中小学人工智能教学平台研究与设计.docx

《中小学人工智能教学平台研究与设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《中小学人工智能教学平台研究与设计.docx（22页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、中小学人工智能教学平台争论与设计 马静 刘江岳 刘奕林来源：中国教育信息化 高教职教2023 年第 01 期摘要：为了顺应国家进展、时代进展，乐观开展中小学人工智能教育具有格外重要的意 义。1中国人工智能教育的争论与开展尚处于起步阶段，目前面临着教学内容紊乱、缺少统 一课程标准、缺乏实践手段、师资短缺等问题。文章承受了人工智能领域的多项关键技术，以建构主义理论与启发式教学法为理论根底，历时近一年时间，设计并开发完成了面对中学生的 “才智狗”人工智能教学关心系统。文章首先基于中学生的认知水平力量开发了人工智能根本原 理的入门微课，基于机器学习与深度学习技术构建了卷积神经网络模型的训练系统，基于计

2、算机视觉构建了卷积神经网络模型的实测系统。在此根底上，针对零根底初学者与已入门学习者人工智能学问水平的不同，文章设计了两种学习模式及数十种训练方式，以帮助不同力量水平的学习者完成不同阶段的学习目标。关键词：人工智能;卷积神经网络;机器学习;人工智能教育;信息技术中图分类号：G434;TP18 文献标志码：A 文章编号：1673-8454202301-0001-10 一、争论背景与争论意义1. 争论背景现代人工智能的进展始于上世纪50 年月英国数学家艾伦图灵发表的论文计算机器与智能Computing Machinery and Intelligence，2文中提出了能够作为智能机标准的图灵准则

3、，3自此学术界开头探讨开发人工智能框架的方法。1956 年美国达特茅斯学院开展了人工智能争论会议，正式提出了“人工智能”这一概念，4之后人工智能技术经过漫长而坎坷的发 展，其相关理论和技术日渐成熟。随着互联网、大数据、云计算等技术的快速进展，现今人工智能已渗透到社会的各个方 面，对教育、医疗、工业、农业、国防等众多领域都起到很大的推动作用。人们用人工的方法在机器上实现的智能就是人工智能，机器模拟的人类和其它生物的自然智能具体包括感知能 力、记忆和思维力量、行为力量、语言力量等。5人工智能能够使智能机器实现会听如语 言识别、机器翻译等、会说如语音合成、人机对话等、会看如文字识别、图像识别 等、会

4、行动如机器人、自动驾驶等、会思考如人机对弈、定理证明等，甚至会学习如学问表示、机器学习等。2023 年国务院公布一代人工智能进展规划提出在中小学阶段设置人工智能相关课程，推广编程教育，并鼓舞科研机构进展科普活动，6“人工智能+教育”开头成为教育工作者 的争论重点。为满足信息化社会对人才的需求，人工智能与教育的结合不仅表达在人工智能为教育事业供给技术支持，人工智能还需要被纳入教育内容中。人工智能不仅需要被推广到高等教育教学中，更要普及到中小学教育的教学内容中。随后教育部公布一般高中信息技术课程标准2023 年版，提出不仅要在选择性必修模块内设置人工智能相关的内容，在必修模块中也应有所涉及。1教育

5、部在 2023 年又公布了高等学校人工智能创行动打算，明确提出要在中小学阶段参加人工智能普及教育，构建人工智能多层次教育体系。7一系列政策 的出台表达了国家对人工智能的重视，表达了国家政策与时代要求的接轨。2. 争论意义人工智能技术的迅猛进展，将极大地改變社会对人才的需求，创型人才将会成为人才市场中的核心。教育需要与时俱进，准时变革，乐观培育将来社会所需的人才，以应对人工智能时代的挑战。8人工智能是连接将来的教育，在青少年中开展人工智能教育活动，将在很大 程度上增加青少年的规律思维力量，转变思维方式，提升青少年对人工智能这一划时代前沿技术的认知水平，为青少年的全面成长、更好地适应将来的社会打下

6、结实的根底。9将人工智 能纳入中小学课程体系，对提升学生信息素养、普及全民智能教育、培育人工智能人才具有重要意义。10人工智能不仅影响着每一位青少年个体的生存与进展，更是引领世界将来、转变 全球格局的战略技术，人工智能教育水平的凹凸关系到国家将来能否在科技竞争中获得优势， 打算了一个国家在世界一轮科技革命中所处的地位。11二、国内外争论与实施现状1. 争论现状通过CNKI 检索近年来以“人工智能”与“教育”为关键词的文章，分析归纳得出关于人工智 能教育的四类争论：一是侧重于教育理论争论，如对才智教育、教育信息化、将来教育的争论; 二是侧重于具体教学模式争论，属于实践范畴，涉及人工智能以何种形式

