专家讲座丨李锋教授《素向导向的人工智能教育——化知识为素养》

2024年9月14日，由华东师范大学组织的《中小学人工智能教育》网络研讨会在线上举行，来自上海华东师范大学、香港大学、香港中文大学、北京师范大学、南洋理工大学的五位专家学者对中小学人工智能教育作了精彩分享。

本讲座内容通过讯飞听见记录，并经过语篇规整和人工整理，减少了口头表达，并进行了排版，最终文字从10000缩减成6927字，方便大家阅读。

我在讨论时始终认为培养学生的能力更应该符合时代需求或者需要同步时代。现在孩子们生活的人工智能时代或者数字化时代体现出网络技术的发展让每个孩子的生活空间与以前有很大变化。

例如今天的会议，我们可以进行线下面对面活动，华师大也可以通过网络进行线上会场。这两个会场结合形成了新的形式，而且会场方式更加多样。因此数字空间的深度融合会为我们解决问题提供新的方式。对于如何开展这样的课程，我们需要进行新的探讨。

第二点是在数值空间或者现实空间与数字空间深度融合时，会不断产生数据。例如吴教授刚才提到，同学们在倾听时可以随时提出问题交流或者写出想法。实际上，在产生数据时，我们可以更有针对性地交流。随着数据的迅速增长，我们应该做什么？

快速处理和实时分析可以成为新资源。因此我们一直认为数字孪生技术在拥有真实用户时一定会塑造数字用户。两种用户相互塑造已经成为新服务方式。我们需要探讨独立应网站如何抓住真实用户数据，构建数字用户。通过分析数字用户在服务真实用户的方式，我们可能需要在课程中进行体现。

第三个方面是现实空间与数字空间深度融合。大数据数字用户与真实用户相互塑造，只要有真实服务者，就会有越来越多的智能服务者得以体现。两种服务者的协同创新现在体现在哪些方面？

例如我们前往宾馆，发现很多宾馆中有真实的服务者，他们提供送水、入住甚至天音等服务，这些都可以使用智能服务。因此我们不能再使用20年或者30年前的服务为孩子们设计相应的课程，这更符合时代特征。尤其在2022年11月，人工智能迅速发展，已经从专业领域发展到通用领域。人工智能从最初注重预测到现在强调生成，甚至由原先的文本生成下载很多模特的态的生成，我们更需要向学生展现这样的一个特点。

与他未来生活时代的场景相关。

我国国务院在2017年印发新一代人工智能发展规划纲要，明确强调中小学应设置相关课程。无论是2017版和2020版的高中修订，还是2022年的义务教育课程标准修订，都专门设置了人工智能模块。在义务教育阶段，还专门设计了人工智能作为逻辑主线，从一年级开始一直贯穿到九年级。

我们分析这些模块时，总体来看，时代发展非常快，有些地方还需要融入。当时设计义务教育阶段，主要是让学生认识到它的重要性和作用，以及人工智能对他们以后的学习生活有何影响和作用。

我们需要简单了解一些基本知识和原理，例如数据、算法、算力以及我们所说的如何认识、感知、表示推理、继续学习等。最后让学生了解一些伦理道德合理的使用。同样高中也通过这些方面进行了相应的设计。

在设计和实施过程中，我们发现从设计到实施过程中容易出现问题。我们后续进行了调研，尤其是生成人工智能。目前很多学校在深入到教材中，制造一些开发的教育应用软件时，发现存在很多问题。针对这些问题，我们进行了探讨。首先是人工智能应用误区。生成人工智能的出现是作为学生的助手还是枪手？这是我曾经看到的具体例子。

当时在这个例子中，老师向学生介绍我们现在有一种工具可以帮助解决问题。学生直接给出答案，例如A是c，学生抄下答案，老师发现学生都做对了，这是在自我欺骗。

学习是一个过程，包括问题分析、寻找相应信息、针对问题的自我解决、方法设计、知识建构以及相互交流。如果仅仅给学生答案，不仅无法成为助手，反而成为学生解决问题的枪手，让我们看到了很多。

例如我曾经看到某个软件让学生拍照，遇到问题上传，针对拍照进行图像处理，给出相应答案。实际上这并不利于学生学习，反而会度化学生思维。当时中央电视台专门针对这个问题进行探讨，探讨我们应该做什么以及如何避免让学生思维走在人工智能工具的前面，或者智能工具的思维要给学生思维发展、激发学生思维，搭好支架，或者进行协同创新，共同解决问题，而不是用人工智能思维代替学生思维。

同样，我们需要描述一幅画，描述锄禾日当午，汗滴禾下土的古代农民劳动场景。那么，这幅画体现出了什么特征呢？

它对学生来说是作为学习工具还是作为学习替代，我们需要在其中进行思考。当时我们和老师讨论使用人工智能工具让学生学习时，可能还是要让学生思维走在人工智能思维前面，或者人工智能要给学生思维的发展，或者给学生思维的相应交流，进行什么？

我们需要搭建好支架，包含教育教学设计，而不仅仅是提供工具，让学生提出问题。

第二方面，我们进行了探讨，关于人工智能在教学实施中的应用。课程标准要求有人工智能学习模块，并且将其作为逻辑主线贯穿到小学、初中和高中。我们观察到学生在学习过程中可能将以前的教学惯性用于某些内容，完全讲解知识技能。例如有些教学目标让学生学习人工智能等同于学习程序，了解程序设计语言的数据类型、表达式、运算符、运算符的优先级以及如何定义变量的数据类型。如果学生只记住一些内容，那么如何将其合理应用于生活中解决问题，这需要思考。

