中小學人工智能教育現狀調查及對策研究

王順曄 王寧 劉大勇 馮越

摘要：近年來，隨著智能技術的飛速發展，世界各國紛紛開始部署戰略規劃，試圖搶占人工智能領域研究和時間的高地，中小學的人工智能教育重要性尤為凸顯。本文從開展人工智能教育的重大意義著手，分析國內外人工智能教育開展現狀，通過問卷調研廊坊市中小學人工智能教育現狀及存在的問題，最后就提出了適用于本市的可行性建議。

關鍵詞：人工智能教育;現狀調查;對策研究

中圖分類號：G420 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）33-0129-03

1人工智能教育的意義

人工智能作為連接未來的教育，面向大眾進行普及，特別是在青少年中開展，將在很大程度上帶來邏輯思維能力的提升和思維方式的改變，為學生的全面成長，更好適應將來社會打下牢固的基礎。

2017年8月，國務院正式發布《新一代人工智能發展規劃》，并提出“在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育”。基于廊坊市的地域優勢、經濟發展態勢、“大智移云”戰略、京津冀協同和雄安新區的大環境，提升廊坊青少年人工智能實力，儲備人工智能人才，教育改革勢在必行、志在必得。

2國內外人工智能教育開展現狀

人工智能是計算機科學的一個分支，以編程課程改革為起點的人工智能教育已然興起，世界各國都通過不同的方式開展相關教育普及。

在2013年，美國前總統奧巴馬提出“面向所有人的計算機科學”，并向全國中小學生開展編程一小時活動。在韓國，2014年在72所學校試點編程教育作為必修課，2017年擴大到130所，2018年全面進入韓國中小學必修課。2014年為“英國編程年”，英國將編程教育納入STEAM體系，在中小學全面實施。2017年起，新加坡在中小學考試中加入編程課目。日本也將在2020年開始實行編程教學。

2018年教育部發布的《普通高中課程方案和信息技術學科課程標準（2017版）》中，涵蓋人工智能、物聯網、大數據處理、算法、開源硬件項目設計等，新課標只是開始，部分省市正在跟進，將信息技術學科納入高考范圍。隨著人工智能時代的來臨，編程語言已成為人們除母語、外語之后的第三語言，青少年編程教育已成為教育培訓行業在文化課培訓、藝術培訓之外，發展最為迅猛的新興學科熱點。

3中小學人工智能教育現狀及存在的問題

3.1廊坊市中小學人工智能教育現狀

為了解廊坊市中小學人工智能教育的現狀，課題組經過充分論證分別制定了教師和家長兩份調查問卷，線上線下兩種方式共收回有效問卷296份，其中教師問卷54份，家長問卷241份，線上問卷教師家長分布廣泛，線下問卷多以市區內教師和家長為主。教師調查問卷涉及學校的基本情況、教師所了解到信息技術課程的基本情況及其本人對開展人工智能教育的觀點。家長調查問卷涉及所了解到的信息技術課程的基本情況、家長的基本情況及其對開展人工智能教育的態度。

首先分析分析教師答卷，小學一般只有60臺以下的計算機機房配置，1-3名信息技術教師，而初中和高中因有信息技術的畢業考試所以無論是計算機臺數配備還是信息技術師資方面都較好，但仍有72%是兼職教師，31%是專職教師，24%是其他，或兼而有之，專職教師中又有近1/4不是計算機相關專業畢業。無論是小學還是初高中，學校暫時未開設太多人工智能相關知識課程，個別小學聘請校外培訓機構老師，講授圖像化編程和機器人課程。學校老師們對人工智能教育接觸的較少，88%的老師支持校內開設人工智能類課程，在內容上編程教育和機器人教育平分秋色，機器人方面樂高品牌有更高的滲透，高年級老師更傾向于講授PYthon程序語言，這也是人工智能時代的主流語言。就授課教師，59%的老師認為希望能培養自己的信息技術教師參與到教學中，可以聘請校外機構教師和高校計算機專業老師和優秀學生兼職參與中小學生培養，有必要邀請企業或高校老師到校給學生做人工智能相關講座。

