在人工智能方面应知应会（小学）

随着人工智能对社会的应用潜力和价值越来越大，智能技术发展越来越迅速，国家对未来人才的培养需求也在不断与时俱进，未来公民所需的人工智能意识及技能已成为教育的客观需求，因此人工智能教育的兴起与发展有着重要而深远的意义，它将帮助学生形成智能社会意识，适应智能社会发展。

目前我国对吸引和培养高科技人才高度重视，从基础教育阶段开始普及人工智能教育，培养未来公民所需的智能意识、技能和素养。

自2017年国务院颁布了《新一代人工智能发展规划》开始，国内陆续出台各项教育政策，逐步开展全民智能教育项目，强调将在中小学阶段引入人工智能普及教育，并推出人工智能课程开发标准，发布了人工智能技术与工程素养框架。

今年教育部在最新发布的《义务教育课程方案和课程标准》中明确成立了新科目——信息科技，其中也对人工智能课程进行了详细的目标及内容设定。

至此，学校单位和家长都开始关注科技创新素养类的话题，重视培养孩子的科创能力及特长。“科技特长生”也成为了升学选拔阶段的特别青睐。对此，很多学校、教育机构及家长都对具有前瞻性的人工智能教育产生关注的同时，也产生不少疑惑，为了让大家能更清晰了解人工智能课程、编程教育、科技创客的学习内容，了解青少年人工智能学科到底学些什么？需要掌握什么？小钛今天为你分析解读，希望能帮助大家做好教育发展的准备。

根据2021年11月26日中央电化教育馆正式发布的《中小学人工智能技术与工程素养框架》，提出人工智能领域涉及自然科学与社会科学的交叉应用，尤其涉及到人的思想、行为、能力等方面的内容，其中渗透了伦理、道德、责任等相关问题，所以需要陪养学生从工程的角度学习、认识和使用人工智能，并主动思考人工智能与人类、与社会的关系。

“素养框架”的目标不是为了培养人工智能领域的专家,而是为了帮助学生掌握适应智能社会所需的必备品格和关键能力，使学生能够更好地在智能社会生存与发展。

“素养框架”包含了人工智能与人类、人工智能与社会、人工智能技术、人工智能系统设计与开发4 个领域内容。并对应每个领域，详细设定12 个一级指标及31 个二级指标。分别就小学、初中、高中三个学段的应知应会内容做了详细的界定。

小学学段内容解读

01 人工智能与人类

人工智能能模拟人类，像人类那样思考。人工智能技术在发展过程中一方面会促进人类的快速进步，甚至有可能会超过人类的智能；另一方面人类人工智能技术的发展应当受到人类的制约，实现未来人工智能与人类的和谐共生。我们应树立科学合理的伦理观，正确看待和处理人机关系。

（1）人工智能与人类的关系

应知： 生活中的智能产品能够像人类一样能听会说、能看会认、能理解会思考。人工智能能让机器替代人类做简单、重复性的工作，从而对人类的就业产生了影响。

应会： 能列举生活中常用的人工智能产品，分析这些智能产品都模拟了人类的哪些能力；能列举人工智能代替人类工作的具体场景；能描述目前人工智能能够代替的工作有何特点；能列举生活中人机协同的具体案例。

（2）伦理道德

应知： 人工智能存在许多优势，为人类带来许多便利，但同样存在一定的不足。在使用人工智能产品的时候可能会泄露人们的个人信息，存在一定风险。

应会： 能分析说明人工智能产品的优点，以及在应用过程中可能存在的风险。

02 人工智能与社会

以人工智能技术为代表的第四次科技革命正在改变人类社会的各个方面，如生活环境、学习环境、工作环境等，它的发展将促使新型社会状态的诞生与变化。在此过程中，要健全人工智能发展相关的法律条款，以保证人机协同、跨界融合、共创分享智能时代的健康与高效。

（1）人工智能与社会的交互

应知： 人工智能是社会不断进步和发展的产物；人工智能产品已经进入社会的各个领域，并促进了社会的发展，例如人脸识别、无人驾驶、智能机器人等。

应会： 能描述特定人类社会需求是如何影响人工智能产品的应用以及分析他们的功能。

（2）人工智能对社会的影响

应知： 人工智能已应用于社会诸多领域，使人类社会发生巨大变化，人们设计和开发人工智能产品的目的是对社会产生积极影响。

应会： 针对特定人工智能产品，列举对社会有哪些影响；可采取什么措施来减少负面影响。

（3）社会规范

应知： 了解当使用人工智能产品时，会涉及的社会公平问题，可能对他人造成的危害；需要遵守相关的法律规定。

应会： 能列举指出特定人工智能产品在适用条件或范围上的局限性，能列举满足特定需求人群的人工智能产品，能说明如何更安全地使用特定人工智能产品。

03 人工智能技术

人工智能技术能使机器胜任一些人类智能才能完成的复杂工作，能帮助人类解决许多问题。不同时代、不同应用领域需要不同的人工智能技术来模拟不同的人类智能。人工智能技术通过算法来实现，深度学习算法是目前人工智能发展的核心力量，它需要大量的数据和强大的算力作为支撑。目前深度学习已经在图像识别、语音识别与合成、自然语言处理等多个领域取得突破，一些基础应用技术逐渐成熟，并形成了相应的产品和服务。

（1）人工智能技术能够解决的问题

应知： 人工智能产品通过模拟人的思维和行为，获得感知、交流与行动的能力，能帮助人解决问题；机器能具有知识推理能力，能对事件做出正确的判断，这些技术可以更好地解决生活、工作、学习中的多种问题。