例如设定教学目标，让学生了解监督式学习、非监督式学习和强化学习。针对数据进行聚类，并且进行分类回归。在分类回归过程中，学生需要了解算法并制作技术路线图。如果脱离学生情景，那么他们无法解决问题，只知道何为监督学习，何为非监督学习，如何打标签、如何进行聚类以及聚类有哪些算法。学生学习完成后仅进行知识积累，在实际生活场景中无法应用这些知识。

在教学过程中，我们需要落实课程标准的相应要求，更应该关注学生积累知识与技能，将其转化为解决问题的能力。不同年级的学生能够通过哪些方式提高自己的素养，这是我当时探讨的另一个问题。

第三个问题，我们发现当时中小学使用的人工智能教材非常多。我数过一下，当时收集了大概40多套教材，其中包括在初中时期简单介绍大学课程。

我看到有一套教材中有位老师用这个教材给学生讲解马尔科夫决策的过程，在讲解过程中让学生了解状态、动作、策略和奖励。因为他没有学生的学习基础，所以这时候学生需要做什么？当时我问学生学完后怎么样？虽然我记住了，但是他可能很快就会忘记。

我们还讨论蒙特卡罗算法，让学生了解概率统计模型、随机变量抽样方法、命题统计和估计值等。这让他们没有意识到初中生应该学习哪些内容，用什么方式学习。我们鼓励学生直接将大学内容放入课堂，以展示学生的学习情景。

学生在学习过程中，不仅无法找到人工智能的乐趣，反而会由于超出自身认知能力，感受到学习困难和挫折，甚至对此不感兴趣。

我国在1984年开展计算机教育时，我们遇到过直接将语言向学生展示的问题，即如何避免这些问题，让中小学生学习适合他们的知识，并且用他们需要的方式开展相应的学习。

人工智能教育相当于新工具的操练，因为有越来越多的智能化工具在课堂上可以使用，例如识别植物、进行相应信息处理等。有些老师过于讲究技术工具的使用方法，我也听了一节课，这节课老师仍然努力落实课程标准的要求，课程标准要求学生能用人工智能解决身边的问题。

当时这位老师描述了一个场景，我们可以看到外面花都开了，我们去春游。走在春游的路上，我们看到了很多植物或者鲜花，我们不认识，这些会让我们怎么办？

我认为这位老师创造了非常好的情景，让学生有不同的讨论方式。有些学生使用智能化工具，大家比较哪种更好的方式，形成新的解决问题策略和一套解决问题方法。老师告诉我们有一个软件，扫描后可以识别出它的用途，所有同学都可以使用它做什么。

扫描一遍识别一遍，实际上识别方式有很多。尽管使用智能化工具在识别过程中可能存在问题，但是如何通过学生思考比较、认识到它的优势、存在问题的方式，让学生带着问题思考、比较、总结和梳理更重要，而不是简单依赖智能工具让学生简单操作一下，知道可能换另一个场景，仍然不知道学生在做什么。因此在教学过程中我们发现比较重视操练和听什么。

学生在探究和模仿方面的能力不足，关注创新不够。如何在课堂中发展金融人工智能是最重要的问题。因此，我们应该更加重视中小学生的人工智能教育，而不是简单地让学生做什么。

我们需要记住一些知识，积累监督学习和机器学习的知识，更重要的是让学生在生活场景中认识到人的重要性，以及人工智能如何帮助他们解决问题。这是一个素养层面，不能简单地放大学知识，也不应该简单地进行技术工具操练，更应该培养学生的一种素养。

基于这种素养，我们内部和学术组进行了讨论。我们如何发展学生人工智能，避免仅作为工具提出问题或者在使用过程中做些什么？

我们可以通过知识性记忆、知识性学习或者解决操作性问题，更重要的是从素养导向，了解孩子们学完这些东西能具备哪些能力。当时我们与课题组进行了探讨，在这个时代，如何让孩子们有素质意识，让他们认识到身边的智能化工具或者数字化工具，提高解决问题的方式效率以及可能存在的问题意识。

基于这种意识，我们可以用符合时代的思维方式思考周边人工智能解决问题的事情。同样，我们还需要用人工智能加的能力去创新。在这种环境下，我们需要守秩序，有责任去完成好的事情，而不是做不符合伦理甚至危害他人的事情。我们进行了一个简单的探讨，提高学生的组织意识，让学生能够认识到另一方面的发展。一方面，我们能敏锐地感受到人工智能技术的革新，在我们身边会出现越来越多的人工智能，例如我们到学校里面刷脸，可以做什么？

第一，进校门后，我们去食堂里放置贵族菜，他们就可以把钱转走，甚至用刷脸付款。我们认识到这种技术的革新，有了新的场景，它影响了我们解决问题的方式和意识到这个变化，而不是简单保守或视而不见。

第二，我们可以自觉选择智能工具解决问题。对于我们而言，随着我们身边做很多事情时，越来越多的智能工具能够根据我们的需求选择智能工具解决问题，提高我们解决问题的效率和创新能力。同时我们需要认识到人工智能在使用过程中可能存在的潜在问题。实际上，在使用各种智能设备时，它们都有可能采集我们的信息。

……………………