在移动互联网、大数据、云计算、区块链、脑科学等新理论新技术,以及社会经济发展强烈需求的共同驱动下,人工智能加速发展,并呈现出深度学习、跨界融合、人机协同、群智开放、自主操控等新特征[1]。近年来,我国颁布系列政策积极推进人工智能教育发展。例如,《国家教育事业发展“十三五 ”规划》提出,要“综合利用互联网、大数据、人工智能和虚拟现实等技术探索未来教育教学新模式”[2]。教育部部长怀进鹏在“2022国际人工智能与教育会议”开幕式上指出,人工智能技术正在引领人类进入人机协同、跨界融合、共建分享的新时代,我们要聚焦教育数字化变革中教师面临的机遇和挑战,展望科技赋能教师的新愿景,探索人工智能变革教学的新路径。在国家政策和学术研究的推动和引导下,传统教育逐步向智能教育发展,人工智能与教育的融合创新已成为未来教育变革的重要趋势。基于此,本文通过吸纳借鉴国内外相关政策与报告,探究学校对于智能教育理念的落实情况,构建包含智能教育发展关注点、人工智能促进教育发展的适切性以及智能文化氛围的指标体系,深入了解人工智能技术在教育中的实际应用,探索创新的教学方法和工具,为培养学生应对未来社会需求的能力提供科学支持。
在人工智能技㊣术的冲击下,传统的教㊣育理念发生了深刻转变,人才培养标准被重新定义,教育朝着更加开放、灵活和创新的方向发展。这意味着智能时代的㊣教育不再仅限于传授知识和技能,而是更加注重培养学生的创造力、解决问题能力和实践动手能力[4]。个性化教育、跨学科融合、创新与实践、全球视野、终身学习等成为智能教育的核心理念。教育者需要通过人工智能技术来㊣更好地了解学生的需求和特点,以便更有效地满足其学习需求。同时,教育者也需要培养学生积极的创新思维和实践能力,以及终身学习素养和能力,以适应未来社会的挑战和机遇。这反映✅出智能时代所特有的人文理念,即智能教育发展㊣理✅念。它为人工智能教育将发展为何种样态奠定基础、为人工智能教育如何发展指明方向,也能够在实践中引领中小学突破人工智能促进教育发展存在的瓶颈。基于此,中小学智能教育发展理念应体现如下特征:
在人工智能时代,实施人工智能教育应注重培养智能素养,培养智能时代的公民而非技术“操作员”。因此,应当在人工智能教育过程中大力培养学生的人工智能思维和问题解决能力,而并不是学科的“专业人”,只关注技术能力的提升[5]。
教育的发展不是一蹴而就的,而是一个持续演进的过程。学生智慧的培养不仅依托于新课程和新教材的优化设计,还需要创设良好的教学环境,采取适切的㊣教学活动与方式,现代科技的发展为此提供了条件[6]。传统的教学环境相对单一,学习资源匮乏,获取效率低,缺乏学习工具和手段。人工智能作为引领未来社会发展的关键性技术,推动课堂朝着智能化方向发展,并助力精准教学、个性化学习的发展[7]。
随着人工智能与教育的深度融合,学生评价不再停留于知识的掌握水平,更是借助人工智能技术对学生进行德智体美劳等全方位多层次的科学评价。除此之外,智能素养水平也逐渐成为衡量学生是否为智能时代合格公民的重要指标之一。
教育本身具有时代性。过去的教育目的是培养教育对象适应当前社会的能力,现在和未来的教育则需要培养教育对象适应未来社会的能力。因此,智能时代要求具备长远发展的㊣教育✅理念,才能为㊣应对时代发展带来的挑战做充足的准备。
为深入了解和评估中小学校的智能教育水平,本研究✅从政策、文献、案例等✅方面入手,挖掘学校“智能教育发展㊣理念”的实践路径,从而更好地刻画中小学校的“智能教育发展”水平,为改善教育观念,促进人工智能教育提供方向。