7、有效落地，如对机器 人教育、创客教育的争论;三是侧重于智能教育技术争论，如对大数据、学习分析、机器学习、VR/AR 等方面的争论;四是侧重于智能教育应用争论，主要集中在对人工智能赋能教育方式、评价、决策等方面，涉及共性化学习、在线学习、智能教学系统等。12总体来说，国内 人工智能教育的争论尚处于起步阶段，对根底教育阶段人工智能课程建设的争论正渐渐重视起来。132. 实施现状（1） 国外人工智能教育实施现状美国政府在 2023 年推出了“每个学生都成功法案”Every Student Succeeds Act，推动K- 12 阶段的计算机科学教育，其中人工智能是计算机科学课程的重要组成局部。10

8、美国在 2023 年 10 月公布了为人工智能的将来做预备Preparing for the Future of Artificial Intelligence 和国家人工智能争论和进展战略打算The National Artificial Intelligence Research and Development Strategic Plan两份报告，14在 2023 年 12 月后公布了人工智能、自动化与经济Artificial Intelligence、Automation and the Economy，标志着美国国家人工智能战略正式开头，215有很多中小学重视人工智能与STEM 课程

9、，开设了综合性的跨学科STEM 课程，纳入了机器人学、Scratch、Python 等编程课程。10在 2023 年 10 月，英国政府出台了在英国进展人工智能产业Growing the Artificial Intelligence Industry in the UK，15规划制定初等学校改革政策，中小学与高校合作开放人工智能教育，并将人工智能教育与STEM 课程相结合。16日本政府在 2023 年公布日本振兴战略 2023面对第 4 次产业革命，明确提出青年一代需适应以人工智能为代表的第四次产业革命，在中小学必修范围内纳入编程教育、科普教 育等与人工智能相关的根底课程，并要求每个学生养成

10、理解、运用信息技术和数据的习惯。2加坡政府在 2023 年公布“人工智能加坡”工程AI Singapore，开启了加坡政府的国家人工智能战略。17加坡将少儿编程教育推广至全国范围，并将编程纳入中小学考试科 目，还推出了“AI for Kids”、“AI for Students”等打算，培育学生对人工智能和机器学习的兴趣并增进理解。加坡强调学校机构与人工智能创业公司的合作，请有专业素养的人工智能工程师设计实践课程，指导学生利用Scratch、Microsoft Cognitive Services等工具开发AI 方案以解决日常生活中的相关问题。10（2） 国内人工智能教育实施现状在义务教育阶段

11、的初中课程中，没有明确的人工智能学科课程，全国各地大局部均以“试 点”的形式推动人工智能教育的普及，18一些地区和学校是以地方课程、校本课程的形式推出人工智能课程。19在高中阶段，2023 年 4 月国内公布的一般高中技术课程标准试验就首次将“人工智能初步”模块纳入高中信息技术学科选修模块中，标志着人工智能在中学的正式起步。但是当时的高中信息技术人工智能选修模块受到技术进展水平低、普及程度低、师资条件严峻欠 缺、课程内容设置不合理等多种因素的影响，在全国范围内都鲜有开设。1目前，国内中学人工智能课程的开呈现状具体如下：人工智能在中学阶段主要以选修模块和章节嵌入的形式开展教学;学生选修的模块主要

12、集中在多媒体技术应用与网络技术应用 模块，人工智能课程由于开发难度大、硬件设备缺乏等缘由而形同虚设;即便开设了人工智 能课程，也仅是停留在对人工智能的表层理论介绍，而未深入到对人工智能背后原理的讲解， 更不用说让学生亲自体验。（3） 国内人工智能教育实施中遇到的问题国内人工智能教育的开展存在以下问题。概念混淆：人工智能学科包含内容广泛，涉及计算机科学、信息科学、心理学、哲学、生理学等众多领域，20目前国内人工智能课程的内容框架、学问体系尚未建立，处于进展初 期。1局部争论学者、教育专家对人工智能概念生疏不清，将人工智能技术与自动化、传感 器、程序设计、机器人混为一谈。1过度包装：国内的互联网企

