刘国伟1，3，任美睿1，杨 洁2，郭龙江1

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引 言

2017 年国务院印发《新一代人工智能发展规划》（下称《规划》），明确提出应在中小学阶段设置人工智能相关课程，完善课程方案和课程标准，以适应时代发展所需[1]。2018 年《教育信息化 2.0 行动计划》中提到“加强学生信息素养培育，完善课程方案和课程标准，充分适应信息时代、智能时代发展需要的人工智能和编程课程内容”[2]。2023 年，ChatGPT、Bard、文心一言等超大型人工智能语言对话模型横空出世，再一次将人们学习人工智能的浪潮推向顶峰[3]。中国发展人工智能教育的首要任务在于落实《规划》中对青少年群体普及人工智能教育的要求。在中小学阶段，我们仍面临课程标准不统一、师资力量匮乏、政策在“最后一公里”落实不到位等问题。STEAM 教育在国内外发展已较为成熟，它与人工智能教育在目标导向和学科交叉融合上高度一致，存在紧密的内在联系，能够有效弥补当前人工智能教育中的不足。因此，开展基于 STEAM 教育的中小学人工智能教育是解决上述问题的重要途径。

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中小学人工智能教育现状

随着信息技术和人工智能技术的快速发展，人类社会正在快速步入一个崭新的智能时代。《规划》主张大力发展人工智能产业，提出要“广泛开展人工智能科普活动，在中小学设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”。这是我国首次将中小学人工智能、编程教育写入政府决策。2018 年初，教育部颁布《普通高中信息技术课程标准（2017 年版）》，更新了高中信息技术课程内容，着重强调了对学生计算思维能力的培养。2022 年印发《义务教育信息科技课程标准》，将“信息技术”更名为“信息科技”，并纳入必修，尤为重视核心素养的培养。课程标准的改革对推动中小学人工智能教育的发展有着举足轻重的作用。

上述支持性政策、课程标准的发布有利于推动中小学人工智能教育的普及与发展，激励青少年树立远大志向，拓宽科学视野，投身创新实践，从而为中国科技自主创新能力的增强培养坚实的后备人才。与此同时，国内中小学人工智能教育也面临一些挑战：目前的人工智能教育主要是在原有信息技术课程中增加了“人工智能初步”模块，并未对人工智能教育做出系统性规划；从课程实施看，人工智能教育当前主要依托信息技术课程、STEAM 课程和创客课程开展，虽然有些学校开设了不同专题的人工智能课程，但是这些课程是碎片化的，缺少统一、完善的中小学人工智能教育课程标准，缺乏对学生意识、方法、能力、目标的系统性规划设计[4]；从师资能力看，表现出教学资源匮乏、师资力量不足；从培养模式看，许多学校过于倾向功利性比赛，重知识和技能的灌输而忽略了计算思维和创造力的培养等。

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STEAM 教育的基本理念和核心特点

STEAM教育是整合科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）、艺术（Art）和数学（Mathematics）多领域知识的综合教育方式，它强调学科的融合性、多元性与包容性，希望打破学科领域的边界，注重思维能力的锻炼，同时培养学生发现问题，并基于科学、技术、工程、艺术、数学多学科解决问题的能力。

2014 年左右，STEAM 教育的理念引入我国。2016 年《中国学生发展核心素养》发布，其核心在于培养“全面发展的人”，这与 STEAM 教育理念不谋而合，STEAM 教育开始受到各级学校和教育部门的重视[5]。2016 年 6 月，教育部颁发《教育信息化“十三五”规划》，强调要积极探索将信息技术融入 STEAM 教育的具体应用，提高学生的信息素养、创新意识和创新能力[6]。2019 年发布的《中国教育现代化 2035》提到“加大应用型、复合型、技术技能型人才培养比重”，引起新一轮 STEAM 教育热潮[7]。2024 年 1 月教育部部长怀进鹏在世界数字教育大会上强调要“着力扩大资源供给，重点增加STEM教育、数字科技、美育、劳动教育等课程资源”[8]。虽然目前并没有专门针对 STEAM 教育的法规，但是其在各种场合和文件中被提及的频率越来越高，已经成为我国创新教育改革的重要方向。在结合有关学者针对 STEAM 教育内涵、教学本质的研究理论基础上，将 STEAM 教育的核心特点总结为以下 3 点。