再分析家長們的答卷，53%的家長對人工智能了解一點，31%是一點不了解。并且家長們對學校開設的信息技術類課程的滿意度欠缺，滿意占15%，一般占56%，不滿意占29%。另外僅4%的學生參加校外人工智能類的學習，多以機器人課程為主，個別孩子參加在線編程課程的學習。家長們支持學校開設人工智能類課程，從編程教育開始逐漸滲透到機器人課程，就任課教師方面家長和老師們的有出入，如圖1所示。家長希望除校內信息技術老師外可聘請高校計算機專業老師和優秀學生完成，老師們則是除校內信息技術老師，更寄希望于校外培訓機構。

3.2存在的主要問題

（1）教育大環境欠缺，各教育單位重視程度不夠

從調查問卷反映出學校老師對人工智能教育理解不夠深入，自然鮮少對學生們講起，家長們對人工智能教育不重視，對孩子學習信息技術類課程關注度不夠，仍然是語數英或高考科目導向。再者家長的重視程度也與其從事的職業和學歷層次直接相關。

信息學奧賽也可管中窺豹，表1是2018年到2019年的信息學奧林匹克競賽國家集訓隊50人名單省市分布。2018年華北地區僅有4人人選，2019年僅有2人人選，都不及浙江學軍中學的人選人數（5人），浙江省入圍人數較多，進步最大，這也與浙江省廣泛開展的青少年人工智能科普活動密不可分。河北省信息學奧賽省隊的學校分布情況，如表2所示，主要集中在石家莊二中和衡水中學，其他中學鮮有機會。廊坊市暫無信息學競賽的考點，報名參賽人數有限。信息學奧賽的各類種子選手都通過降分或自主招生被名校人工智能類專業錄取，進入像清華大學“姚班”“智班”，重點人才重點培養。信息學奧賽反映出信息技術課程教育存在嚴重的不均衡現象。各教育部門對編程教育重視程度欠缺，信息人才挖掘不深人，對人工智能技術宣傳力度欠缺，沒有形成濃厚的學習氛圍。

（2）教學師資欠缺

通過調查問卷和學生到中小學實習反饋可知，大多數小學沒有專職的信息技術老師，由科學老師或負責學校網絡老師兼任。初高中一般有4-6名信息技術教師，完成授課及會考任務，但其中近1/4是非計算機類專業畢業。在中小學，語數英等主科教師較受重視，定期參加培訓的較多，而信息技術老師鮮少有機會參與培訓、出差學習等。這也是教育部門對中小學信息技術教師重視程度欠缺的體現。

（3）教學內容陳舊、教學資源單一、教學環境不能滿足教學需求

市區內學校和鄉鎮學校差距較大，部分鄉鎮小學不開設科學或信息技術類課程，沒有計算機機房，甚至市區內的小學機房計算機容量也不能滿足一個自然班正常上課，要兩人共同完成上機作業。教學內容也都是傳統的計算機操作、畫畫，完成作業后可以打游戲，先進的人工智能類課程沒有滲透到學生課堂中。校外培訓機構參與校內編程課程中，進校園選拔真正感興趣的學生在校外參與培訓，并參加相關競賽。

4中小學人工智能教育對策及建議

針對以上的調查研究及總結分析出存在的問題，吸取發達地區的先進經驗，尋找適合于我市的對策分析，主要從以下幾方面開展：

（1）教育主管部門統籌規劃和政策落實

人工智能教育的順利實施，離不開教育、科技等部門的通力合作，企業和高校的支持也尤為重要。2019年4月商湯科技與河北省教育廳簽署戰略合作協議，雙方擬在“人工智能+教育”領域展開合作，旨在共同推進河北省“智慧教育示范區”建設，助力河北省教育現代化發展。各級教育主管部門制定具體的實施方案和細節，具體到哪些城市的哪些中學以何種方式展開具體的合作，通過政府購買服務，搭建學習資源平臺，最終普惠所有青少年。可以借鑒全國首個地市級人工智能教育基地落成的晉中市，商湯在該市16所優質高中開展人工智能教育，這項舉措同樣會帶動小學和初中開展相匹配的課程，形成從編程教育、機器人教育到人工智能教育的系統化教育環境。