13、业将人工智能封装成接口，不让用户知道其中的原理，将人工智能推上神坛，塑造出奇特感与距离感，使一些中小学人工智能教育活动止步于教会学生调用接口、使用工具。局部人工智能技术供给商在用户使用协议中埋伏窥窃用户隐私的条款，侵害用户的权益。教学内容不明确：人工智能教材内容紊乱，局部学校将人工智能等同于乐高、机器人、智能小车等，并且教材内容较为简洁，全国通用人教版教材中关于人工智能的内容仅是对AlphaGo 介绍的闻报道。师资力气参差不齐：开设有人工智能教育相关专业的本科院校较少，因此中学教师对人工智能领域不了解，10即使有感兴趣的教师，也不知道学习什么内容以及如何进展人工智能 学习。课程标准方面的问题：

14、由于人工智能属于前沿技术，目前尚无统一的课程组织与系统设计。10实践方面的问题：缺乏实践手段，人工智能教育流于形式，目前较为普遍的讲授方式是教师利用PPT 或者视频进展简洁讲授，而学生只能通过自我感知理解人工智能的内涵。针对人工智能教育进展中存在的问题，需要供给相应的解决方案。针对概念混淆的问 题，标准人工智能的概念与范围，与自动化、程序设计、机器人等划清界限;针对过度包装 的问题，实现人工智能技术的同时将技术原理完整地向群众呈现，不侵害用户隱私权;针对 教学不明确的问题，选用深度学习作为教学内容以实现计算机视觉，缘由是图像识别是人工智能最有代表性的应用，中小学生可以通过学习图像识别的相关原理

15、入门人工智能;针对师资 力气参差不齐的问题，供给完整的教学资源培训包可供教师自主学习与参照使用;针对缺少 统一的组织与系统设计这一问题，承受机器学习方式，这是由于深度学习是目前人工智能最好的一种实现方法，而机器视觉是深度学习最好的实践范例;针对人工智能教育缺少实践手段 的问题，供给具体的实践方法。三、系统设计原理搭建中小学人工智能教学平台是一个将前沿技术的理论与实践普及到根底教育阶段的行 动，其中“才智狗”作为子工程是面对中学生的人工智能教学关心系统。本工程是国内第一个提 出在中小学使用机器学习实现人工智能教学的工程，是K-12 阶段人工智能教育的一大变革。BAT互联网三大巨头：百度、阿里巴巴

16、与腾讯只供给人工智能接口而不告知其中原理，这样虽然能够简化简单的人工智能实现流程，降低教学活动实现本钱，但是并不能教会学生人工智能的内在原理，学生只能学会如何使用现有的工具，不利于培育学生的争论精神，与教育目标相悖。本争论认为，只有把握深度学习才能真正了解人工智能。“才智狗”中学人工智能教学 关心系统让学生零距离接触机器学习的核心原理，让师生亲自动手实现人工智能，并且留意培育学生的探究精神、创精神，在课标的根底上对实施中学人工智能教育做了一次有益的尝试。如图 1 所示，“才智狗”中学人工智能教学关心系统工程承受闭环设计，首先觉察目前中学人工智能教育争论与开展中消灭的问题，进而提出相对应的合理解

17、决方案，确定国内中学人工智能教育的需求，依据需求进展系统设计与系统开发。开发完成的人工智能教学关心系统将投入试验，在中学开展人工智能试验课程，并通过问卷调查获得反响。依据获得的负反响进展负反响处理，重觉察问题，提出方案，改进系统，解决问题;依据获得的正反响则输入系统中 进一步强化，不断推演出系统的 2.0、 3.0 等版本。在 2023 年 10 月，英国政府出台了在英国进展人工智能产业Growing the Artificial Intelligence Industry in the UK，15规划制定初等学校改革政策，中小学与高校合作开放人工智能教育，并将人工智能教育与STEM 课程相结

18、合。16日本政府在 2023 年公布日本振兴战略 2023面对第 4 次产业革命，明确提出青年一代需适应以人工智能为代表的第四次产业革命，在中小学必修范围内纳入编程教育、科普教 育等与人工智能相关的根底课程，并要求每个学生养成理解、运用信息技术和数据的习惯。2加坡政府在 2023 年公布“人工智能加坡”工程AI Singapore，开启了加坡政府的国家人工智能战略。17加坡将少儿编程教育推广至全国范围，并将编程纳入中小学考试科 目，还推出了“AI for Kids”、“AI for Students”等打算，培育学生对人工智能和机器学习的兴趣并增进理解。加坡强调学校机构与人工智能创业公司的合作