应会： 能阐述人工智能产品如何做到像人一样具有感知、交流与行动的能力，人工智能产品是如何解决简单的感知、交流与行动的问题。能识别特定人工智能产品是否具有推理与决策的能力。

（2）人工智能支撑技术

应知： 人工智能技术会通过不同途径采集数据，挖掘数据中有用信息，计算机是通过算法来实现人工智能技术，不同的人工智能问题采用不同的算法来解决，每个算法有各自的优点和局限性。计算机使用 CPU、GPU 等硬件来实现人工智能产品的功能，不同的硬件具有不同的计算能力。

应会： 能使用某个人工智能产品采集数据，并观察采集到的数据。通过观察数据，能阐述能获得哪些信息和发现哪些规律。针对某个简单的人工智能问题，能通过流程图呈现解决步骤。可用程序模块实现某个人工智能产品功能的算法。能观察在不同硬件平台上运行的性能差异。能观察某个人工智能产品具有哪些算力芯片和硬件配置。

（3）人工智能基础应用技术

应知： 人工智能感知与识别技术可以模拟人对外界环境的感知与识别能力；自然语言处理技术能够实现人与计算机之间进行交流与沟通；人机交互技术实现了人和计算机之间的信息交换，可以像人与人交互一样自然、方便；一些人工智能产品可以模拟人 通过思考进行规划与决策的过程；机器人模拟了人的行动和控制能力，其形态多样，被应用于不同领域，机器人的行动和控制是通过编写的程序来实现的。

应会：能针对某个具体的人工智能产品，识别其模拟了哪些感知或识别的能力或自然语言处理技术，并能用编程实现这些技术的应用；通过感受不同的人机交互过程，能阐述各种人机交互方式之间的差别，并能编程实现简单的语音或体感交互应用；能识别人工智能产品是否模拟了人的规划和决策的能力；能识别生活中不同种类的机器人，并编写程序实现让机器人说话和行动。

（4）选择和使用人工智能工具

应知： 人工智能产品的开发可以采用现成的人工智能工具，这些工具有不同的用途。如一些工具用于语音识别和图像识别，一些人工智能工具则适合于文字处理。使用人工智能工具能实现人工智能产品（如智能对话机器人，送餐机器人等)。

应会： 针对具体的人工智能产品，能指出可以使用什么人工智能工具来实现它。

04 人工智能系统设计与开发

人工智能系统解决问题是一个系统分析的过程，需要理解和运用系统工程的思想和方法，对各个组成要素进行分析、预测、评价， 以实现对问题的最优解决。在人工智能应用系统的设计与开发中，需要运用系统工程的思想和方法，通过设计、开发、测试等环节，实现能够最大限度满足需求的人工智能系统。人工智能应用系统设计、开发后，需要根据设计的定位和目标，对运行结果不断评估，并针对出现的问题和可能遇到的新问题，进行持续性的维护和升级。

（1）系统工程

应知： 生活中的人工智能产品是多要素共同配合实现功能的；生活中的人工智能系统是通过对资源的合理调配实现问题解决的。

应会： 能描述生活中人工智能产品是如何共同配合完成相应功能的；能描述某一特定人工智能产品都对哪些资源进行了合理调配以实现问题的解决。

（2）人工智能应用系统设计与开发

应知： 开发一个人工智能产品前，需要根据解决问题的目标进行设计；需要在需求分析的基础上完成产品方案设计；人工智能产品是在软、硬件及算法的共同控制下实现的；开发一个特定的人工智能产品需要使用相应的程序模块编程实现，并在计算机或硬件平台上运行；需要在开发人工智能产品时进行测试以发现存在的问题。

应会： 能根据某个特定人工智能产品的应用，提供供简单的设计方案；能利用实验平台开发某个特定人工智能产品，并测试该产品是否有不足或错误，给出解决方法。

（3）人工智能系统的评估及维护

应知： 人工智能产品性能的好坏需要在实际应用中去评估；产品会存在缺陷，需要监测产品运行状态，并对产品进行维护。必要时，需要对产品进行升级。

应会： 能针对对特定人工智能产品，进行阐述该产品性能上的优劣；对开发的人工智能产品，说出一些维护的方法。

中小学生人工智能素养评价内容

• 新知学习：
• 考察学生对所涉及的课程内容的掌握情况。可以通过学生在课堂中、活动小组中的参与程度、回答问题的情况、合作互助的情况来评价。
• 自主探究：
  考查学生解决问题的方式和能力。包括：

（1）自信心：有强烈参与活动的意识，不回避困难；

（2）探究性：积极探究、 独立思考，寻求解决问题的思路；

（3）反思：具有反思自己操作过程的意识，并通过反思优化自己的认知结构。

• 合作交流：
  考查学生进行人工智能课程学习和探究所必须具备的基本态度。包括：

（1）交流：对老师出的问题踊跃发言，作为小组成员仔细地倾听他人观点；

（2）协作：作为小组成员尊重他人并公平分配学习任务，小组学习、讨论气氛热烈，操作有序、和谐；

（3）分享：创设多维、多视角的动态思维和批判方式，体验、分享创造成功的喜悦。

• 学习效果：
  考查学生对知识掌握和动手实践能力的综合应用。包括：

（1）达成度：利用已经学习的基本知识，结合“探究实验”、学习单、教具操作指南，正确认识和分析项目问题，并发挥创意、有逻辑地给出解决问题的思路，最终合作完成项目；

（2）情感：在参与学习活动过程中，培养好奇心、求知欲，通过成功体验锻炼意志、增强自信心。