2017年,国务院印发的《新一代人工智能发展规划》提出,“人工智能成为国际竞争的新焦点,应逐步开展全民智能教育项目,在中小学阶段设置人工智能相关课程、建设人工智能学科,以培养复合型人才,形成我国人工智能人才高地”[8],并对智慧校园建设进行了系统部署,第一次从国家层面提出人工智能发展的战略目标、总体部署和㊣重点任务。2018年,教育部印发的《高等学校人工智能创新行动计划》提出,“推动终身在线学习,鼓励发展以学习者为中心的智能化学习平台,提供丰富的个性化学习资源,创新服务供给模式,实现终身教育定制化”[9]。近年来,我国陆续出台多项政策㊣以推动中小学阶段人工智能教育的课程建设、师资建设㊣等,如《教育信息化2.0行动计划》《2019年教育信息化和网络安全工作要点》《2020年教育信息化和网络安全工作要点》《关于开展第二批人工智能助推教师队伍建设试点推荐遴选工作的通知》[10-13]等。除此以外,教育部拟定2022—2025年开展面向中小学生的全国性竞赛活动,包括全国青少年人工智能创新挑战赛、全国青少年通信科技创新大赛等45项竞赛[14]。通过归纳不难发现,我国颁布的人工智能教育相关政策内容,从制定人工智能教育的远景目标,到为实现远景目标部署具体任务落实教育发展,再到陆续开展人工智能教育主题的文化活动,不仅各自体现着我国人工智能促进教育发展的不同阶段,也能够全方位评判我国人工智能教育在理念层面的发展水平。
本研究通过梳理文献中提及的中小学人工智能教育的实施路径,将主要内容总结为以下几个方面:①出台系列人工智能教育政策“组合拳”。政府要做好制度的顶层㊣设计,形成政策合㊣力,以制度为引领、舆论调适和教育调适三种路径,确保“学校场域”作为人工智能人才培养的主体地位,以政策精准赋能来保障人工智能教✅育事业稳健发展[15]。②完善课程标准。学校需将“智能素养”融入学科核心✅素养中,以培养“AI公民”为课程的终极育人㊣目标[16]。同时注重人工智能教育与基础教育课程体系的全方位融合,而不是“机械性嫁接”。③推进✅课程建设。教材内容设计方面应当根据学段特点规划教学内容,并突破学段衔接壁垒,构建贯通基础教育阶段的一体化教材体系。教材内容还应当彰显教材育人本质与人文精神,引导学生厚植文化底蕴,以及对技术理性与人本价值的双重思考,充分发挥教材的育人功能。与此同时,依托多元途径确保师资在数量和质量上双补位,并在教学实践中探索多元新教育模式,为人工智能教学的有效开展和学科核心素养的落地,提供有力抓手。④校园文化建设。学校是开展人工智能教育的主阵地,校园文化建设可以通过隐性和显性文化来实现对学生的沉浸式教育,包括人工智能理念、知识、技术等方面的教育教学。智能设备的运用能够帮助学生熟练掌握智能化工具,同时,举办相关竞赛和文化活动也有助于培养学生的智能意识与创新思维,从而发挥人工智能对中小学生成长的引导和促进作用[8]。
综上,可以从文献中提取到中小学人工智能教育发展理念水平的衡量指标为:①出台的相关政策以及相关课程开展情况,体现出的学校自身对于人工智能促进教育发展的关注点;②学校有关人工智能促进教育发展的政策、课程实施情况,与国家、区域层面等愿景目标的要求是否贴切以及存在的差距;③校园文化氛围体现出的智能理念水平。这些指标不仅是从学校人工智能教育发展建设中,衡量其智能教育发展理念水平的核心内容,也是中小学发展人工智能教育的重点。
“未来学校”置于人工智能不断演进的时空背景下,是面向智能社会变革的学校探索实践重要方向。未来学校以新理念、新思路和新技术为支撑,推动学校形态变革和全方位改革创新[17]。从实体上看,未来学校建设是学校、教室、班级制度的变化,从根本上看,是教育理念、教育形式乃至未来社会人才需求的变化。
2012年,欧洲学校网㊣络(European School Net)在布鲁塞尔创立了“未来教室实验室”(The Future Classroom Lab),旨在将教室的空间设计与创新教学结合起来,以促进教学方式的变革。该实验室通过灵活的学习空间布局,打破传统的座位排列方式,重新构建六个学习功能区域,包括创造区、探究区、展示区、交互区、合作区和发展区。每个学㊣习区域都有其特定的侧重点,为不同的教学方式提供相应的学习资源和技术工具[18]。其中,创造区注重学生的创造能力,探究区侧重批判性思维和问题解决能力,展示区重视分享与交流能力,交互区推动主动学习,合作区促进协作能力,发展区关注学生的反思能力。
