在 K-12 教育中利用人工智能

自1956年问世以来，人工智能（AI）已深刻改变了科学、技术和工业的各个领域。然而，由于高等教育是主要关注点，因此在基础教育中实施AI的讨论还不够多。

重要的是要记住，在小学中使用现代技术不仅仅是将平台或应用程序融入教学过程。通过强调课程设计和数字技能，人工智能（AI）彻底改变并改进了教学过程，在教室内外都带来了显著的变化。

然而，为了保护儿童的人权，必须考虑在小学层面创建和部署AI的伦理影响和限制。

K-12教育与人工智能（AI）

数字素养

数字素养是人工智能素养（AI素养）的来源，是理解AI在基础教育中作用的关键概念。

联合国教科文组织（UNESCO）将数字素养定义为“通过安全且相关地使用数字技术，获取、管理、理解、整合、沟通、评估和创建信息的能力”，这对于就业、体面劳动和创业至关重要。

AI素养

然而，人工智能素养是指能够通过使用AI工具、方法和框架，以经济可承受的方式与AI互动，并在各种社会文化背景下以符合伦理且有效的方式解决问题的能力。根据其他研究，它指的是那些能够通过这项技术进行批判性、有效地协作、沟通和评估的能力。

他们还指出，AI素养有三个关键组成部分：

• 了解这项技术的潜力。
• 将其应用于解决问题。
• 在多元文化环境中的应用。

为什么AI素养如此重要？

将AI素养作为一项伦理原则，凸显了培训儿童和青少年成为知识渊博的人的重要性，这样他们才能在日常生活中明智地决定如何使用AI。

根据一些研究，儿童从这项技术的素养中受益，因为它能促进他们发展的多个方面，包括心智理论、探究、创造力和情感，以及协作探究。此外，在早期学前教育中使用这项技术也取得了令人鼓舞的成果。

由于当前的技术进步，儿童除了成为终端消费者之外，还需要一种独特的教学方法。然而，一些研究指出，将AI融入课程面临挑战，因为它需要改变教学方法。此外，在这类小学环境中进行的研究还不多。

鉴于在基础教育中对AI素养日益增长的需求，许多努力都在呼吁在设计、教学基础、实施（即何时、何地、如何）、评估、目标、能力、教师培训和更新等方面“采取行动”。

人工智能促进协会（AAAI）和计算机科学教师协会（CSTA）合作创建了“AI的五大理念”倡议，其中包含在小学教授这项技术的建议。该项目概述了学生应该学习的关于机器人、AI和机器学习（ML）的内容。

SEAME模型是一个用于研究和基础教育分类AI学习资源的金字塔式概念和能力评级，是另一项努力。

为什么要用AI教学？

以下因素解释了为什么将AI融入基础教育是相关的：

• 为了在当今的数字环境中具备AI素养，每个人都必须了解这项技术的基本技能并能够使用其应用程序。
• 重要的是教孩子们如何使用、理解和评估其有用性。
• 孩子们应该能够理解其基本工作原理，特别是随着AI驱动的小工具在他们的日常生活中越来越普遍。
• 它已经对年轻一代的生活产生了影响。
• 它必须以安全有效的方式使用。
• AI需要一种新的思维方式。
• 这项技术提供的可能性可以使孩子们做出或加剧改变。
• 需要一支接受过人工智能培训的劳动力队伍。

如何使用AI进行教学？

如今，在教学活动中什么、如何以及何时使用这些界限已经模糊。AI集成的平台和应用程序并未包含所有必要的调整，以利用人工智能提高基础教育的质量。

根据多项研究，将这项技术融入学龄前儿童的玩具（如机器人和套件（用于编程））有助于幼儿早期发展AI素养。此外，PopBots、Teachable Machine、Jobo Robot、Anki Cosmo Bot、PlushPal、RoBoHon和PictoBlox是小学课堂上使用的AI工具。

通过AI游戏化（如“石头剪刀布”、有趣的活动和音乐），学生可以获得必要的支架来学习知识系统、监督式机器学习和生成式AI。他们还可以学习和识别人工智能及其伦理影响的基本概念。

为了将AI素养融入教学设计，必须考虑方法、内容、工具和课堂材料、评估以及其他因素。由于每个国家都有独特的教育和文化背景，因此没有通用的标准来以这种方式创建课程；但是，可以考察想法和建议，以开始制定一个技术、教学和战略计划，从而根据每个情况所需的标准和原则来提高教育质量。

一些作者的建议是，在K-12教育中教授AI，重点是科学和数学，包括：K-12 AI学习和教学、K-12 AI在STEM、语言艺术和社交科学教育中的整合、K-12面向教师和管理人员的AI专业发展，以及K-12 AI评估。

应该强调的是，为了让学生在数字时代全面发展，他们必须为理解AI的能力、局限性、应用和伦理考量打下坚实的基础。这与要求他们解决困难的术语或主题，或学习复杂的编程和机器学习不同。

入门级教学的挑战

尽管AI集成的课程看似简单，但实施起来却很困难。仅仅因为我们认为这是“创新”，就不应该忽视学习目标，或者使用这项技术来开展带有应用程序或平台的活动。

无论是否有AI，教学设计、策略、课程和技术都必须有其目的。必须避免“无限应用人工智能活动”的恶性循环，而这种活动缺乏学习意图。AI应该被视为一种工具，而不是替代品。

最大的挑战是：

1. 教师缺乏AI知识、技能、信心和态度。
2. 缺乏全面且完善的AI课程。
3. 关于如何使用AI实施正确教学过程的指导方针文档不完善。

应该强调的是，由于现代数字环境的需要，教育工作者和学生群体都需要掌握适用的技能，这使得问题更加复杂。

教师能力

下图显示了教师应考虑的一些能力。

学生能力

几个参照框架区分了儿童必须培养的特定能力。

数据解释、了解机器学习的功能和应用，以及区分通用人工智能和狭义人工智能的能力是值得注意的特定能力示例。

随着下一代进入一个截然不同的劳动力市场，技术素养比以往任何时候都更加重要，这都归功于人工智能。由于孩子们在日益技术先进的环境中长大，其中充斥着集成了人工智能的应用程序，我们需要考虑这些应用程序对他们的影响。这些影响包括过度和错误信息的负面影响、他们的数据使用（因为他们是未成年人），以及不适合年龄的推荐（例如，来自聊天机器人或类似应用程序）。

教师的福祉也必须被考虑在内，因为缺乏AI政策或指导方针、他们因数字技能不足而缺乏信心，以及缺乏或糟糕的健全且统一的课程。由于教育最高层缺乏规划或组织不力，这些可能会加剧而非改善教学质量，导致教师永久性倦怠。