yè)的專業(yè)技術人員作為輔助教師參與到對學生的技術教學課堂中，等等。只有將融入中小學現(xiàn)有學科教學中的人工智能教育提煉出來，將每一個按年齡或年級分的階段加在一起，所有階段的課程和實踐連貫結合，才能形成一個完整的中小學人工智能教育課程體系。

參考文獻：