19、，请有专业素养的人工智能工程师设计实践课程，指导学生利用Scratch、Microsoft Cognitive Services等工具开发AI 方案以解决日常生活中的相关问题。10（2） 国内人工智能教育实施现状在义务教育阶段的初中课程中，没有明确的人工智能学科课程，全国各地大局部均以“试 点”的形式推动人工智能教育的普及，18一些地区和学校是以地方课程、校本课程的形式推出人工智能课程。19在高中阶段，2023 年 4 月国内公布的一般高中技术课程标准试验就首次将“人工智能初步”模块纳入高中信息技术学科选修模块中，标志着人工智能在中学的正式起步。但是当时的高中信息技术人工智能选修模块受到技术进

20、展水平低、普及程度低、师资条件严峻欠 缺、课程内容设置不合理等多种因素的影响，在全国范围内都鲜有开设。1目前，国内中学人工智能课程的开呈现状具体如下：人工智能在中学阶段主要以选修模块和章节嵌入的形式开展教学;学生选修的模块主要集中在多媒体技术应用与网络技术应用 模块，人工智能课程由于开发难度大、硬件设备缺乏等缘由而形同虚设;即便开设了人工智 能课程，也仅是停留在对人工智能的表层理论介绍，而未深入到对人工智能背后原理的讲解， 更不用说让学生亲自体验。（3） 国内人工智能教育实施中遇到的问题国内人工智能教育的开展存在以下问题。概念混淆：人工智能学科包含内容广泛，涉及计算机科学、信息科学、心理学、哲

21、学、生理学等众多领域，20目前国内人工智能課程的内容框架、学问体系尚未建立，处于进展初 期。1局部争论学者、教育专家对人工智能概念生疏不清，将人工智能技术与自动化、传感 器、程序设计、机器人混为一谈。1过度包装：国内的互联网企业将人工智能封装成接口，不让用户知道其中的原理，将人工智能推上神坛，塑造出奇特感与距离感，使一些中小学人工智能教育活动止步于教会学生调用接口、使用工具。局部人工智能技术供给商在用户使用协议中埋伏窥窃用户隐私的条款，侵害用户的权益。教学内容不明确：人工智能教材内容紊乱，局部学校将人工智能等同于乐高、机器人、智能小车等，并且教材内容较为简洁，全国通用人教版教材中关于人工智能的

22、内容仅是对AlphaGo 介绍的闻报道。师资力气参差不齐：开设有人工智能教育相关专业的本科院校较少，因此中学教师对人工智能领域不了解，10即使有感兴趣的教师，也不知道学习什么内容以及如何进展人工智能 学习。课程标准方面的问题：由于人工智能属于前沿技术，目前尚无统一的课程组织与系统设计。10实践方面的问题：缺乏实践手段，人工智能教育流于形式，目前较为普遍的讲授方式是教师利用PPT 或者视频进展简洁讲授，而学生只能通过自我感知理解人工智能的内涵。针对人工智能教育进展中存在的问题，需要供给相应的解决方案。针对概念混淆的问 题，标准人工智能的概念与范围，与自动化、程序设计、机器人等划清界限;针对过度包

23、装 的问题，实现人工智能技术的同时将技术原理完整地向群众呈现，不侵害用户隐私权;针对 教学不明确的问题，选用深度学习作为教学内容以实现计算机视觉，缘由是图像识别是人工智能最有代表性的应用，中小学生可以通过学习图像识别的相关原理入门人工智能;针对师资 力气参差不齐的问题，供给完整的教学资源培训包可供教师自主学习与参照使用;针对缺少 统一的组织与系统设计这一问题，承受机器学习方式，这是由于深度学习是目前人工智能最好的一种实现方法，而机器视觉是深度学习最好的实践范例;针对人工智能教育缺少实践手段 的问题，供给具体的实践方法。三、系统设计原理搭建中小学人工智能教学平台是一个将前沿技术的理论与实践普及到

24、根底教育阶段的行 动，其中“才智狗”作为子工程是面对中学生的人工智能教学关心系统。本工程是国内第一个提 出在中小学使用机器学习实现人工智能教学的工程，是K-12 阶段人工智能教育的一大变革。BAT互联网三大巨头：百度、阿里巴巴与腾讯只供给人工智能接口而不告知其中原理，这样虽然能够简化简单的人工智能实现流程，降低教学活动实现本钱，但是并不能教会学生人工智能的内在原理，学生只能学会如何使用现有的工具，不利于培育学生的争论精神，与教育目标相悖。本争论认为，只有把握深度学习才能真正了解人工智能。“才智狗”中学人工智能教学 关心系统让学生零距离接触机器学习的核心原理，让师生亲自动手实现人工智能，并且留意

