【刊载信息】卢宇,汤筱玙, 宋佳宸, 余胜泉.2021. 智能时期的中小学人工智能教诲：总体定位与核心内容领域[J].中国远程教诲（5）：22-31.

【择要】随着智能时期的到来，人工智能在多个领域日益发挥其主要的运用代价，我国也积极倡导和支持开展多层次的人工智能教诲。
然而，在根本教诲领域，人工智能教诲仍旧面临课程定位模糊、传授教化内容分解、课程体系与资源繁杂等诸多现实问题。
本研究面向中小学教诲阶段，对国内外人工智能教诲的现状进行了深入调研和总结，将人工智能教诲与现有的干系教诲进行了系统比较和辨析，明确了中小学阶段人工智能教诲的总体定位。
针对当古人工智能教诲中缺少对内容领域进行科学界定和清晰完全的描述，本研究提出了六个核心内容领域并进一步阐述了基于内容领域的课程设计基本原则。
本研究有助于进一步推动当古人工智能教诲的深入探索，促进我国中小学人工智能教诲持续、康健地发展。

【关键词】人工智能教诲；中小学教诲；根本教诲；核心内容领域；课程设计；智能体

一、

研究背景

人工智能、移动互联网、大数据、云打算等技能正在助推人类社会迈入发展的新阶段，未来的时期将是智能化的时期。
在教诲、医疗等多个垂直领域，人工智能已经展现了其主要的运用代价和影响力，并逐渐成为这些领域发展和变革的新动力。
随着人工智能与各个垂直领域的不断深入领悟，普通公民也越来越须要具备人工智能的基本知识和运用能力，人工智能教诲开始受到广泛关注。
2017年7月***发布《新一代人工智能发展方案》，明确指出“履行全民智能教诲项目，在中小学阶段设置人工智能干系课程”（***, 2017）。
2018年4月教诲部印发《高档学校人工智能创新行动操持》，提出“构建人工智能多层次教诲体系，在中小学阶段引入人工智能遍及教诲”（教诲部, 2018a）。
这些政策的颁布为我国人工智能教诲在中小学阶段的发展指明了方向，推动了当前对人工智能教诲在课程设置、培养模式等方面广泛而深入的探索，人工智能正在逐步成为中小学阶段的主要传授教化内容之一。

（一）国内外人工智能教诲发展现状

1. 国外发展现状

当前各国都高度重视人工智能技能的运用并视其为提升国家竞争力的主要力量，并开始逐步在根本教诲阶段开展人工智能人才培养。

美国国家科学基金会联合谷歌、微软等企业以及美国打算机科学西席协会（Computer Science Teachers Association，CSTA）等组织，多年来一贯致力于中小学打算机科学的课程标准制订及干系课程的遍及，但是仍旧难以知足人工智能教诲的需求。
2018年5月，美国人工智能促进协会（Association for the Advancement of Artificial Intelligence，AAAI）与打算机科学西席协会联合成立了事情组， 启动美国K-12人工智能教诲行动（AAAI, 2018）。
人工智能领域的学者和一线西席开始磋商和细化面向K-12阶段人工智能教诲的干系传授教化内容（Touretzky, Gardnermccune, Martin, & Seehorn, 2019），涉及“知识表示”“机器学习”“伦理道德”等多个方面，并对干系人工智能教诲的工具与资源进行了推举。

2019年，麻省理工学院推出了面向K-12阶段人工智能教诲的资源网站，汇聚了不同研究项目、学习单元与传授教化工具，并针对不同学段开设不同的研究主题（MIT Media Lab, 2019a）。
例如，针对幼儿园至2年级学生，紧张环绕陪伴机器人等开展大略的体验活动；针对9-12年级学生，则着重让学生经历一个完全的从设计到开拓的人工智能运用流程，让学生可以利用Doodle Bot或其他人工智能创意实践平台（MIT Media Lab, 2019b）。

英国自20世纪80年代开始，人工智能课程就以选修课的形式涌如今信息与通信技能（Information and Communications Technology，ICT）的课程体系中，该课程重视干系思维能力和人文代价的培养，并积极通过与本国高校协作的办法来开展传授教化，包括聘请高校专家参与课程培植、搭建传授教化平台以及参与谈论与答疑等（英国政府, 2017）。
2018年4月，英国上议院发布题为《人工智能在英国：准备、意愿和能力》的专题报告，强调在根本教诲阶段须要让学生对人工智能有必要的知识储备和基本理解，以应对社会的发展，课程的核心是技能的利用和伦理（英国上议院人工智能特殊委员会, 2018）。

