ChatGPT对中小学开设人工智能课程的启示

2022年11月，OpenAI发布了生成式人工智能系统ChatGPT，其颠覆性的技术功能迅速引发社会各界的广泛关注，尤其是教育领域的专家学者们针对ChatGPT赋能教育教学、变革育人方式展开了激烈的讨论，相关研究也越来越丰富。而早在2017年7月，国务院印发的《新一代人工智能发展规划》中明确指出：“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。”[1]由此人工智能进学校上升为国家战略。面对ChatGPT带来的技术革新，中小学人工智能教育应如何开展、人工智能教育如何发挥培养创新型人才的重要作用？本文试图从基础教育一线教师视角，重新审视ChatGPT的研发历程及其取得成功的关键要素，并提出中小学开设人工智能教育课程的相关建议。一、OpenAI取得成功的关键要素自人工智能诞生之日起，人们就一直在试图运用计算机技术实现人类智能化，不论是早期的深蓝、沃森，还是之后的阿尔法狗，都循序渐进地从某种人类较为单一的智能领域入手，模仿并实现人类的部分专用智能，其本质上均属于ANI（Artificialnarrowintelligence：专用人工智能）的范畴。而作为人工智能皇冠上的宝珠AGI（Artificialgeneralintelligence：通用人工智能）一直以来都是专家们可望而不可即的，直至OpenAI研发出ChatGPT，标志着人类在通用人工智能领域取得了突破性进展。成功研发ChatGPT程序的是一家叫OpenAI的非营利组织，其成立于2015年，以推动人工智能技术发展，造福人类为目标，其初创团队甚至承诺开源自己的研究成果和相关技术。回顾OpenAI发展历程，不难看出，它的成功得益于以下几个关键要素：（一）目标坚定：始终以实现通用人工智能为目标OpenAI的创始团队以实现通用人工智能为目标，虽然困难重重，但这一目标自始至终没有改变，为坚守这一理想，OpenAI的初创团队决定采用非营利模式作为团队组织模式，以最大限度地保持初心，不受资本干扰，确保发展过程中的独立性，可以说，这种矢志不渝的坚定，是OpenAI在人工智能领域取得成功的理念特征。（二）跨界融通：集科研、工程和产品研发于一体OpenAI团队由一群顶尖的科学家和工程师组成，他们在人工智能算法、深度学习、自然语言处理等方面具有丰富的经验和专业知识。特别是ChatGPT之所以能够诞生，是因为OpenAI在研究前沿理论的同时，还同步将理论成果迅速应用于工程实践，甚至通过技术实践将其产品化商业化，这是一个跨界融通的组织，真正实现了从无到有，再到用的产学研一体化全流程创新。（三）开放包容：开源模式致力于全人类共同进步OpenAI创立的缘由之一，是创始人担心谷歌等公司在人工智能领域的技术垄断会对未来人工智能发展乃至人类发展产生不利的影响。因此，OpenAI在创立之初便承诺会开源和公布自身研究成果，虽然2019年OpenAI经历了组织架构调整，但是其开放包容的发展理念仍旧是其关键特征之一。OpenAI致力于促进人工智能技术的共享合作，积极与其他研究机构、企业开展合作，鼓励其他人共同参与到人工智能的研究和应用中来。这种开放合作的精神不仅促进了人工智能技术的发展，也为OpenAI赢得了广泛的支持和认可。（四）反共识：独创性是成功的结果更是其成功的原因OpenAI在研发ChatGPT过程中，采用了与过往完全相反的技术路径，这种反共识的独创性是OpenAI取得成功最明显的标志，也是最为重要的内因要素。过去通用智能的发展路径往往模仿或参照人类智能，即先从视觉开始，通过视觉的识别，慢慢学会推理，进而形成符号，再发展为语言，最终形成知识体系，获得通用智能。