《青少年编程能力等级 第5部分：人工智能编程》标准解读

具备编程能力使青少年能够参与和推动人工智能技术的发展，为未来的职业发展打下坚实基础。此外，编程培养青少年的创造力和问题解决能力，通过抽象思维和迭代过程，他们能够开发创新应用和解决实际问题。人工智能编程还培养青少年的数据思维和科学素养，使他们能够处理和分析大量数据，提取有用信息。这些能力将提高他们的逻辑思维、批判性思维和决策能力。总之，培养青少年的编程能力，特别是人工智能编程能力，不仅为就业竞争提供优势，还培养创造力、问题解决能力、数据思维和科学素养，使他们能够积极应对信息技术和人工智能的挑战。”以上这段文字是 ChatGPT 针对作者的提问“在信息技术高速发展及人工智能普遍应用的时代，请你谈一谈培养青少年的编程能力特别是人工智能编程能力具有怎样的作用和意义”的回答内容。这个案例只是人工智能技术在日常生活和工作中的微小渗透，但是足以说明在人工智能应用形成颠覆性变革的时代，对青少年开展人工智能编程教育的重要性和紧迫性。

近年来，人工智能的需求和发展推动编程教育走向更多青少年，同时培养科技自主创新后备力量得到社会广泛关注。然而，青少年人工智能编程教育存在目标指引缺乏、评价指标不科学、培训内容良莠不齐等问题，迫切需要按照青少年的学习认知规律，通过规范教学内容和教学环境来引领行业有序发展，形成有效的知识和能力兼顾、计算思维和创造性思维并重的人才培养模式。因此团体标准《青少年编程能力等级 第 5 部分：人工智 能编程》于 2022 年 5 月正式发布，该标准的发布为推动青少年人工智能编程教育的科学化、规范化和可持续发展，为中小学、教育机构的青少年人工智能编程提供了统一的规范。

自 21 世纪初，世界多个国家逐渐认识到编程思维培养的重要性，并将相关的教育向基础教育阶段下沉。

在欧洲，2013 年英国宣布对全国中小学教学大纲进行改革，将“计算科学”（ Computing ）列为英国小学阶段的必修课程，并且规定学生从5岁开始接受编程教育[1]；2014 年，欧洲委员会正式在欧洲推行“编程周”（ Code Week ）活动[2]，欧盟各国陆续将编程纳入中小学课程大纲。

在北美洲，美国政府于 2016 年宣布投资 40 亿美元用于推广计算机科学，提高区域的 K-12 计算机科学教育发展[3]；2017 年，加拿大从幼儿园开始到高中的学生需要学习电脑软件编程和其他数字技能。

在亚洲，韩国于 2016 年将编程纳入教学大纲，并提出将在 2020 年开展一年级至初三的编程教育；同年，澳大利亚将编程教育引入了全国必修课程中[4-5]；2017 年，日本文部科学省发布《新一期学习指导要领解说》，提出到 2020 年小学必须确保为学生提供计算机编程学习机会，到 2021 年初中必须提供计算机编程课程内容。

我国自2017年以来加大编程教育和人工智能教育供给[6]，推动编程思维、人工智能与教育教学的深度融合。在一系列相关政策中，以下政策对青少年人工智能教育的推动起到了关键作用。

首先，2017 年 7 月，国务院印发了《新一代人工智能发展规划》，重磅启动青少年人工智能教育工作。规划提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。2018 年 9 月，教育部印发《中小学信息技术课程标准》，明确编程教育在信息技术教学中的地位，要求在初中阶段开始设置编程教育课程，并将人工智能相关知识融入信息技术课程。2020 年 1 月，教育部印发《中小学人工智能教育实施方案（ 2020—2022 年）》，提出在中小学阶段普及人工智能基础知识，加强人工智能教育教学研究，推进人工智能教材编写和师资培训。

我们可以把人工智能教育活动分为 3 个层次，即基础教育中的人工智能活动、高校人工智能学科交叉教育以及人工智能高端人才培育，如图 1 所示。基础教育阶段旨在为儿童和青少年打下身体发展、人格发展、学力发展和社会发展的基础，因此人工智能作为青少年学习的内容载体和路径形式，最终的目标应是让学生掌握基本原理、问题解决的思路与方法，培养批判性思维的科学精神及学习兴趣。