芬兰是欧盟成员国中第一个将人工智能发展列入国家计策的国家，并看重在已有人工智能技能的根本上进行发展和创新型教诲。
2017年，芬兰政府发布《芬兰的人工智能时期》报告，明确提出要积极寻求新的教诲创新，以知足人工智能运用领域的人才需求（芬兰经济事务与就业部, 2017）。
在芬兰担当欧盟轮值主席国期间，发起“1%的欧友邦平易近节制人工智能根本”的倡议，并向环球开放了“Elements of AI”等在线课程，鼓励更多的人理解人工智能是什么，可以办理什么问题，对生活产生了什么影响，以及如何开始创建人工智能项目。
该课程由芬兰赫尔辛基大学等联合研发，供应英语、芬兰语、德语、瑞典语等险些所有欧盟成员国措辞的版本（芬兰经济事务和就业部, 2019）。

日本自2016年开始提出要对中小学教诲进行改革，以帮助年青一代适应以人工智能为代表的第四次工业革命。
同时，在根本教诲阶段须要重视培养学生利用信息技能的能力以及利用数据进行剖析的素养（段世飞, 等, 2019）。
此后，日本文部科学省等紧张国家部委陆续发布了一系列干系报告和政策，强调培养学生具备利用人工智能技能并可以为企业创造代价的能力。

新加坡政府于2018年3月发布“AI Singapore”项目，旨在促进和增强新加坡在人工智能领域的创新能力，同时推出了“AI for Students”“AI for Kids”两项人工智能教诲操持。
个中，“AI for Students”操持紧张面向中学阶段，在该操持放学生和西席可以自由访问其课程的核心内容（AI Makerspace和Data Camp），并参与专业社区谈论（AI Singapore， 2018a）；“AI for Kids”操持则面向小学阶段，在该操持放学生学习人工智能基本观点、开放工具、开拓运用，以办理日常生活中的实际问题（AI Singapore, 2018b）。

在各国对人工智能教诲日益重视的背景下，联合国教科文组织于2019年3月组织了以“人工智能和可持续发展”为主题的“移动学习周”，同年5月发布了《北京共识——人工智能与教诲》。
《北京共识》建议将人工智能干系技能纳入中小学课程、职业技能教诲与培训以及高档教诲的资历认证体系中，并提高社会各个层面所需的基本人工智能素养（联合国教科文组织, 2019, p.59）。
2020年11月，联合国教科文组织教诲信息技能研究所发布了《教诲中的人工智能》（AI in Education：Change at the Speed of Learning），磋商了人工智能技能对学生、教诲者、家长、教诲管理者等产生的深刻影响以及带来的伦理道德方面的寻衅（UNESCO IITE, 2020）。

2. 海内发展现状

我国很早就开始将人工智能教诲引入中小学教室。
“人工智能初步”早在2003年就被纳入我国《普通高中信息技能课程标准》的选修模块中，与“算法与程序设计”“网络技能运用”“数据管理技能”等并列为五个选修模块，在全国发行的多套高中信息技能学科教材中也都有相应的人工智能分册或干系内容。
但是，受限于当时人工智能技能本身的发展，传授教化内容更多涉及的是“专家系统”“分布式打算”等传统观点以及递归程序设计等实践内容。
2017版的《普通高中信息技能课程标准》保留了“人工智能初步”，将其作为选择性必修模块，紧张分为“人工智能根本”“大略人工智能运用模块开拓”“人工智能技能的发展与运用”三个主题，哀求学生理解人工智能的发展进程及观点，描述范例人工智能算法的实现过程，搭建大略的人工智能运用模块，同时增强利用智能技能做事人类发展的任务感。
在必修模块中也多处涉及人工智能干系内容，如在必修模块“数据与打算”中通过人工智能范例案例的阐发让学生认识到人工智能在信息社会中越来越主要的促进浸染（教诲部, 2018b）。
在此根本上，教科版、人教版、浙教版和粤教版的《人工智能初步》教材陆续出版，这些教材均涵盖人工智能的观点特色、历史发展、核心算法、范例运用等部分，但侧重点有所不同（詹泽慧, 等, 2020）。
干系的课程项目案例与传授教化资源也在不断丰富（张学军, 等, 2019）。
近年来，我国高度重视人工智能教诲，供应了一系列政策勾引与保障。
2017年7月8日，***发布《新一代人工智能发展方案》，提出“在中小学阶段设置人工智能干系课程”（***, 2017）。
2018年1月，中共中心、***发布《全面深化新时期西席军队培植改革的见地》（***, 2018），提出西席要主动适应信息化、人工智能等新技能变革，积极有效开展教诲传授教化。
教诲部西席事情司发布的《教诲部西席事情司2018年事情要点》也明确支持部分学校引入人工智能传授教化实验，推动西席主动适应信息技能变革（教诲部西席事情司, 2018）。
2018年4月，教诲部颁布《高档学校人工智能创新行动操持》《教诲信息化2.0行动操持》，强调构建人工智能多层次教诲体系，在中小学阶段引入人工智能遍及教诲（教诲部, 2018a），并进一步对人工智能西席培养、完善课程方案和标准做出哀求（教诲部, 2018c）。
2019年2月，教诲部发布《2019年教诲信息化和网络安全事情要点》，指出要推动在中小学阶段设置人工智能干系课程（教诲部, 2019）。