而OpenAI则不同，它先是利用GPT储存获得了大量知识，并以此为基础，打造一套被称为知识引擎的系统，再通过对系统喂送语料，进行反复调试，最终获得自然语言处理能力。卡内基梅隆大学计算机科学博士陆奇认为：“ChatGPT开辟了一种全新的人与数字世界的交互方式，为我们带来了一种有效且适用于任何场景的交互工具。”[2]二、当前我国中小学开设人工智能课程面临的主要问题以人工智能为代表的新一代智能技术的高速发展，预示着各国对创新型人才的需求日益渴求，特别是基础教育阶段，世界各国都开始重视人工智能教育，根据“联合国教科文组织的报告”（如表1所示），[3]目前全球有14个国家或地区在中小学阶段开设了人工智能相关课程。表1全球主要国家或地区开设人工智能相关课程情况我国中小学阶段的人工智能教育还处于起步阶段，目前在课程定位、课时安排、师资建设、资源利用等方面还存在诸多问题。（一）课程定位模糊不清中小学人工智能教育的定位模糊，是目前最核心的现实问题。人工智能作为一门学科，其知识覆盖面广且处于快速发展和自我创新阶段，很多关键问题还没有形成共识。中小学阶段实施人工智能教育有其必要性，但作为课程加以实施，缺乏适合学生学情和学校实际的切入点，特别是目前人工智能教育与创新人才培养的相互逻辑还没有完全打通，实施人工智能教育的目的不是单纯地传授技术知识和技能，而是要培育出类似OpenAI初创团队一样的创新型人才，即要拥有独立创新、开放包容、综合能力和社会责任感。此外，在基础教育阶段开展人工智能教育往往需要借助课程为载体，但目前缺乏政策指引，诸如课程性质、课程理念，课程目标等关键问题尚缺乏明确的界定，这种整体定位的模糊性导致人工智能教育在实施过程中“无根可循”，难以系统全面开展。（二）课程实施时间不足在我国目前三级课程体系下，人工智能课程的开展往往仅能借助选修课、社团课等零散时间，难以面向全员进行普及，课时得不到保障，实施就缺乏系统性和连续性，对高质量开展人工智能教育十分不利。同时，各地区情况千差万别，缺乏规范性制度，人工智能教育难以落实。（三）教学资源供给不力人工智能的学习内容有其特殊性，需要借助一定的智能硬件，通过实操体验，帮助学生建构知识结构和学科素养，而目前人工智能教学硬件缺乏较为科学规范的参数标准，学生的体验式项目化学习缺少有力的支撑。此外，教材、教案、学案、微课等教学资源相对不足，特别是可参照的高质量教学资源缺乏，教师在教学实施过程中急需科学有效的研究指引。（四）教师发展激励不够人工智能作为新兴研究领域，呼唤专业的教师队伍，但是基层学校没有人工智能教师岗位编制，教学任务往往需要由信息科技、科学、综合实践等相关学科教师兼任，这就存在教师专业培养及专业发展的两难问题——在专业培养方面，其他学科教师往往需要花费大量精力去学习，才能具备人工智能课程执教能力。而专业发展方面，目前缺乏相关政策支持，教师兼岗发展存在顾虑，转岗发展更是缺乏积极性。三、中小学开设人工智能课程的思考与建议《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》明确了信息科技“基础性、综合性、实践性”的课程性质及其国家课程定位。同时，提出了人工智能、数据、算法等6大逻辑主线和内容模块。可以说，新课标背景下，人工智能已经成为信息科技的时代线索和关键内容，承担着落实培养信息科技学科素养的重要任务。也可以说，数字时代信息科技的一项重要任务就是通过体验、了解、学习、理解为代表的新一代智能技术，培养未来智能社会创新型人才。但是，中小学开展人工智能教育，如果仅仅依托信息科技课程，通过在传统微机室里听教师讲解演示，观看微课，探究自主学习，并利用电脑进行简单操作的学习模式，对于学习人工智能相关内容来说，是非常不现实的，更是不科学的。