25、培育学生的探究精神、创精神，在课标的根底上对实施中学人工智能教育做了一次有益的尝试。如图 1 所示，“才智狗”中学人工智能教学关心系统工程承受闭环设计，首先觉察目前中学人工智能教育争论与开展中消灭的问题，进而提出相对应的合理解决方案，确定国内中学人工智能教育的需求，依据需求进展系统设计与系统开发。开发完成的人工智能教学关心系统将投入试验，在中学开展人工智能试验课程，并通过问卷调查获得反响。依据获得的负反响进展负反响处理，重觉察问题，提出方案，改进系统，解决问题;依据获得的正反响则输入系统中 进一步强化，不断推演出系统的 2.0、 3.0 等版本。在 2023 年 10 月，英国政府出台了在英国

26、进展人工智能产业Growing the Artificial Intelligence Industry in the UK，15规划制定初等学校改革政策，中小学与高校合作开放人工智能教育，并将人工智能教育与STEM 课程相结合。16日本政府在 2023 年公布日本振兴战略 2023面对第 4 次产业革命，明确提出青年一代需适应以人工智能为代表的第四次产业革命，在中小学必修范围内纳入编程教育、科普教 育等与人工智能相关的根底课程，并要求每个学生养成理解、运用信息技术和数据的习惯。2加坡政府在 2023 年公布“人工智能加坡”工程AI Singapore，开启了加坡政府的国家人工智能战略。17加

27、坡将少儿编程教育推广至全国范围，并将编程纳入中小学考试科 目，还推出了“AI for Kids”、“AI for Students”等打算，培育学生对人工智能和机器学习的兴趣并增进理解。加坡强调学校机构与人工智能创业公司的合作，请有专业素养的人工智能工程师设计实践课程，指导学生利用Scratch、Microsoft Cognitive Services等工具开发AI 方案以解决日常生活中的相关问题。10（2） 国内人工智能教育实施现状在义务教育阶段的初中课程中，没有明确的人工智能学科课程，全国各地大局部均以“试 点”的形式推动人工智能教育的普及，18一些地区和学校是以地方课程、校本课程的形式推

28、出人工智能课程。19在高中阶段，2023 年 4 月国内公布的一般高中技术课程标准试验就首次将“人工智能初步”模块纳入高中信息技术学科选修模块中，标志着人工智能在中学的正式起步。但是当时的高中信息技术人工智能选修模块受到技术进展水平低、普及程度低、师资条件严峻欠 缺、课程内容设置不合理等多种因素的影响，在全国范围内都鲜有开设。1目前，国内中学人工智能课程的开呈现状具体如下：人工智能在中学阶段主要以选修模块和章节嵌入的形式开展教学;学生选修的模块主要集中在多媒体技术应用与网络技术应用 模块，人工智能课程由于开发难度大、硬件设备缺乏等缘由而形同虚设;即便开设了人工智 能课程，也仅是停留在对人工智能

29、的表层理论介绍，而未深入到对人工智能背后原理的讲解， 更不用说让学生亲自体验。（3） 国内人工智能教育实施中遇到的问题国内人工智能教育的开展存在以下问题。概念混淆：人工智能学科包含内容广泛，涉及计算机科学、信息科学、心理学、哲学、生理学等众多领域，20目前国内人工智能课程的内容框架、学问体系尚未建立，处于进展初 期。1局部争论学者、教育专家对人工智能概念生疏不清，将人工智能技术与自动化、传感 器、程序设计、机器人混为一谈。1过度包装：国内的互联网企业将人工智能封装成接口，不让用户知道其中的原理，将人工智能推上神坛，塑造出奇特感与距离感，使一些中小学人工智能教育活动止步于教会学生调用接口、使用工

30、具。局部人工智能技术供给商在用户使用协议中埋伏窥窃用户隐私的条款，侵害用户的权益。教学内容不明确：人工智能教材内容紊乱，局部学校将人工智能等同于乐高、机器人、智能小车等，并且教材内容较为简洁，全国通用人教版教材中关于人工智能的内容仅是对AlphaGo 介绍的闻报道。师资力气参差不齐：开设有人工智能教育相关专业的本科院校较少，因此中学教师对人工智能领域不了解，10即使有感兴趣的教师，也不知道学习什么内容以及如何进展人工智能 学习。课程标准方面的问题：由于人工智能属于前沿技术，目前尚无统一的课程组织与系统设计。10实践方面的问题：缺乏实践手段，人工智能教育流于形式，目前较为普遍的讲授方式是教师利用

