當前，以ChatGPT為代表的生成式通用大語言模型對教育生態產生了變革性影響，也對人才培養提出了新的要求。2019年，浦東新區入選教yu部基于教學改革、融合信息技術的新型教與學模式實驗區，其實驗內容之一是區域推進面向計算思維培養的人工智能與編程教育；2022年，入選第一批央館人工智能課程規模化應用試點區；從2022年底開始，浦東新區在全區100所小學、初中開展人工智能與編程教育。浦東新區將學生人工智能素養提升作為主要目標，通過三大子目標并行驅動該目標的達成：一是形成區域推進人工智能教育新生態，二是構建中小學人工智能與編程教育教學新模式，三是探索人工智能素養新評價。
浦東新區推進人工智能素養導向的中小學人工智能教育的整體思路是，首先研究確定中小學人工智能素養的內涵、目標和相應的學習內容；再基于學習內容選購多家企業合適的人工智能硬件產品、人工智能教學平臺與編程平臺，匯聚多家企業的人工智能教與學資源；基于上述基礎支撐要素，思考、探索與構建人工智能和編程教育新模式以及測評新方式。具體內容如下：
第一，研究確定中小學生人工智能素養內涵。研究了國際、國內關于人工智能素養方面的相關研究成果，確定了中小學生人工智能素養包括人工智能意識、知識、能力、思維和態度倫理。其中，特別關注學生應用人工智能來解決問題的能力，強調以計算思維為主的各種思維培養，并且進一步強化新一代人工智能技術背景下，學生對人工智能相關原理、技術的學習，使其形成合理、合規、合法、安全地使用人工智能的意識。
第二，設計與完善人工智能課程學習內容。設置基礎進階拓展三類課程學習內容，小學涵蓋生活中的人工智能有趣的數據神奇的算法人機對話等九大學習主題，初中涵蓋圖像識別智能語音等十大學習主題，并隨著新一代人工智能發展不斷進行迭代優化。隨著ChatGPT等大語言模型等的出現，小學將進一步強化對話生存能力和語言理解能力的認識，初中將更加強調對生成式AI的理解以及如何更好地使用。
第三，區域統一選購人工智能學習內容配套硬件設施。我區確定了100所實驗校（包括50所初中和50所小學），在100所實驗校中遴選30所進階校，并確定了六類實驗中心。在此基礎上，我區統一選購了人工智能學習的配套硬件。其中，小學基礎包括人形機器人和教學/學習平板，能融合人工智能核心技術，讓機器人完成指定的場景任務；小學進階提供拼搭模塊、開發板等各類傳感器，學生可利用語音合成、人臉識別等人工智能技術來開發一些簡單的人工智能應用項目。初中基礎硬件包括象棋機器人和車型機器人，初中進階則涵蓋各類可用于開展人工智能應用實踐的教育實驗箱。
第四，區域統一選購、整合與優化人工智能教育的軟件平臺和數字資源。人工智能和編程教育需要有相應的教學平臺和軟件編程平臺。我區統一選購了小學教學平臺、初中教學平臺以及編程平臺，用以支持教師人工智能備授課以及學生人工智能體驗、理解、實踐和探索。構建了人工智能基礎支撐平臺，實現對學生學習數據的匯聚、分析與評價。同時，選購與定期打磨人工智能與編程教育的數字資源。一方面針對每個學習主題選購了合適的感知類、互動體驗類、理解類、動手實驗/驗證類資源；另一方面組織中心組教師和專家為學校教師打磨和提供相應的教學課件、教學設計和學習任務單等。
第五，研究構建素養導向的體驗理解實踐教學模式。基于人工智能軟硬件、平臺、資源，我區進一步研究構建素養導向的體驗理解實踐教學模式。例如學習計算機視覺人臉識別，首先可以通過軟硬件平臺體驗計算機視覺的功能和作用，再通過驗證類資源或者教師講解來進一步理解計算機視覺的簡單原理和技術思想。在初步構建的教學模式基礎上，學校可以進行個性化的優化與調整。
第六，研究與探索多模態數據融合的學生人工智能素養評價。將人工智能素養內涵細化成具體的指標體系，通過設計各類數據埋點，記錄并采集學生編程軌跡數據、真實情境測評數據、人工智能課堂參與數據等多模態數據，并通過多種方式進行數據建模與分析，基于數據分析結果進一步反哺人工智能教學設計和實踐，實現以評促教的教育目標。
為了更深入地開展素養導向的中小學人工智能教育，浦東新區2020年起關注人工智能教師隊伍建設，研究中小學人工智能學科教師勝任力模型，開展教師勝任力調查。基于前期調查情況，分批次分層次開展了系列教師培訓。從2020年開始設計并開展一系列中小學人工智能教育相關的課題研究，其中面向計算思維的初中人工智能教育的實踐研究立項為2020年上海市教育科研一般項目，區域中小學人工智能教育生態構建研究立項為2021年上海市教育科研一般項目，基于多模態數據融合的中小學人工智能素養評價研究立項為2024年上海市教育科研一般項目。從2022年底開始全面推進100所中小學的人工智能教育實踐，帶著研究課題開展實踐，在實踐基礎上不斷研究。到目前為止，團隊中教師已經撰寫并公開發表相關論文近20篇，數十個學校人工智能教育案例在上海市與全國的相關評比活動中獲獎。本書就是在中小學人工智能教育相關課題研究、教師培訓、教學實踐的基礎上提煉形成。