在人工智能教诲干系政策的推动下，广州、深圳、天津、南京等多个城市进行了人工智能教诲的探索。
广州市操持到2022年实现人工智能教诲覆盖全市学校，以培养适宜未来的创新型人才（广州市教诲局, 2019）。
深圳市挑选了61所中小学作为首批“中小学人工智能教诲”项目实验校，积极探索在中小学开设人工智能课程的有效办法（深圳市教诲局, 2019）。
天津市印发了《〈关于开展人工智能知识教诲遍及活动方案〉的关照》，推进人工智能知识教诲遍及活动（天津市公民政府, 2018），并在中小学建立人工智能创新教诲实验室，推动履行人工智能创新课程方案（天津市教诲委员会, 2018）。
南京市在多个中小学设立人工智能选修课，紧张从加强西席技能培训、组织专题论坛、鼓励参与竞赛几个方面推动人工智能教诲发展（南京市公民政府, 2018）。
各地中小学也开始以校本选修课等形式积极推进人工智能课程的落地。
例如，北京师范大学附属中学从2018年开始逐步进行初中阶段的人工智能课程的培植，课程内容除涵盖一些关键人工智能技能外，还涉及物联网、大数据、云打算等，并辅以模块化编程等实践传授教化环节（张建彬, 2019）；中国公民大学附属中学在初中阶段开展语音识别等人工智能根本观点课程，同时组织学生在无人驾驶、图像处理、自然措辞处理等领域进行跨学科实践活动（袁中果, 等, 2019）；上海浦东教诲发展研究院基于皮亚杰的认知发展理论，在小学、初中、高中三个学段设计了侧重点不同的课程内容（谢忠新, 等, 2019）。
学术界也开始关注人工智能课程在中小学履行过程中的现实抵牾（乐进军, 2020），在积极提倡借鉴国外履历的同时（周遭媛, 等, 2020）开始探索干系的办理方法与策略（张珊珊, 等, 2020）。

综上所述，面向中小学阶段的人工智能教诲国内外目前都处于起步和探索阶段。
国际上多以政府部门和学术机构联合的办法来开展人工智能教诲，人工智能领域专家参与课程培植、平台搭建及资源开拓，将研究和实践进行结合并运用于传授教化。
干系的课程学习网站和工具资源向"大众年夜众开放，鼓励一线西席和不同年事段学习者直策应用。
在详细履行上，环绕人工智能学科本身的关键领域知识和学科特点，针对不同学段开设适宜的研究主题，鼓励学生办理日常生活中的实际问题。
其余，在勾引学生系统学习人工智能知识及其实际运用的同时，也将利用人工智能的伦理和道德等问题作为重点内容纳入传授教化之中。
这都是我国在开展人工智能教诲时可以借鉴的宝贵履历。

（二）我国人工智能教诲面临的问题

比较较而言，我国当古人工智能教诲的政策勾引更加明确，涵盖教诲体系、西席教诲、课程标准等多个方面，地方政府也通过评比实验校、开展竞赛活动、组织互换分享、加强西席培训等多种办法推进人工智能教诲的发展。
人工智能教诲在中小学阶段的迅速发展，一方面提升了学生的干系能力和素养，另一方面也为我国人工智能领域的人才培养奠定了根本。
然而，当前我国中小学人工智能教诲，尤其是面向初中和小学学段的人工智能教诲，在详细履行中面临以下几个问题：