31、PPT 或者视频进展简洁讲授，而学生只能通过自我感知理解人工智能的内涵。针对人工智能教育进展中存在的问题，需要供给相应的解决方案。针对概念混淆的问 题，标准人工智能的概念与范围，与自动化、程序设计、机器人等划清界限;针对过度包装 的问题，实现人工智能技术的同时将技术原理完整地向群众呈现，不侵害用户隐私权;针对 教学不明确的问题，选用深度学习作为教学内容以实现计算机视觉，缘由是图像识别是人工智能最有代表性的应用，中小学生可以通过学习图像识别的相关原理入门人工智能;针对师资 力气参差不齐的问题，供给完整的教学资源培训包可供教师自主学习与参照使用;针对缺少 统一的组织与系统设计这一问题，承受机器学习

32、方式，这是由于深度学习是目前人工智能最好的一种实现方法，而机器视觉是深度学习最好的实践范例;针对人工智能教育缺少实践手段 的问题，供给具体的实践方法。三、系统设计原理搭建中小学人工智能教学平台是一个将前沿技术的理论与实践普及到根底教育阶段的行 动，其中“才智狗”作为子工程是面对中学生的人工智能教学关心系统。本工程是国内第一个提 出在中小学使用机器学习实现人工智能教学的工程，是K-12 阶段人工智能教育的一大变革。BAT互聯网三大巨头：百度、阿里巴巴与腾讯只供给人工智能接口而不告知其中原理，这样虽然能够简化简单的人工智能实现流程，降低教学活动实现本钱，但是并不能教会学生人工智能的内在原理，学生只

33、能学会如何使用现有的工具，不利于培育学生的争论精神，与教育目标相悖。本争论认为，只有把握深度学习才能真正了解人工智能。“才智狗”中学人工智能教学 关心系统让学生零距离接触机器学习的核心原理，让师生亲自动手实现人工智能，并且留意培育学生的探究精神、创精神，在课标的根底上对实施中学人工智能教育做了一次有益的尝试。如图 1 所示，“才智狗”中学人工智能教学关心系统工程承受闭环设计，首先觉察目前中学人工智能教育争论与开展中消灭的问题，进而提出相对应的合理解决方案，确定国内中学人工智能教育的需求，依据需求进展系统设计与系统开发。开发完成的人工智能教学关心系统将投入试验，在中学开展人工智能试验课程，并通过

34、问卷调查获得反响。依据获得的负反响进展负反响处理，重觉察问题，提出方案，改进系统，解决问题;依据获得的正反响则输入系统中 进一步强化，不断推演出系统的 2.0、 3.0 等版本。在 2023 年 10 月，英国政府出台了在英国进展人工智能产业Growing the Artificial Intelligence Industry in the UK，15规划制定初等学校改革政策，中小学与高校合作开放人工智能教育，并将人工智能教育与STEM 课程相结合。16日本政府在 2023 年公布日本振兴战略 2023面对第 4 次产业革命，明确提出青年一代需适应以人工智能为代表的第四次产业革命，在中小学必

35、修范围内纳入编程教育、科普教 育等与人工智能相关的根底课程，并要求每个学生养成理解、运用信息技术和数据的习惯。2加坡政府在 2023 年公布“人工智能加坡”工程AI Singapore，开启了加坡政府的国家人工智能战略。17加坡将少儿编程教育推广至全国范围，并将编程纳入中小学考试科 目，还推出了“AI for Kids”、“AI for Students”等打算，培育学生对人工智能和机器学习的兴趣并增进理解。加坡强调学校机构与人工智能创业公司的合作，请有专业素养的人工智能工程师设计实践课程，指导学生利用Scratch、Microsoft Cognitive Services等工具开发AI 方案

36、以解决日常生活中的相关问题。10（2） 国内人工智能教育实施现状在义务教育阶段的初中课程中，没有明确的人工智能学科课程，全国各地大局部均以“试 点”的形式推动人工智能教育的普及，18一些地区和学校是以地方课程、校本课程的形式推出人工智能课程。19在高中阶段，2023 年 4 月国内公布的一般高中技术课程标准试验就首次将“人工智能初步”模块纳入高中信息技术学科选修模块中，标志着人工智能在中学的正式起步。但是当时的高中信息技术人工智能选修模块受到技术进展水平低、普及程度低、师资条件严峻欠 缺、课程内容设置不合理等多种因素的影响，在全国范围内都鲜有开设。1目前，国内中学人工智能课程的开呈现状具体如下