（1）学科融合、实践创新。学科融合涉及学科间互相借鉴转换，搭建沟通桥梁合作解决问题，发展综合理论，并在学科交叉领域中探索新领域等[9]。在信息科技的引领下，学科融合并非简单地将各个学科内容整合在一起，而是更注重将各个学科不同的实践过程和精神内涵相融合，从而真正集众学科之所长，全方位培养学生的实践能力和创新精神。

（2）情境导向、问题解决。STEAM 教育注重以真实情境作为学生成果展示、学习兴趣激发、心理素质提升的重要载体，主要通过构建思维架构引导学习者从真实情境出发，以主动学习和合作学习的方式探究人工智能问题，鼓励学生进行知识迁移和拓展，优化智能项目，融入人文艺术因素，创造性地解决问题、完成任务。

（3）技术赋能、以人为本[10]。STEAM 教育依托信息科技，特别是 5G、大数据、人工智能、XR、区块链等前沿技术，这些技术正持续赋能 STEAM 教育高速发展，但 STEAM 教育并非技术的生硬堆叠，而是强调以学生为中心，充分考虑学生个体差异，做到因材施教，为学生构建更具真实性、体验性、交互性的虚实融合的学习情境，助力学生个性化学习。

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融合 STEAM 教育的中小学人工智能教育模式

在中小学阶段，融合 STEAM 教育的中小学人工智能教育主要依托信息科技、技术类课程开展。STEAM 教育和人工智能教育都以知识建构理论为基础[11]，具有一致的价值追求，中小学技术类课程标准的基础理念体现了 STEAM 教育的学科融合、实践创新，问题解决、情境导向、技术赋能、以人为本等特征，在此基础上构建了基于 STEAM 教育的人工智能教育认知学习路径：小学阶段以体验人工智能应用为主，培养认知基础→初中阶段灵活运用开源工具开展学习实践→高中阶段深入技术原理的背后了解智能观念和产品思维，并应用于解决实际问题。

借鉴清华大学的 AI 特色教学理念，结合教学实践总结得到图 1 所示的中小学人工智能教育模式，该模式主要围绕素养+能力导向性学习内容、引领性学习主题情境、持续性学习评价、挑战性学习活动 4 方面展开教学，最终实现相应的培养目标。基于图 1 的人工智能教育模式，在参考文献[12]中的教育模式、华东师大提出的人工智能标准的基础上，构建融合 STEAM 教育的中小学人工智能教育模型（如图 2 所示），主要思想为依靠人工智能知识结构作为输入，将 STEAM 教育理念的学科融合、实践创新，情境导向、问题解决，技术赋能、以人为本 3 个维度作为支撑，构建“AI+STEAM”教育融合模型，从知识路径、能力路径、伦理路径3条路径[13]出发培养智能时代学生的人工智能素养。

1）知识路径：设定学习目标，搭建支撑环境。

设计合理有效的学习目标是迈向教学成功的第一步。人工智能教学的最终学习目标是培养多层次、具有人工智能素养的专业人才，但在实际教学中要依据人工智能教育评价标准落实到具体的知识点上，如了解人工智能发展的阶段特点和历史趋势，以及能够探究运用智能工具改善学习和生活的新方式。

搭建支撑环境主要包含策划教学准备、确定融合比重两个任务。前者依据教学目标和创设的项目情境规划具体的人工智能课程内容，如构建逻辑体系、准备教学工具等。后者是本模型的特色内容，即将人工智能教学课程内容与其他学科进行知识融合，建立认知基础，帮助学生实现跨学科认知迁移。