1. 课程定位模糊

人工智能学科本身知识覆盖范围广，很多子领域理论性强且仍旧处于快速发展与创新的阶段，在很多关键问题上还没有形成共识。
纵然在高档教诲阶段，人工智能专业的设立与课程体系培植也仍旧处于发展初期。
在中小学阶段的人工智能教诲实践过程中，由于教诲管理者和西席普遍缺少对人工智能学科的清晰认识，随意马虎将其与创客教诲、编程教诲或机器人教诲等稠浊。
有的学校开设的人工智能课程，只是将原有的机器人课程或编程课程稍加修正，其课程内容和实践活动基本未作改变乃至完备一样。
除校内课程外，各种校外培训机构以人工智能为主题推出的针对各学段的培训课程，其课程体也存在着类似问题，并且由于受到商业利益的驱动，更加偏离原来的方向。
课程定位的模糊直接导致传授教化内容与人工智能学科本身的核心内容相去甚远，有悖于人工智能教诲的初衷。

2. 传授教化内容分解

在传授教化内容上有些学校将人工智能某些子领域的模型和理论直接搬到教室，以技能性知识为主组织传授教化。
这些内容常日繁芜抽象，对学生的数理和逻辑能力有较高的哀求，中小学阶段的学生难以理解且易对课程产生抵触感情。
例如，“卷积”运算属于泛函剖析范畴，在中小学人工智能教室上直接讲解基于该运算的“卷积神经网络”等繁芜的机器学习模型，学生很难对其有深入的认识和理解。
有些学校的传授教化内容，只强调学生的体验，侧重于吸引学生进行大略的动手实践，虽然会让学生在教室中感到新奇有趣，但知识学习却勾留在表层，学生难以体会和学到人工智能的主要观点和思想方法。

3. 课程体系与资源繁杂

在初中和小学阶段，人工智能课程多作为选修或校本课程，属于学校的“个性化课程”。
各个学段之间课程的连贯性不敷，所采取的传授教化资源迥异，普遍缺少整体性的课程体系设计与系统性的传授教化资源培植。
同时，不同学校在传授教化理念、师资培养以及教材利用上的差异也较为显著。
自2018年开始在全国范围内已经出版了超过二十种人工智能教材，教材编写职员涵盖高校西席、中小学西席、研究机构、培训机构等多方主体，覆盖从幼儿园到中学的多个学段。
然而，相称一部分教材并不遵照人工智能学科本身特点，而因此购买实践环节所需的软硬件平台为导向，进行传授教化内容的编写，缺少基本的科学性与合理性。

总体而言，当前中小学阶段的人工智能教诲面临良好的发展机遇，在课程开展和资源培植方面也取得了较大的进展。
然而，由于海内里小学人工智能教诲尚未形成清晰、完全、独立的总体定位与核心内容，仍旧面临课程定位模糊、传授教化内容分解、课程体系与资源繁杂等问题。
本研究依据人工智能学科的专业特点和国际发展趋势，针对当前我国中小学阶段人工智能教诲面临的实际问题，厘清中小学人工智能教诲与STEM教诲、编程教诲、创客教诲等的差异和关系，梳理和明确中小学人工智能教诲的总体定位与核心内容领域，以期帮助本领域的研究者和实践者更好地进行课程培植和传授教化实践。

二、

中小学人工智能教诲的总体定位

如前所述，当前中小学人工智能教诲课程定位模糊，常常与打算思维教诲、STEM教诲、机器人教诲等稠浊，常日是这些现有课程的照搬或殽杂。
本研究首先对人工智能教诲与现有的干系教诲进行比较和辨析，进而提出面向智能时期的中小学人工智能教诲的总体定位。

（一）人工智能教诲与干系教诲的比较

1. 打算思维教诲

打算思维教诲强调用打算机科学的观点和办法把繁芜问题拆解成为为大略、可操作的子问题，利用一系列清晰的步骤天生办理方案，然后将办理方案迁移利用到类似问题中，从而使问题办理过程自动化（Jeannette, 2006）。
简言之，打算思维教诲关注的是打算本身，研究一个问题中哪些可以打算并且若何进行打算，是对数学思维和工程思维的补充。
打算思维教诲的基本理念是让人能够把实际问题转化为可打算问题，并设计相应的步骤让打算机去实行，打算机卖力详细的运算任务，这便是打算思维里的人机分工。
而人工智能教诲关注的核心之一是如何设计智能机器代替人办理实际问题，从而不再须要由人来完成打算思维中最困难的问题拆解与抽象表达。
因此，两者关注的重点有较大差异。