       首先，人工智能基础教育是应对未来社会发展的必然选择和要求。人工智能被视为影响第四次工业革命和教育革命的标志性技术，人工智能基础教育的重要性也已成为社会共识。其次，青少年人工智能教育核心是建立正确价值观。青少年处在世界观形成的关键时期，面对人工智能普及的冲击，青少年人工智能教育将有助于建立青少年在人工智能应用中的道德行为规范。第三，人工智能技术的核心思想是“迭代”和“试错”，因此青少年学习人工智能有助于实现思维方式的改变[7]。最后，通过青少年人工智能教育达到青少年与人工智能技术相得益彰的目标，青少年能够科学地、积极地、正确地、安全地利用人工智能技术。

本标准研制的目的是通过规定循序渐进的能力目标，规范青少年人工智能编程教育的课程建设、教材建设与能力测试。本标准用于青少年人工智能技术素养与技能提升，旨在帮助青少年通过人工智能编程，了解人工智能的特点与应用范围，理解大数据、算力与算法对人工智能技术的支撑作用，体验人工智能在相关领域的应用，初步掌握青少年人工智能编程的基础知识和基本方法。本标准的实施具有以下意义。

（1）有助于推动我国青少年人工智能教育的发展，培养更多的人工智能人才。

（2）有助于规范人工智能编程培训，确保培训内容和质量的合理性和有效性，提高培训效果。

（3）有助于促进青少年编程素质的提高，培养青少年的创新精神和实践能力。

（4）有助于促进人工智能竞赛的发展，提高竞赛的规范性和公正性，鼓励更多的青少年参与人工智能竞赛中；为人工智能编程能力的评估提供参考标准，促进评估的规范性和公正性。

本标准遵循青少年认知发展特点，按照人工智能教育阶段，将青少年人工智能编程能力划分为 4 个等级，一级到四级培养能力逐渐递增，如图 2 所示。一级培养人工智能基础及图形化编程平台基本应用能力，二级培养人工智能图形化编程能力，三级培养图形化编程平台的人工智能模型训练与应用能力，四级培养人工智能基础算法与应用能力。每个能力等级都从人工智能基础知识、人工智能编程、人工智能典型应用、人工智能发展与挑战 4 个方面分别规定核心知识点以及所对应的能力要求。每级的能力要求建立在更低级别的要求基础之上，应符合所有更低级别的要求。依据本标准进行人工智能编程教学、培训和测试时，其中一级、二级和三级使用人工智能图形化编程平台，四级使用 Python 语言进行编程。

青少年人工智能编程能力一级包括 15 个核心知识点，具体内容见表 1。

（1）人工智能基础知识方面包含 3 个核心知识点，其目的是使青少年初步了解人工智能的概念并激发学习兴趣。

（2）人工智能编程包括人工智能图形化编程平台的基本元素和功能构成、文件基本操作、算法的 3 种程序结构等 7 个核心知识点，通过该板块的学习能够掌握人工智能图形化编程平台的基本操作，利用可视化编程组件进行程序的启动和运行。

（3）人工智能典型应用方面以语音识别、图像识别的实际应用为例，具备运用人工智能图形化编程平台体验人工智能应用的能力。

（4）人工智能发展与挑战方面能够了解人工智能的重要性，同时也要客观地看待其对人类的作用，正确认识人工智能风险及伦理问题。

青少年人工智能编程能力二级包括 10 个核心知识点，具体内容见表 2。与一级能力要求相比，各知识点要求有所提升。

（1）人工智能基础知识方面仍然包含人工智能三要素的认知能力，但是要求从了解提升为理解其含义，并能针对实际的应用说明三要素分别是什么，以及各自的作用是什么，从要求理解或解释语音识别扩展到能够理解图像识别，进一步提升为能够理解人工智能与人类智能的关联。