（2）師資培訓常態化

人工智能時代信息技術發展迅速，熟練操作計算機已無法勝任課堂教學，老師向學生講授的不僅是操作步驟，更重要的是引導學生思考，培養學生的創新精神，計算思維和邏輯思維的培養也要貫穿信息技術教學全過程，教師的啟蒙作用不容忽視，老師思想落后如何能培養出具有先進思想的學生。中小學信息技術老師別到人工智能先進企業和高校進行定期參觀學習，只有親身感悟到人工智能先進的技術，才能最終在課堂上傳遞先進的科學思想。并且廊坊市“大智移云”的發展戰略，應用先進人工智能技術的企業逐漸增加，為參觀學習提供了機會。

（3）制定系統化、專業化的教學體系和教學內容，改革教學方法

人工智能的教學也不是一蹴而就的，不僅要考慮學生的認知水平、教師的知識廣度，還要考慮實驗、實踐環境。人工智能思想和計算思維能力要盡早培養，不同的學段有不同的側重點，以編程教育作為切人點，小學階段學習Scratch語言，初中和高中可以學習人工智能時代的主流語言Python，有意參加信息學奧林匹克競賽的可以學習C++語言。借鑒優秀地市中小學校、培訓機構和智能企業的資源和經驗設計教學體系和教學內容，同時也要變革教學方法，充分考慮學科的特點，針對不同教學知識點游戲教學法、項目式教學法和協同合作教學法實現無縫切換，并在整個教學過程中，貫穿創新創造能力培養和計算思維邏輯思維能力的培養。

（4）借助科普活動普惠所有中小學師生

科普活動是向青少年普及人工智能的重要載體，國務院在《關于新一代人工能智能發展規劃》中提到“支持開展人工智能競賽，鼓勵進行形式多樣的人工智能科普創作，鼓勵科學家參與人工智能科普”。要發揮各級科協組織、高校科技工作者之家、科普志愿者、優秀科普大學生，組建人工智能科普專家團隊，搭建中小學人工智能科普教育線上平臺，提供在線學習資源，并開展創意編程和創客教學，參觀虛擬科技館等活動。線下聯系人工智能高新企業和高校實驗室定期到中小學校開展科普活動，展示優秀的人工智能科普作品和創意產品，讓孩子們從小埋下科技和創新的種子，樹立遠大理想，努力學習科學知識。

（5）融合企業力量

隨著京津冀的不斷發展，很多高新企業落戶廊坊，挖掘企業中人工智能應用場景，以學生參觀等方式讓學生們真正走人生產生活一線，了解人工智能新技術給生產生活帶來的改革創新，以激發學生們的學習興趣和創新思考。另外，在各學校默默探索時，企業和各培訓機構已悄然布局，如商湯國際、樂高機器人、編程貓等，無論是生產型企業還是教育類機構，在實踐中不斷完善成熟，對人工智能教育有獨到見解，充分發揮其在技術和教學方法上的先進性，通過政府購買服務的方式，校企合作，彌補中小學校在教學資源及師資方面的不足，為學生們創造開放的學習環境。

（6）增加與地方高校的交流合作

高校有服務的責任和義務，校內也開設有人工智能類相關專業及課程，尤其是師范院校，充分挖掘師范底色，為中小學人工智能教育服務。高校在師資、設備環境、知識儲備、企業資源等方面有天然的優勢，老師和學生都可以在教學體系和教學內容、師資培訓、科普宣傳、企業合作、教學實踐等方面提供指導和幫助。具體形式可以是中小學生校外參觀人工智能實驗室，并在高校計算機房開展大范圍的編程教育實踐，中小學信息技術類教師定期培訓，計算機類高校教師和優秀大學生走進中小學校園開展人工智能科普講座并擔任課外創新指導教師與校內老師一起指導中小學生參加各類科技及創新類競賽。高校還可以邀請企業開展線上和線下、虛擬和現實相結合的一站式參觀和實踐服務，使不同學段的中小學學生對人工智能的發展和應用有更深入的認知。

5結束語

總之，人工智能教育在我國還屬于探索階段，中小學生信息素養的培養是一個長期的過程，雖然一些地區一些學校已經先行一步，取得了豐碩的成果，但總體教育程度、教育范圍仍然欠缺。人工智能相關課程的開設，編程教育的全面普及，仍需要各級各部門聯動，為實現青少年計算思維、邏輯思維的素質教育和創新能力培養添磚加瓦。