2. STEM 教诲

在中小学阶段，STEM教诲重点强调对学生四个方面的培养：一是科学素养，即利用科学知识（如物理、化学、生物科学和地球空间科学）理解自然界并参与影响自然界的过程；二是技能素养，即利用、管理、理解和评价技能的能力；三是工程素养，即对技能工程设计与开拓过程的理解；四是数学素养，即学生创造、表达、阐明和解决多种情境下的数学问题的能力。
STEM教诲在发展过程中又逐渐增加了艺术、人文等素养（秦瑾若, 等, 2017）。
STEM教诲的基本理念之一是基于现有学科知识（科学、技能、工程和数学学科），跨学科并利用多学科的思维办法和知识办理实际问题。
人工智能教诲也同样须要培养跨学科知识素养，但须冲要破现有的学科知识和思维办法，从创建和实现类人智能机器的角度办理实际问题。

3. 机器人教诲

机器人教诲是指通过设计、组装、编程、运行机器人，引发学生学习兴趣，培养学生综合能力。
机器人的构建领悟了机器事理、电子传感器、打算机软硬件及人工智能等浩瀚前辈技能。
在中小学阶段，机器人教诲的形式多以搭建机器人构造、编写与调试掌握程序、设计创意项目为主。
机器人构造、形状和配件相对固定，紧张以插接积木式或标准件组合式为主。
当前的机器人教诲更多强调通过程序设计与模块组合完成某项既界说务或某个功能运用，有时也被视为STEM教诲或创客教诲的工具（钟柏昌, 2016）。
智能机器人无疑是人工智能领域的主要代表成果之一，但是当前大多数机器人教诲并不涵盖人工智能教诲中应涉及的大量根本性知识和思想（如知识的推理与学习、道德与伦理等），干系的传授教化也不必由机器人作为载体来进行。

4. 编程教诲

编程教诲紧张是用编程的方法来办理问题，包括利用变量、循环、递归、程序调试和优化等常见的编程观点和方法，一方面可以培养学生打算思维，另一方面可以帮助学生提高程序设计的基本能力。
在中小学阶段，编程教诲常日可以通过编程游戏启蒙、可视化图形编程等办法开展。
编程教诲可以为中小学人工智能教诲供应工具性支持，但不应成为人工智能教诲的紧张内容和唯一实践形式。

5. 创客教诲

创客教诲的核心是支持学生开展基于创造的学习，鼓励学习者在学习过程中主动创造、自主探究，培养批驳性思维，强调在办理问题的过程中培养学生的创新能力和艺术创作能力。
在中小学教诲阶段，创客教诲常日领悟信息技能，以某种电脑开源硬件为平台，进行创意设计、作品开拓，可以为培养学生的创新精神和实践能力供应有效路径（郑燕林, 2015）。
创客教诲强调发展人的智能性，而中小学人工智能教诲则强调探索和理解机器的智能性，这两者存在实质的差异。

（二）人工智能教诲的总体定位

随着人工智能技能的飞速发展，大规模、高效率、深层次的人机协同成为趋势，同时也会带来更为灵巧、开放、联通的社会形态，人类将进入智能时期。
智能时期对公民的能力素养提出了新的哀求，包含人工智能在内的信息素养以及对智能化社会生活办法的深度认知，是智能时期公民所必备的（陈凯泉, 等, 2018）。
新的时期须要有与之相适应的教诲。
人工智能教诲须要让学生在体验实践中理解“人工智能技能可以用来办理什么问题”，在理论学习中节制“人工智能学科有哪些主要观点和思维办法”，在深入思考中体会“人工智能在办理实际问题的过程中会带来什么新的问题”。
只有在这些方面对人工智能有了较为深入的认知，学生才能成为智能技能的驾驭者和协作者，才能主动构建人机协同的新型生产与生活关系（李政涛, 等, 2019），终极促进技能与社会的进一步发展。

换言之，中小学阶段的人工智能课程须要匆匆使学生乐于进行干系的理论探索和动手实践，勾引学生重视智能技能所带来的社会伦理与道德等问题，终极帮助学生适应未来的智能化学习与生活办法。
在当前中小学人工智能课程的传授教化设计中，可以将“机器人”“编程”等作为基本工具，以“创意设计”“作品开拓”等为补充形式，但人工智能教诲的总体定位要屈服人工智能学科本身的知识体系、思想方法和发展趋势。