中国教育科学研究院自2014年正式成立未来学校实验室,推出未来学校创新计划以来,围绕课程变革、学习空间、STEM教育、数据融合、创客教育、个性化学习、个性化教学、人工智能教育等热点专题,从实践和学理层面㊣进行了系统深入的探讨,有效传播了未来学校理念。未来学校研究共同体平台的建立,将联合国内各地未来学校研究力量,明确新时期未来学校研究的任务和使命,为未来学校的建设探寻行之有效的路径和办法,助推发展新时代、面向未来、具有中国特色世界水平的现代教育,带动和辐射全国创新教育的前行[19]。
借鉴国内外对于智能教育、未来学校的实践探索经验,可以了解到在推进人工智能教育的进程中,确定目标定位永远是首位。目标得以确立,才能够引领高质量教育发展。其次是要部署贴合目标的战略任务,从而一步步推进人工智能教育的实施。同时,结合我国自身特点,将营造文化氛围也作为育人任务之一,进而实现全方位育人目标。
综上所述,本研究将从智㊣能教育关注点、人工智能促进教育发展的适切性、智能文化氛围三个核心指标刻画中小学校的“智能教育发展理念”。本研究中的一级指标“智能教育㊣发展理念”下设智能教育关注点、人工智能促进教育发展的适切性、智能文化氛围三个二级指标,并运用专家法和层次分析法确定各指标权重。其中,人工智能促㊣进教育发展的适切性权重最高,智能教育关注点的权重最低。具体权重如表1所示。
在中小学开展人工智能教育是国家培育未来人才、提升核心竞争力的重要战略举措[20]。《新一代人工智能发展规划》明确提出,要完善人工智能教育体系,加强人才储备和梯队建设。教育部印发的《教育信息化2.0行动计划》要求完善课程方案和标准,丰富人工智能和编程课程内容,以适应信息时代、智能时代的发展需求[21]。在此类相关国家政策的大力支持下,我国中小学人工智能教育已经从零开始,逐步迈向快速发展阶段,开展人工智能教育已经成为时代对中小学教育提出的新要求。然而,要推进中小学人㊣工智能教㊣育,必须先进行顶层设计,才能科学引领相关工作的落实与发展。
在实㊣践层面,我国人工智能教育当前主要依托义务阶段的信息科技课程和高中阶段的信息技术课程来开展。同时,也有不少学校开设不✅同的人工智能相关课程,如创客、编程、ST㊣EAM课程等。但这些课程㊣是碎片化的,仍未形成体系化的人工智能教育设计与✅实施方案。尤其是在基础教育阶段,人工智能教育作为普及性教育,不仅要发展学生的兴趣,还应培养其分析、理解、创造性解决问题的能力,以及适应智能化社会的公民素养[22]。在此背景下,本研究借鉴国内外人工智能教育政策相关内容,分析中小学人工智能教育的开展,在国家层面、区域层面、学校层面如何进行顶层设计以及应当着重关注哪些内容,从而提炼出适应智能时代发展的中小学人工智能教育关注点指标框架。
国际上,较具代表性的标准框架包括:2018年,美国人工智能促进协会(AAAI)㊣与计算机科学教师协会(CSTA)联合成立美国AI4K-12人工智能工作组,将人工智能中小学教育划分为4个学段,并启动基础教育学段人工智能教育行动,不仅制定了中小学人工智能国家教学指南,还推动形成基础教育学段人工智能资源开放社区,促进人工智能教学资源的交流和共享[23]。2017年,美国计算机科学教师协会开发《CSTAK-12计算机科学课程标准》[24],旨在为计算机✅科学教育提供统一的指导和框架,帮助教师设计和实施高质量的计算机科学课程。2022年,联合国教科文组织制定《K-12人工智能课程:政府认可的人工智能课程蓝图》(以下简称《指导框架》),明确界定中小学人工智能素养和人工智能能力,旨在为全球中小学人工智能教育提供参考性指南,鼓励各国和各地区将人工智能相关素养和能力纳入科学、信息技术、信息科技等基础教育课程,以及各类培训机构的相关课程中[22][25]。