1第一章 中小學人工智能教育的驅動因素與生態
第一節 人工智能教育進入中小學是時代命題 / 3
一、 智能社會人才培養的需求驅動 / 3
二、 國家人工智能教育政策持續發力 / 5
三、 學生保持自身競爭力的必要儲備 / 6
第二節 中小學人工智能教育的發展及生態研究 / 7
一、 國內外中小學人工智能教育的發展 / 8
二、 中小學人工智能教育生態研究現狀 / 10
三、 中小學人工智能教育發展面臨的挑戰 / 17
四、 對中小學人工智能教育生態構筑的啟示 / 19
第三節 中小學人工智能教育的影響因素分析 / 21
一、 研究方法介紹 / 22
二、 中小學人工智能教育影響因素ISM模型構建 / 23
三、 中小學人工智能教育影響因素ISM模型分析 / 28
第四節 中小學人工智能教育生態系統的構筑 / 31
一、 生態學理論與區域中小學人工智能教育的關系 / 31
二、 區域中小學人工智能教育生態構筑的理論依據 / 32
三、 區域中小學人工智能教育生態系統1.0模型 / 34
四、 區域中小學人工智能教育生態系統2.0模型 / 35
五、 區域中小學人工智能教育生態系統3.0模型 / 36
39第二章 中小學生人工智能素養的內涵
第一節人工智能素養提出的背景與意義 / 41
一、 核心素養背景下的人工智能素養 / 41
二、 人工智能素養提出的價值意蘊 / 42
第二節 中小學生人工智能素養的內涵解讀 / 44
一、 信息技術素養的歷史衍化 / 44
二、 素養相關概念的對比辨析 / 45
三、 人工智能素養的概念界定 / 47
第三節 中小學生人工智能素養框架的比較分析 / 48
第四節 中小學生人工智能素養的結構模型 / 52
一、 分析視角：勝任素質模型的適切性 / 52
二、 模型構建：基于洋蔥模型的人工智能素養模型 / 53
61第三章 生成式人工智能背景下的中小學人工智能課程內容
第一節 國內外中小學生人工智能課程內容的現狀 / 63
一、 國外中小學人工智能課程內容現狀與分析 / 63
二、 國內中小學人工智能課程內容現狀與分析 / 64
第二節 中小學人工智能課程內容設計原則 / 73
一、 中小學人工智能課程內容設計原則 / 75
二、 中小學人工智能課程內容設計 / 80
第三節 中小學人工智能課程的內容模塊與示例 / 83
一、 中小學人工智能課程的內容模塊 / 83
二、 中小學人工智能課程的內容示例 / 88
101第四章 中小學人工智能教與學平臺設計與實現
第一節 中小學人工智能教與學平臺現狀 / 103
一、 國內外中小學人工智能教與學平臺建設現狀 / 103
二、 國內外中小學人工智能教與學平臺應用現狀 / 103
三、 當前中小學人工智能教與學平臺存在的主要問題 / 105
第二節 中小學人工智能教與學平臺的功能定位 / 106
一、 提供人工智能感知和體驗的工具 / 106
二、 提供人工智能編程和實踐的環境 / 106
三、 提供豐富優質的人工智能資源包 / 107
四、 模擬臨場感的雙師課堂直播教學 / 107
五、 記錄師生教與學行為及結果數據 / 107
第三節 中小學人工智能教與學平臺的模塊設計 / 108
一、 人工智能教與學模塊 / 108
二、 編程模塊 / 113
三、 統一管理模塊 / 116
第四節 中小學人工智能教與學平臺的功能實現 / 118
一、 人工智能教與學模塊 / 118
二、 編程模塊 / 124
三、 統一管理模塊 / 125
127第五章 中小學人工智能課程資源設計與應用
第一節 中小學人工智能課程資源的研究現狀 / 129
一、 國內外中小學人工智能課程資源發展現狀 / 129
二、 我國中小學人工智能課程資源面臨的問題 / 132
三、 素養導向的中小學人工智能課程資源的思考 / 133
第二節 素養導向的中小學人工智能課程資源的設計 / 135
一、 理論基礎：心流理論 / 135
二、 基于心流理論的人工智能課程資源設計思路 / 136
第三節 素養導向的中小學人工智能課程資源的應用 / 139
一、 理論基礎：體驗學習圈 / 140
二、 基于體驗學習圈的人工智能課程資源應用教學流程 / 141
第四節 素養導向的中小學人工智能課程資源實踐案例 / 143
一、 人工智能課程資源教學應用案例 / 143
二、 人工智能課程資源教學應用反思 / 146
149第六章 素養導向的中小學人工智能教學模式
第一節 國內外中小學人工智能教學的研究現狀 / 151
一、 國外中小學人工智能教育教學開展情況 / 151