三、

中小学人工智能教诲的核心内容领域

当前中小学人工智能教诲常常涉及机器学习、深度学习、自然措辞处理、机器人等多方面的内容，并常常以不同的组合在教室中进行讲授。
这种办法看似包含丰富的内容，但由于缺少对核心内容领域进行科学界定和清晰完全的描述，导致课程构造疏松且整体逻辑混乱，极不利于学生系统地学习、理解和运用人工智能。
学科传授教化中的核心内容领域应是该学科在理论和实践中均已达成共识的奠基性思想表述和具有组织功能的关键内容和观点。
同时，核心内容应可以作为根本工具，帮助学习者探究更繁芜的本学科知识与问题，并可以与实际生活进行关联。

总体而言，人工智能学科的核心任务是构建智能体（intelligent agent）。
智能体是人工智能学术领域紧张的研究工具，指能同外部环境或社会进行自主交互的各种型实体（entity）。
实体既可以是硬件形态，如做事类机器人，也可以是软件形态，如棋类博弈程序。
北京大学等高校在其人工智能课程中以“构建完全的智能体”为核心脉络进行传授教化，课程内容涵盖了所需的理论与关键技能，章节之间彼此联系，在课程履行中取得了良好效果（罗定生, 等, 2019）。
完全讲述如何构建智能体须要涉及智能掌握、知识工程、机器决策等繁芜的理论和模型，显然不适宜作为中小学阶段的传授教化内容。
然而，可以从已经构建完成的智能体出发，梳理智能体所具备的多种基本能力，进而定义适宜中小学人工智能课程的核心内容领域。

范例的智能体须要对外部天下进行不雅观察和理解，并在此根本上进行新知识的天生和学习，终极通过多种办法与外部天下完成互换。
智能体具备的这些基本能力可以大略概括为“感知”“推理”“学习”“决策”“交互”。
这些基本能力的设计和实现涵盖了当古人工智能的大多数子领域，也有一定的理论和实践深度。
同时，这些基本能力已广泛运用于社会日常生活之中，是让学生理解人工智能的绝佳入口和打仗更抽象理论模型的有力支撑。
这些基本能力兼具学科显著性、可阐明性与一样平常性，且可与生活实际紧密关联，适宜作为中小学阶段人工智能学科的核心内容领域。
其余，随着智能技能所带来的社会伦理与道德问题的增多，研究者在探索逐渐增强智能体的道德能力，这也是智能时期人机协同的根本和保障。
因此，在中小学人工智能教诲中也该当将其作为智能体的基本能力引入。
以上各项基本能力的详细阐述如下：

（一）智能体的感知

智能体利用各种传感器，对外部天下的信息进行采集并提取故意义的知识，使自己理解天下，具备诸如“看”“听”等能力。
如果期望智能体达到像人类一样的感知能力，就须要让智能体具备知识性的知识。
例如，须要让智能体理解正在“听”的某种措辞具有若何的语法构造和利用习气。
如果不具备这样的知识性知识，智能体的信息感知能力很难达到和超越人类。
同时，智能体可以感知很多人类所不能或难以精确感知到的信息维度，如地理位置（GPS）、地磁方向、加速度等。
智能体信息感知能力的提升，是人工智能领域迄今为止最主要的造诣之一。
该项能力可以被大略概括为“采集信息、理解天下”。

（二）智能体的推理

基于采集到的知识，智能体仿照人类逻辑思维和求解问题的过程，终极得到新的信息和知识。
无论对付人类智能还是人工智能，推理都是智能直接且最主要的表现形式之一。
知识推理能力是建立在已有知识根本上的。
例如，已知“康熙是雍正的父亲”和“雍正是乾隆的父亲”，那么智能体可以通过知识推理得到“康熙是乾隆的祖父”。
知识常日以数据的形式进行表示和存储，便于智能体运行相应的算法、实现推理的过程。
虽然智能体已经可以进行非常繁芜的逻辑推理和问题求解，但他们目前仍旧不能像人类一样进行创造性思考。
很多人类轻而易举就可以完成的推理，最前辈的人工智能推理系统也很难完成。
该项能力可以被大略概括为“逻辑思维、求解问题”。

（三）智能体的学习

智能体在很多任务中，不能仅仅依赖知识推理而达成目标，还须要通过不断不雅观察客不雅观天下，从中探求规律或模式，进而改进和提高自身的性能。
被不雅观察的客不雅观天下常日须要以大量数据的形式表现，这些数据既可以由人们供应，也可以由机器自己获取。
智能体用特定的统计推断的办法找到适用于新情形的规律或模式，这个过程便是机器学习。
统计推断可以有很多办法，基于人工神经网络的办法是迄今为止最靠近人类大脑学习机制的一种。
该项能力可以被大略概括为“不雅观察天下、探求规律”。