目前,国内已有相关政府部门和学术组织从多个角度发布人工智能教育系列政策报告或指导文件,且相较而言,国内的相关文件内容更为详细。例如,2021年,中央电化教育馆组织编制《中小学人工智能技术与素养框架》[26](以下简称《素养框架》),旨在明确中小学人工智能学科核心素养的基本内容与要求,为制定中小学人工智能课程标准、编写教材,以及开展学生人工智能素养评价提供支持和建议,促进中小学人工智能教育的健康发展。该框架覆盖范围广,全面考虑了人工智能对个体、社会以及技术方面的影响,并且规定学生在人工智能方面应该知道什么和能够做什么,也为教师在人工智能课程教学中应当教什么、如何教和教到什么程度提供目标参考。2021年,中小学信息技术教育专业委员会组织编制《中小学人工智能课程开发标准》[27](以下简称《开发标准》),立足于国家人工智能教育的实际需求,直面中小学人工智能教育实施困境,从课程设计与教学实施角度出发,针对每一指标,将学习内容与能力描述进行对应,对中小学标准化人工智能课程提出建议。此外,《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》(以下简称《新课标》)和《普通高中信息技术课程标准(2017年版2020年修订)》也提供了重要参考[28]。《新课标》在义务教育和普通高中阶段都具有权威性,其中,在义务教育阶段将“信息科技”设置为独立课程科目,并覆盖一年级至九年级的全部年级阶段,而在高中阶段将“人工智能初步”模块列为信息技术课程中的选择性必修内容[28]。
从国家层面颁布的政策文件来看,对人工智能教育目标方面达成了三点共识:①培养适应未来社会发展需求的人才,包括具备相关技术知识和综合能力的复合型人才;②培养学生的创新思维和创造能力,使其具备解决实际问题的能力,为人工智能技术的创新㊣和应用提供人才支持;③培养㊣学生的社会责任感和伦理意识,引导其积极参与人工智能发展,并注意技术应用对社会、环境✅等方面可能产生的影响。
将国内外政策文件中涉及的内容进行归纳总结,可以将其分为“人工智能与社会发展”“人工智能与人类智能”“人工智能技术与开发”三个维度。其中,“人工智能与社会发展”维度重点关注人工智能与社会的互动,以及人工智能对社会的影响两个方面,同时也非常重视人工智能安全、责任、伦理、社会规范相关案例的学习[22]。其次是“人工智能与人类智能”维度,《素养框架》将其划分为人工智能与人类关系和伦理道德两个子维度;《指导框架》则将其划分为个人价值观和人类价值观两个子维度。最后是“人工智能技术与开发”维度,该维度主要关注人工智能的原理、技术,以及人工智能系统的设计与开发等内容。
从我国陆续开展的教育工作可以看出,除人工智能教育的具体内容外,我国正努力发展核心技术,并将核心技术与教育深度融合,从而促进人工智能教育的高效发展。
新一代人工智能正在深刻改变经济社会发展模式。加速推动新一代人工智能的发展,是顺应全球新一轮科技革命和产业变革趋势的优先选择[29]。为深入贯彻落实国家关于发展新一代人工智能的决策部署,培养人工智能人才,各区域陆续颁布相关政策,并将人才培养视为发展人工智能产业的重要保障措施。具体内容包含以下几个方面:①完善人工智能领域学科布局,如《北京市加快科技创新培育人工智能产业的指导意见》提出设立人工智能专业,推动人工智能领域一级学科建设智能化 英语,加快人工智能相关学科方向的研究生培养;上海市人民政府推动有条件的高校设立人工智能学院和专业;浙江省、贵州省等也在省级人工智能发展规划中提出人工智能相关学科的建设政策。②引进人工智能高端人才,如北京提出加强国际合作,精准引进人工智能领军人才及其团队来京创新创业;其他多省提出着力引进国际高端人才等。③运用多种手㊣段开展人工智能教育,如上海市人民政府办公厅印发的《关于本市推动新一代人工智能发展的实施意见》提出组织开展人工智能创新创业、技能竞赛等;贵州省大数据发展管理局印发的《智能贵州发展规划(2017—2020年)》提出加强产学研合作,鼓励高校、科研院所与企业等机构合作,探索建立多方合作育人新机制,整合各类教育资源等。