2）能力路径：创设项目情境，设计教学活动。

创设项目情境的核心是在 STEAM 教育的任务背景下，学生在教师的引导下发现问题，创建符合人工智能素养解决问题的一般流程和学生认知水平的项目情境。项目情境应着重考虑学生的实际生活和兴趣爱好，提高学生的学习兴趣和课堂参与度。

教学活动设计上承学习目标，下启评价任务，以“学”为中心，赋能“AI+STEAM”课堂，重视发散学生思维，培养学生举一反三、迁移运用、自主学习的核心素养；同时应遵循维果斯基的最近发展区理论，结合创设的项目情境设计略微超出学生现有认知能力的活动任务，既能调动学生的挑战兴趣，又能促进学生知识建构和素养提升。

3）伦理路径：开展多元评价。

本阶段确立的评价任务呼应学习目标和教学活动设计中的活动任务，引导学生依据活动评价表开展组内自评、组间互评，教师评价时不仅关注学生是否完成了预设的学习目标，还注重对学生人生观、世界观、价值观的塑造，引导学生积极面对人工智能伦理问题和道德安全挑战。

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4.1设定学习目标

4.2搭建支撑环境

4.3创设项目情境

4.4设计教学活动

4.5开展多元评价

多元化评价体现在评价指标、评价主体和评价方式的多元性上，同时聚焦于学生是否完成了本节课设定的学习目标和活动任务，主要包括结合学习论坛讨论区进行的项目导学单，学生自评、互评，结合小组展示效果和在线小测的教师过程性评价，以及基于课程问卷量化学生整体学习情况。

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结语

参考文献：

[1] 周洁, 蔡燃, 宋伟, 等. 中小学人工智能教育的开展困境与实施路径探究[J]. 计算机教育, 2022(7): 7-11.

[2] 梁云真, 刘瑞星, 高思圆. 中小学“人工智能+X”跨学科融合教学: 理论框架与实践策略[J]. 电化教育研究, 2022, 43(10): 94-101.

[3] 刘骥, 丘霖. 生成式人工智能嵌入教育应用的风险生成及其规制[J]. 现代远距离教育, 2024(4): 12-19.

[4] 张丹, 崔光佐. 中小学阶段的人工智能教育研究[J]. 现代教育技术, 2020, 30(1): 39-44.

[5] 人民网.《中国学生发展核心素养》发布[EB/OL]. (2016-09-14)[2024-08-31].

[6] 中华人民共和国教育部. 关于印发《教育信息化“十三五”规划》的通知[EB/OL]. (2016-06-07)[2024-08-31].

[7] 张辉蓉, 冉彦桃. STEAM 教育理念落地: 数学文化项目学习模式构建及案例开发[J]. 中国电化教育, 2020(7): 97-103.

[8] 中华人民共和国教育部. 教育部部长怀进鹏在 2024 世界数字教育大会上的主旨演讲: 携手推动数字教育应用、共享与创新[EB/OL]. (2024-02-01)[2024-10-08].

[9] 高裴裴, 张伟刚, 赵宏. 学科融合语境下的研究性学习模式探索[J]. 计算机教育, 2022(11): 108-113.

[10] 袁磊, 雷敏, 徐济远. 技术赋能、以人为本的智能教育生态: 内涵、特征与建设路径[J]. 开放教育研究, 2023, 29(2): 74-80.

[11] 朱立明, 宋乃庆, 黄瑾, 等. STEAM 教育核心理念下的深度学习: 理据、架构与路径[J]. 中国教育学刊, 2022(1): 69-73.

[12] 李天宇. 基于 STEAM 教育的中小学人工智能教育研究: 以“机器会思考吗”一课为例[J]. 现代教育技术, 2021, 31(1): 90-97.

[13] 张银荣, 杨刚, 徐佳艳, 等. 人工智能素养模型构建及其实施路径[J]. 现代教育技术, 2022, 32(3): 42-50.