（四）智能体的决策

智能体在行动之前须要设定“特定目标”，并为达到该目标做出决定或选取详细方案。
人类的决策常日是一种认知过程，可以根据个人信念或综合考虑各项成分而完成，而智能体则须要设计和量化特定的目标，然后根据该既定目标和环境信息打算出当前最优的决策结果。
做出高质量的决策，无论对付人类还是智能体来说，都不是一件随意马虎的事情。
例如，著名的“囚徒困境”问题就反响了纵然个体做出理性的决策，也可能导致在集体层面上非理性的结果。
该项能力可以被大略概括为“权衡利弊、做出决定”。

（五）智能体的交互

智能体须要用人类可以理解并感到舒适的办法与外部进行沟通和互换。
这就哀求其可以全方位理解人类，包括理解人类繁芜的自然措辞、多变的感情以及隐含的想法或意图。
这种能力纵然对付很多正凡人来说也并不完备具备，因此构建智能体的交互能力，尤其是与人类进行自然交互的能力，是人工智能领域最具寻衅性的问题之一。
当前的各种智能音箱和智能助理（如苹果手机的Siri）等，都是智能体与人类进行自然交互的主要考试测验。
但智能体的交互能力目前仍勾留在低级阶段，其自然互换和沟通的能力可能只相称于幼儿的水平。
该项能力可以被大略概括为“理解人类、沟通互换”。

（六）智能体的道德

各种智能体正在让我们的生活和事情更加方便和高效，但同时也可能给我们的社会带来负面影响和危害。
例如，智能体无法担保决策或行动百分之百的准确，也可能会陵犯个人的隐私和数据安全，其从人类社会学习到的知识可能带有选择性的“歧视”或非故意的“偏见”等。
因此，须要勾引学生深入认识和谈论这些问题，并从道德层面对智能体进行设计和约束，从而对其行为进行规范，使智能体具备符合人类社会标准的道德能力。
该项能力可以被大略概括为“公正安全、摒弃偏见”。

综上所述，本研究提涌现阶段我国中小学人工智能教诲的六个核心内容领域，即“智能体的感知”“智能体的推理”“智能体的学习”“智能体的决策”“智能体的交互”“智能体的道德”。
所提出的每个内容领域都易于中小学阶段学生的理解和节制，且有一定的理论和实践深度，可以帮助学生进一步学习更抽象和繁芜的人工智能理论与观点。
在此根本上，当前中小学人工智能教诲的目标可以被大略概括为“理解人工智能的基本能力并认识它的正面和负面影响”。
图1给出了上述各项核心内容领域以及其与中小学人工智能教诲目标的关系示意图。

图1 中小学人工智能教诲中的核心内容领域与紧张目标

四、

基于核心内容领域的课程设计基本原则

基于以上提出的核心内容领域，本研究提出人工智能课程设计的三条基本原则，希望有助于组织和规范传授教化内容，更加科学合理地构建当前中小学人工智能课程体系。

（一）强调核心内容的节制：求基不求全，求实不求新

人工智能学科涵盖了打算机科学、数学、神经科学、生理学、掌握科学、措辞学、经济学和哲学等多个领域，学科跨度大且覆盖范围广。
在人工智能学科中相称数量的算法和模型，须要较深厚的数学根本和永劫光的实验积累才能完备理解和节制，如大部分机器学习模型依赖优化算法进行演习，而纵然优化算法中较大略的随机梯度低落法也须要微积分与随机过程等高档数学知识。
同时，当古人工智能领域知识正处在快速演进和改造的过程之中，险些每个月都有旧知识被替代或者淘汰。
其余，与传统学科（如数学、物理等）不同，人工智能领域的很多新理论和新知识还没有经由长期的实践考验，缺少经典性和稳定性。
例如，当前对付深度神经网络（deep neural network）的理解正在被快速发展的可阐明人工智能（explainable artificial intelligence）所改变。
因此，中小学阶段的人工智能教诲，该当让学生节制人工智能学科中的核心内容，而不能急于将大量仍处于探索阶段或深奥难懂的人工智能知识搬进教室，陷入盲目“求新”或“求全”的误区中。