37、：人工智能在中学阶段主要以选修模块和章节嵌入的形式开展教学;学生选修的模块主要集中在多媒体技术应用与网络技术应用 模块，人工智能课程由于开发难度大、硬件设备缺乏等缘由而形同虚设;即便开设了人工智 能课程，也仅是停留在对人工智能的表层理论介绍，而未深入到对人工智能背后原理的讲解， 更不用说让学生亲自体验。（3） 国内人工智能教育实施中遇到的问题国内人工智能教育的开展存在以下问题。概念混淆：人工智能学科包含内容广泛，涉及计算机科学、信息科学、心理学、哲学、生理学等众多领域，20目前国内人工智能课程的内容框架、学问体系尚未建立，处于进展初 期。1局部争论学者、教育专家对人工智能概念生疏不清，将人工智

38、能技术与自动化、传感 器、程序设计、机器人混为一谈。1过度包装：国内的互联网企业将人工智能封装成接口，不让用户知道其中的原理，将人工智能推上神坛，塑造出奇特感与距离感，使一些中小学人工智能教育活动止步于教会学生调用接口、使用工具。局部人工智能技术供给商在用户使用协议中埋伏窥窃用户隐私的条款，侵害用户的权益。教学内容不明确：人工智能教材内容紊乱，局部学校将人工智能等同于乐高、机器人、智能小车等，并且教材内容较为简洁，全国通用人教版教材中关于人工智能的内容仅是对AlphaGo 介绍的闻报道。师资力气参差不齐：开设有人工智能教育相关专业的本科院校较少，因此中学教师对人工智能领域不了解，10即使有感兴

39、趣的教师，也不知道学习什么内容以及如何进展人工智能 学习。课程标准方面的问题：由于人工智能属于前沿技术，目前尚无统一的课程组织与系统设计。10实践方面的问题：缺乏实践手段，人工智能教育流于形式，目前较为普遍的讲授方式是教师利用PPT 或者视频进展简洁讲授，而学生只能通过自我感知理解人工智能的内涵。针对人工智能教育进展中存在的问题，需要供给相应的解决方案。针对概念混淆的问 题，标准人工智能的概念与范围，与自动化、程序设计、机器人等划清界限;针对过度包装 的问题，实现人工智能技术的同时将技术原理完整地向群众呈现，不侵害用户隐私权;针对 教学不明确的问题，选用深度学习作为教学内容以实现计算机视觉，缘

40、由是图像识别是人工智能最有代表性的应用，中小学生可以通过学习图像识别的相关原理入门人工智能;针对师资 力气参差不齐的问题，供给完整的教学资源培训包可供教师自主学习与参照使用;针对缺少 统一的组织与系统设计這一问题，承受机器学习方式，这是由于深度学习是目前人工智能最好的一种实现方法，而机器视觉是深度学习最好的实践范例;针对人工智能教育缺少实践手段 的问题，供给具体的实践方法。三、系统设计原理搭建中小学人工智能教学平台是一个将前沿技术的理论与实践普及到根底教育阶段的行 动，其中“才智狗”作为子工程是面对中学生的人工智能教学关心系统。本工程是国内第一个提 出在中小学使用机器学习实现人工智能教学的工程

41、，是K-12 阶段人工智能教育的一大变革。BAT互联网三大巨头：百度、阿里巴巴与腾讯只供给人工智能接口而不告知其中原理，这样虽然能够简化简单的人工智能实现流程，降低教学活动实现本钱，但是并不能教会学生人工智能的内在原理，学生只能学会如何使用现有的工具，不利于培育学生的争论精神，与教育目标相悖。本争论认为，只有把握深度学习才能真正了解人工智能。“才智狗”中学人工智能教学 关心系统让学生零距离接触机器学习的核心原理，让师生亲自动手实现人工智能，并且留意培育学生的探究精神、创精神，在课标的根底上对实施中学人工智能教育做了一次有益的尝试。如图 1 所示，“才智狗”中学人工智能教学关心系统工程承受闭环设