二、 我國中小學人工智能教育飛速發展 / 152
三、 人工智能教學的挑戰與趨勢 / 155
第二節 人工智能教學模式的理論基礎 / 156
一、 教學模式的內涵 / 157
二、 人工智能教學的特點 / 158
三、 支撐人工智能教學模式的教學理論 / 158
第三節 素養導向的中小學人工智能教學模式構建 / 161
一、 人工智能游戲化教學 / 162
二、 人工智能項目化學習 / 164
三、 人工智能課程體驗式學習 / 169
第四節 素養導向的中小學人工智能教學效果分析 / 175
一、 多元化的教學效果評估方法 / 176
二、 素養導向的中小學人工智能教學效果分析 / 179
181第七章 素養導向的中小學人工智能教學實踐案例與經驗分享
第一節 小學人工智能教學實踐案例 / 183
教學案例一：走進大數據 / 183
教學案例二：有趣的大語言模型 / 186
教學案例三：圖像識別識別車牌號碼 / 192
教學案例四：小小翻譯家 / 195
第二節 小學人工智能教學經驗分享 / 197
經驗分享一：基于項目化學習的小學人工智能教學實踐研究以車牌識別為例 / 197
經驗分享二：基于項目活動的小學人工智能教育的設計與實踐 / 204
經驗分享三：分層教學模式在小學人工智能課程教學中的應用思考 / 211
經驗分享四：基于EDIPT模型的小學人工智能教學設計與實踐 / 217
第三節 初中人工智能教學實踐案例 / 223
教學案例一：貓兔識別機機器學習 / 223
教學案例二：人工智能初體驗 / 228
教學案例三：智能推薦系統初探 / 233
教學案例四：機器學習初探 / 238
第四節 初中人工智能教學經驗分享 / 242
經驗分享一：入境生問實踐啟智以人工智能教學第一課看得見的人工智能為例 / 242
經驗分享二：人工智能進課堂，讓深度學習自然發生 / 249
經驗分享三：開展深度教研，優化人工智能課堂活動以助老分藥智能機器人教研活動為例 / 258
265第八章 中小學生人工智能素養的測評
第一節 國內外中小學生人工智能素養測評的研究現狀 / 267
一、 中小學生人工智能素養測評內容的現狀與分析 / 267
二、 中小學生人工智能素養測評工具現狀與分析 / 270
三、 關于中小學生人工智能素養測評的思考 / 272
第二節 中小學生人工智能素養測評設計 / 275
一、 理論基礎 / 275
二、 中小學生人工智能素養測評框架構建 / 277
三、 學生模型：中小學生人工智能素養測評目標 / 278
四、 證據模型：中小學生人工智能素養測評依據 / 280
五、 任務模型：中小學生人工智能素養測評任務 / 287
第三節 中小學生人工智能素養測評的實施 / 292
一、 中小學生人工智能素養測評的實施路徑 / 292
二、 基于人工智能教學平臺的學生人工智能素養測評 / 294
第四節 中小學生人工智能素養測評的效果分析 / 297
一、 中小學生人工智能素養起點水平診斷 / 297
二、 人工智能教育對學生計算思維發展的效果評價 / 299
307第九章 中小學教師人工智能教學勝任力
第一節 國內外教師人工智能教學勝任力的研究現狀 / 309
第二節 中小學教師人工智能教學勝任力的構成要素 / 310
一、 中小學教師人工智能教學勝任力構成要素分析框架 / 310
二、 中小學教師人工智能教學勝任指標分析 / 311
三、 中小學教師人工智能教學勝任力模型構建 / 315
四、 中小學教師人工智能教學勝任力內容 / 317
第三節 中小學教師人工智能教學勝任力的挑戰 / 321
一、 知識：教師需要具備人工智能相關知識 / 322
二、 能力：教師需要具備利用人工智能解決問題的能力 / 322
三、 意識：教師需要具備激發學生人工智能興趣的意識 / 322
四、 價值觀：教師需要具備遵守人工智能開發應用的法律法規和倫理道德的價值觀 / 322
第四節 中小學教師人工智能教學勝任力的培養策略 / 323
一、 系統開展教師的職前職后一體化培養 / 323
二、 優化完善教師勝任力提升的外在支持 / 323
三、 鼓勵推動教師的內驅性專業發展 / 324
327第十章 生成式人工智能在中小學人工智能教育中的應用與影響
第一節 生成式人工智能概述 / 329
第二節 生成式人工智能背景下的中小學生人工智能素養 / 330
第三節 生成式人工智能對中小學人工智能教育的影響 / 331
第四節 生成式人工智能對教師教學勝任力的影響 / 337
第五節 生成式人工智能背景下的倫理與責任教育 / 338
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