（二）以核心内容领域为主线：横向联系，纵向连续

中小学阶段人工智能的课程内容之间不应该是相互独立的，在传授教化中突出不同核心内容领域的同时，须要强调内容领域间的横向联系，培养学生的系统思维。
要使学生能够逐步认识到不同内容领域之间的内在联系和相互关系，由浅入深，促进学生的知识整合与迁移，使学生能够综合利用所学的属于不同内容领域的人工智能知识，进行干系系统的设计和实际问题的办理。
在实际传授教化中可以将“智能体或智能机器如何完成（某项）任务”作为主题，以核心内容领域为主线，逐步讲解感知、推理、决策、学习、交互和道德等核心领域，促进学生对人工智能进行系统化的深入学习。

（三）环绕核心内容领域展开：步步进阶，逐层分解

随着学生年级的逐步提高，数学、信息技能等学科学习的更加深入，学生的理解认知能力、逻辑思维能力和实践运用能力均会有所提升。
环绕已经确立的内容领域，中小学人工智能教诲可以有针对性地对每个学段的学生制订符合其认知规律的详细传授教化内容和目标，不同学段之间的传授教化目标要有明显的区分和承接。
例如在小学阶段对付内容领域的学习，紧张以体验和谈论为主，在初中阶段则更多侧重于理解和动手实践这些内容领域。
同时，在中小学阶段课程履行过程中要强调将繁芜的“黑匣化”的智能体的事情过程，进行逐层分解、分层次地向学生进行传授，并只管即便借助生活中可以打仗到的实例进行传授教化，让学生随意马虎接管并产生利用和深入探索的兴趣。
在详细传授教化履行过程中，勾引性案例的讲授应以为学生供应思路为主，只管即便避免让学活气械模拟，要引发学生主动思考的意识。
如表1所示，本研究选取了三个核心内容领域，给出了分学段进阶传授教化的部分示例。
在实际传授教化中，可以在知识层面与实践层面做进一步扩展。

表1 基于部分核心内容领域的分学段进阶传授教化

五、

总结与展望

我国人工智能教诲在中小学阶段的研究和实践仍处于起步阶段，当前面临课程定位模糊、传授教化内容分解、学科体系与资源繁杂等现实问题。
本研究面向中小学教诲阶段，首先对国内外人工智能教诲的现状进行了较深入调研，将人工智能教诲与现有的干系教诲进行了系统比较和辨析，并从智能时期对公民素养哀求的角度阐述了中小学人工智能课程的总体定位。
在此根本上，基于人工智能学科本身的知识体系与思想方法，本研究提出了适用于中小学阶段人工智能教诲的六个核心内容领域。
环绕这些内容领域，进一步磋商了课程设计的基本原则。
为更好地开展中小学人工智能教诲，本研究提出以下建议：

1. 自上而下：开展协同育人，培养专业师资

干系政府部门可以联合高校专家团队、行业协会、科技企业、一线中小学等共同组成事情组，发挥各方上风，从课程内容设计、资源平台开拓、西席培养培训等方面进行规范化与系统化培植。
政府部门进行总体方案，高校专家团队与行业协会供应理论和实践辅导，有资质的科技企业承担平台与工具的开拓。
同时，针对当前大多数中小学一线信息技能西席尚不具备人工智能学科基本知识和素养的现状，开展大规模在职西席培训，并积极变革教诲技能专业师范生培养方案。
其余，可以搭建多种形式的国际互换平台，鼓励不同层次骨干人才开展国际互换、研讨与互助，以促进本学科前辈传授教化理念的传播和成果分享，从而提高我国人工智能教诲人才的整体水平。

2. 自下而上：挖掘范例成果，辐射带动区域

开展全国性的征选评比，挖掘来自一线的人工智能教诲成果，包括课程体系、创新项目、综合实践活动、研究型学习活动等多种形式，积极评比示范区、示范校、示范班与示范西席，并开展线上线下宣扬和互换分享活动。
在此过程中，对不科学、不规范、不合理的课程和工具资源进行整改与规范。
终极可以将优质教案、资源、教室实录等加工致顿形成体系化、构造化的案例集、资源库、教案库，免费向社会和一线西席开放，并在大规模传授教化实践中持续迭代与优化，终极构建具有中国特色的国家级中小学人工智能教诲共享与示范平台。

“教诲是人类应对人工智能寻衅的根本力量”（曹培杰, 2018），在中小学阶段科学、合理地设计和开展人工智能课程，不仅可以帮助学生应对智能时期的变革和寻衅，也是国家培养高科技人才及应对国际竞争的急迫须要。
因此，须要教诲领域与人工智能领域的研究者和实践者共同努力，为我国中小学人工智能教诲的康健、有序发展贡献力量。