42、计，首先觉察目前中学人工智能教育争论与开展中消灭的问题，进而提出相对应的合理解决方案，确定国内中学人工智能教育的需求，依据需求进展系统设计与系统开发。开发完成的人工智能教学关心系统将投入试验，在中学开展人工智能试验课程，并通过问卷调查获得反响。依据获得的负反响进展负反响处理，重觉察问题，提出方案，改进系统，解决问题;依据获得的正反响则输入系统中 进一步强化，不断推演出系统的 2.0、 3.0 等版本。在 2023 年 10 月，英国政府出台了在英国进展人工智能产业Growing the Artificial Intelligence Industry in the UK，15规划制定初等学校改

43、革政策，中小学与高校合作开放人工智能教育，并将人工智能教育与STEM 课程相结合。16日本政府在 2023 年公布日本振兴战略 2023面对第 4 次产业革命，明确提出青年一代需适应以人工智能为代表的第四次产业革命，在中小学必修范围内纳入编程教育、科普教 育等与人工智能相关的根底课程，并要求每个学生养成理解、运用信息技术和数据的习惯。2加坡政府在 2023 年公布“人工智能加坡”工程AI Singapore，開启了加坡政府的国家人工智能战略。17加坡将少儿编程教育推广至全国范围，并将编程纳入中小学考试科 目，还推出了“AI for Kids”、“AI for Students”等打算，培育学生

44、对人工智能和机器学习的兴趣并增进理解。加坡强调学校机构与人工智能创业公司的合作，请有专业素养的人工智能工程师设计实践课程，指导学生利用Scratch、Microsoft Cognitive Services等工具开发AI 方案以解决日常生活中的相关问题。10（2） 国内人工智能教育实施现状在义务教育阶段的初中课程中，没有明确的人工智能学科课程，全国各地大局部均以“试 点”的形式推动人工智能教育的普及，18一些地区和学校是以地方课程、校本课程的形式推出人工智能课程。19在高中阶段，2023 年 4 月国内公布的一般高中技术课程标准试验就首次将“人工智能初步”模块纳入高中信息技术学科选修模块中，标

45、志着人工智能在中学的正式起步。但是当时的高中信息技术人工智能选修模块受到技术进展水平低、普及程度低、师资条件严峻欠 缺、课程内容设置不合理等多种因素的影响，在全国范围内都鲜有开设。1目前，国内中学人工智能课程的开呈现状具体如下：人工智能在中学阶段主要以选修模块和章节嵌入的形式开展教学;学生选修的模块主要集中在多媒体技术应用与网络技术应用 模块，人工智能课程由于开发难度大、硬件设备缺乏等缘由而形同虚设;即便开设了人工智 能课程，也仅是停留在对人工智能的表层理论介绍，而未深入到对人工智能背后原理的讲解， 更不用说让学生亲自体验。（3） 国内人工智能教育实施中遇到的问题国内人工智能教育的开展存在以下

46、问题。概念混淆：人工智能学科包含内容广泛，涉及计算机科学、信息科学、心理学、哲学、生理学等众多领域，20目前国内人工智能课程的内容框架、学问体系尚未建立，处于进展初 期。1局部争论学者、教育专家对人工智能概念生疏不清，将人工智能技术与自动化、传感 器、程序设计、机器人混为一谈。1过度包装：国内的互联网企业将人工智能封装成接口，不让用户知道其中的原理，将人工智能推上神坛，塑造出奇特感与距离感，使一些中小学人工智能教育活动止步于教会学生调用接口、使用工具。局部人工智能技术供给商在用户使用协议中埋伏窥窃用户隐私的条款，侵害用户的权益。教学内容不明确：人工智能教材内容紊乱，局部学校将人工智能等同于乐高

47、、机器人、智能小车等，并且教材内容较为简洁，全国通用人教版教材中关于人工智能的内容仅是对AlphaGo 介绍的闻报道。师资力气参差不齐：开设有人工智能教育相关专业的本科院校较少，因此中学教师对人工智能领域不了解，10即使有感兴趣的教师，也不知道学习什么内容以及如何进展人工智能 学习。课程标准方面的问题：由于人工智能属于前沿技术，目前尚无统一的课程组织与系统设计。10实践方面的问题：缺乏实践手段，人工智能教育流于形式，目前较为普遍的讲授方式是教师利用PPT 或者视频进展简洁讲授，而学生只能通过自我感知理解人工智能的内涵。针对人工智能教育进展中存在的问题，需要供给相应的解决方案。针对概念混淆的问 题，标准人工智能的概念与