学生需要通过大量的实操体验才能建构起对人工智能的科学认知，并真正理解人工智能相关概念，最终逐步形成智能素养。这恰恰与“具身认知”理论的教育观念相切合。“具身认知”（embodiedcognition），也有学者翻译为“涉身认知”。[4]其核心含义主要是指人的身体在认知过程中发挥了非常关键的作用；认知是通过身体的体验及其行为方式而形成的。[5]传统认知心理学，坚守身心二元论的观点，身体对认知的作用往往被忽视，但是具身认知理论认为，身体的体验对认知也发挥着重要的作用，或者说，生理与心理之间有着明显且强烈的关联，生理体验能够激发心理认知。2023年5月，教育部办公厅印发的《基础教育课程教学改革深化行动方案》明确指出：“推动地方加强中小学实验室建设，支持探索建设学科功能教室、综合实验室、创新实验室、教育创客空间等，开展教学装备配备达标率、使用率监测，保障实验教学正常开展。遴选一批富有特色的高水平科学教育和人工智能教育中小学基地。”可以说，在政策和学术的双重支持下，当前中小学迫切需要拥有一间与过往传统微机教室相比，更加全面、更加智能的“信息科技教室”。综上，面对人工智能教育在中小学实施过程中的诸多问题，结合人工智能教育自身特点及当前最新政策理论的指引，笔者建议，应基于“具身认知”理念，从三大核心维度9项关键领域入手（如图1所示），以培养学生“执着钻研、跨界综合、开放包容、创新实践”等素养能力为目标，将人工智能教育明确为信息科技实验课程，以此推动人工智能教育在中小学的高质量开展。图1基于具身认知理论的中小学人工智能教育实施模式（一）明确定位，系统推进落实结合人工智能需要实操体验的特点，将人工智能教育定位成信息科技实验课，从课程体系上从属于信息科技课程，从而得到课时、课标等相关政策保障；在授课内容方面，要关注人工智能与信息科技课程其他主线的逻辑关系，在部分学段或年级将人工智能作为时代性特色内容，加以突出体现；而在另外一些学段或年级，则要进一步规划好各个信息科技内容模块的授课内容，进而实现信息科技课程的“智能化升级”。这需要各地区、各学校，结合自身实际，组织教研人员和教师，依据《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》制定明确的区本化、校本化课程实施方案，进一步理清人工智能、信息科技和实验课三者之间的相互关系，明确相关课时和内容安排，统筹开展实施信息科技课程。（二）加强培训，激发研究活力以实现信息科技教师队伍智能升级为目标，以信息科技教师为主要团队，基于具身认知理论，组建人工智能教师工作坊，通过创意工坊的形式，打破原有讲座式培训的藩篱，结合实验室智能设备的具身体验和项目化实操，让教师既当学生又当教师，优化培训内容设计，让培训内容可以直接成为后期教师课堂上的授课内容，让教师在培训中学会上课，切实提升教师的人工智能执教能力。同时，各级教研员要带头上示范课、引领课，通过课例展示的形式，让教师直观感受人工智能暨信息科技实验课应如何上。同步开展优秀课例研磨，积累过程性教学资源，汇聚编纂数字化教案、学案、课件、微课等教材资源，设立相关评优评先奖项，充分激发教师研究活力，实现教师团队专业化发展的良性循环。（三）具身学习，夯实数字素养基于具身认知的人工智能学习，需要搭建一座能够充分支撑学生动手实操、具身体验的智能学习环境暨智能化的信息科技实验室。这就需要各地区结合自身实际，依据《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》，结合当前主流智能学习设备的主要技术参数，从丰富师生具身学习体验的角度，研究制定信息科技实验室建设标准，并开展信息科技微机室升级或信息科技实验室建设，进而夯实硬件环境基础。此外，学生的具身认知需要以项目化学习的形式开展，需要为学生量身打造既能落实