（2）人工智能编程要求从了解人工智能图形化编程平台的布局与元素，上升为针对语音识别和图像识别掌握图形化编程平台的使用方法，并且能够实现与之相关的硬件控制。

（3）人工智能典型应用要求不仅要了解人工智能在生活中的应用，还要能够说明其原理；从要求能够体验人工智能编程平台的示例，提升为能够运用相关指令、独立编写简单的人工智能应用程序。

（4）人工智能发展与挑战方面要求更加全

面、客观地思考人工智能的发展及其对人类社会的影响。

青少年人工智能编程能力三级包括 12 个核心知识点，具体内容见表 3。

（1）人工智能的基础知识方面主要要求理解人工智能三要素中的数据和算法，并能够解释图像识别与语音识别的概念和流程，了解其他的智能控制设备。

（2）人工智能编程方面从语音识别和图像识别应用扩展到要求掌握和控制人工智能编程平台的通用硬件接口，并能够设计和实现人工智能案例；并且进一步要求能够理解平台自动生成的 Python 代码，为四级的能力要求打下基础。

（3）人工智能典型应用方面在理解生活中的各种人工智能行业应用的基础上，要求能够设计人工智能应用程序，并能在人工智能平台上体验深度学习模型。

（4）人工智能发展与挑战方面要求更加科学客观地看待AI对社会的正面作用和负面影响，并能关注和识别出信息安全问题。

青少年人工智能编程能力四级包括 12 个核心知识点，具体内容见表 4。

（1）人工智能基础知识要求从数据思维和编程思维的角度提升对数据、算法以及人工智能核心算法的理解，从图形化向编程过度。

（2）人工智能编程要求具备利用 Python 实现人工智能应用程序的编写、人工智能核心算法运用的能力，即要求会调用算法、调参和改写算法；能进行模型的训练和应用。

（3）人工智能典型应用要求能够用 Python 实现机器视觉、自然语言处理等人工智能算法

应用。

（4）人工智能的安全、伦理和价值是对三级能力要求中的认识人工智能发展及挑战的升级，要求更加深刻地理解人工智能带来的伦理、安全问题，认识人工智能的价值。

青少年人工智能编程能力的培养是一个循序渐进的过程，因此一至四级能力要求也存在前后关联、层层递进的关系。

一级能力培养的目标为了解人工智能基础，培养图形化编程平台的基本应用能力；二级能力培养目标需要在一级的能力要求基础上，要求掌握图形化编程平台的基本操作，并能借助平台完成特定需求的图形化编程；进而，三级能力培养目标需要在二级能力要求基础上，要求掌握图形化编程平台神经网络模型训练过程，并能结合现实问题，实现人工智能应用程序；最后四级能力培养目标需要在三级的能力要求基础上，面对具体的问题，选择合适数据，设计解决方案，运用人工智能代码编程平台进行人工智能编程，实现相关任务与功能，最终具备使用人工智能应用程序解决问题的能力。各能力等级在人工智能基础知识、人工智能应用以及对人工智能认知三方面的差异与关联如图 3 所示。

《青少年编程能力等级 第 5 部分：人工智能编程》标准面向学校和教育机构，力求协调青少年以下学习特点，一方面需要让青少年逐步理解并掌握复杂的人工智能编程概念和技能，另一方面又要确保这些知识的学习过程符合青少年的认知发展水平，是可接受和有趣的。本标准为青少年人工智能编程教育提供了一个明确的分级学习路径，使青少年能够通过系统的学习和实践，逐步提升自己的人工智能编程能力和对人工智能的正确认知水平；同时，我们也相信，这个标准将有助于提升教师的教学效果，提高教育行业对人工智能编程教育的关注度，以及推动相关教育资源和工具的开发和改进。

未来，人工智能技术的发展和应用将会更加广泛和深入。为此，我们需要不断更新和完善这个标准，以适应科技的快速发展，并推动该标准成为指导我国青少年人工智能编程教育的科学依据。我们期待与更多的教育工作者、家长、学生以及其他相关方面的伙伴们共同努力，为青少年提供一流的人工智能编程教育，为他们未来的学习和工作打下坚实的基础。