从区域层面颁布的政策来看,政策内容均以《新一代人工智能发展规划》等国家层面的政策为统一引领,并将人工智能人才队伍建设作为各区域发展人工智能的重要保障措施之一。人工智能人才队伍建设工作主要分为人才引进与人才培养,其中人才培养主要体现在人工智能学科体系✅的建设,以及教育资源创新、建立新型育人机制、开展人工智能竞赛等多项育人工作内容。
本研究通过借鉴、总结国内外人工智能教育政策的相关内容,将适应智能时代发展的中小学人工智能教育关注内容归纳为政策与研究引领、人工智能教育应用现状、人工智能课程建设三个方向。因此,本研究中✅的二级指标“智能教育关注点”下设政策与研究引领、人工智能教育应用现状、人工智能课程建设3个三级指标,并采用专家法和层次分析法确定人工智能教育关注点指标的权重。其中,人工智能✅课程建设权重相对最㊣高;政策与研究引领、人工智能教育应用现状权重相对较低,且相差㊣不大。人工智能教育关注点指标体系权重具体如表2所示。
“目的适切性”质量观源于产业领域。美国质量管理学家克劳士比(Crosby)对质量的界定是:“质量即符✅合要求的标准”[30]。伍德豪斯(Woodhouse)将“质量”定义为变革、附加值、物有所值以及顾客的预期,但是,“合乎目的”是质量界定的广泛㊣共识,并且可以涵盖以上各种观点[31]。约翰斯通(Johnston)认为,如果将质量视为“目的适切性”,意味着衡量标准即为预期目标的达成情况[32]。因此,科学衡量㊣人工智能促进教育发展的质量,需要将人工智能促进教育发展的“目的适切性”纳入其中,作为衡量的重要指标之一。
“目的适㊣切性”质量观将“外部适切性”与“内部适切性”作为质量衡量的标准[✅33]。因此,在衡量教育目的适切性时,应当从“外部适切性”与“内部适切性”两个方向出发,全面衡量其适切程度。“外部一致性”指教育目的适应、切合社会发展的需要。衡量“外部适切性”水平时,应明确当前社会发展所需要的人才需求,进而判断学校的教育目标定位是否立足于国家、地区的社会实✅践需求。“内部一致性”指教育目的与教育使命相一致,与教师的要求和利益相统一,适应、切合学生的身心发展㊣需要等。衡量“内部适切性”水平时,应对比各教育部门的㊣教育举措与当前国家教育发展规划的教育目标是否一致,以及教育体系中的内容、手段、方法等是否合适于教育主体发展。本研究中的人工智能促进教育发展“目的适切㊣性”,主要聚焦于中小学校的人工智能教育举措与国家、地区教育改革发展目标的适切程度,即与教育使命的适切性。
一是评价标准的动态性。教育本身具有时代性。随着时代的发展和人工智能技术㊣的进步,人工智能教㊣育目标必定随之发展变革。因此在衡量人工智能促进教育发展的适切性时,必须要㊣关注国家、区域当前对人工智能教育的目标定位,才能实现对发展水平的科学衡量。
二是评价过程的科学性。在进行人工智能促进教育发展适切性的评价时,学校内部应当设置专门人员承担该项工作,不能由信息技术教师开展各项工作,同时增强社会和第三方组织对教育评价的有效支撑。在此基㊣础上,按照“谁了解、谁评价”“谁评价、谁负责”的原则,确定学校各项✅评价指标的评价主体,确保各评价主体各安其位、各尽所能,落实学校教育评价的主体责任[34]。
三是评价结果的持续性。评价不是目的而是手段,开展人工智能促进教育发展适切性的评价是为了衡量学校在开展人工智能教育时,是否与国家需求、教育目标契合,进而修正人工智能教育的发展方向,制定合适的行动路径,从而保障教育评价结果的良性循环及科学应用[35]。
基于此,本报告中的人工智能促进教育发展“目的适切性”也将从“外部适切性”和“内部适切㊣性”两个角度进行衡量,并确立两个核心指标的权重,且“内部适切性”的权重略高于“外部适切性”,具体如表3所示。
校园文化氛围是指学校内部形成的一种氛围和精神气氛,反映学校的核心价值观和文化特征,体现在价值观念、行为规范、成员情感认同和校园环境上,对于促进学生全面发展、学有特长、实现素质教育目标有着独特的作用,是课堂常规教育教学无法替代的[36]。伴随着人工智能技术的逐渐融入,校园中开始注重技术环境的建设、技术使用氛围的创设,并开始将培养教育主体的智能素养作为教育目标之一,这均是人工智能时代的校园文化氛围——即智能文化氛围的表象。
近年来,我国正在㊣加大人工智能教育政策供给,助推人工智能时代下的文化氛围创设,利用人工智能促进全民终身学习,推动教育数字化转型、智能升级、融合创新,加快构建高质量教育体系[37]。相关政策内容主要分为四个方面:①将人工智能划入新课标,在中小学阶段引入人工智能相关课程,开设编程、机器人等校本课程,以培养学生的创新能力和解决问题技能;②完善人工智能领域学科布局,设立人工智能专业等内容,以满足社会对人才需求的不断增长;③推进技术在教学中的深入普遍应用,在数字校园的基础上向智慧校园演进,推动学校教育教学改革,提升教育质量和效率;④支持开展形式多样的人工智能科普活动,如设立全国青少年人工智能创新挑战赛,并鼓励广大科技工作者投身人工智能的科普与推广。另外,国内学者也开展了有关校园文化、文化氛围等相关内容的研究,以促进校园文化建设,营造良好的学习氛围。同时也有研究指出“文化✅底蕴缺失”“文化氛围淡薄”等问题,是当前校园文化建设的困境。对于基础教育而言,校园文化建设是基础教育发展道路上的必要一步,也是大力发展人工智能教育道路上必经之路。
本研究中,智能文化氛✅围是以发展人工智能教育、培养师生人工智能素养为目标而创设的校园文化氛围。对于人工智能时代的师生而言,智能素养的形㊣成和提升面临一些阻碍,主要包括外部干预、缺乏技术支持以及自我感知等,这些问题揭示学校在培养师生智能素养方面缺乏外部引导,增强外界引㊣导力量在一定程度上能够确保学校人工智能教育的益处最大化[38]。同时,加强对教师和学生的技术支持,帮助他们更好地应对人工智能时代的挑战,并提高自我感知能力,以便更好地适应和应用㊣新技术。因此,需要创设智能教育文化氛围,促使师生把人工智能技术作为一种综合资源,充分了解技术的利弊,从而培养师生对智能技术的使用倾向,减少或消除他们对智能技术的恐惧或抵触情绪,同时增强提升智能素养的信心。
本研究关于智能文化氛围㊣指标的构建工作,参考了城市文化氛围的指标体㊣系、创设文化氛围的实践路径等方面文献。
首先,在《城市㊣✅文化氛围的量化评价研究》㊣[39]一文中,于立群以系统论的思维把城市文化氛围看作一个整体系统,并研究每个构成要素与城市文化氛围之间的关系,最终建立城市文化氛围的量化评价概念模型。
其次,在《校园文化氛围与素质教育》[36]一文中,钟志奇等人在列举校园文化氛围创设的实质性举措时,强调了塑造特色文化象征、丰富师生文化生活两点内容。
综上,本研究综合已有文献,结合中小学人工智能教育实践推进过程,将智能文化㊣设施和智能文化活动作为智能文化氛围指标体系中的关键指标。智能文化设施指校园里建设能够提升师生文化素养、体现智能文化特色的设施。智能文化活动指学校为培养学生人工智能素养而开展的相关活动。因此,本研究中的二级指标“智能文化㊣氛围”包含智能文化设施建设现状和智能文化活动开展现状,且智能文化活动开展现状的权重略高于智能文化设施建设现状。智能文化氛围指标体系权重具体如表4所示。
中小学校的智能教育理念建设,应当关注人工智能技术在教育中的应用,同时注重培养学生的核心素养和适应未来社会发展的能力。据此为学校提出建议:首先,全面制定与人工智能教育相关的政策文件,为智能教育发展提供明确的指导方针;其次,明晰人工智能教育的具体目标,确保培养学生具备未来社会所需的实际技能和能力;最后,加大对人工智能文化设施和活动的投资,提升学生对人工智能的兴趣和参与度。
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