信息技術學科教師開展人工智能教育的現狀與需求調研

鐘祖榮 于曉雅 秦昆 胡淑均

國務院2017年印發的《新一代人工智能發展規劃》中提出在中小學開展人工智能教育。中小學信息技術學科教師雖然在中小學配比較少，總體數量也不多，但卻是中小學開設人工智能課程、實施人工智能教育的主要力量。為了了解目前北京市中小學信息技術學科教師學習、了解和實施人工智能教育的情況、經驗、困難及問題，以便設計和開展針對性培訓，拓展中小學教師和管理者對人工智能教育的認識，提升信息技術教育和人工智能相關教育的質量，筆者于2019年10-11月，按照“城區與郊區”和“小學、初中與高中學段”抽樣兩個類別和層次的信息技術學科教師，組織開展了此調研。

● 調研情況

本次調查對象為中小學信息技術學科教師。調研采用問卷法，使用自編問卷《中小學開展人工智能教育的調查問卷（信息技術學科教師卷）》，共計41道題，主要涉及基本信息、對人工智能相關知識的了解情況、學習的意愿與想法、學校開展人工智能教育的情況、需求與困難所在。本次調查，對城區和郊區信息技術教師進行抽樣調查，其中城區占53.5%，郊區占46.5%。在這些教師中，男教師占43.9%，女教師占56.1%。30歲以下年齡占25.4%，31～40歲占42.1%，41～50歲占23.7%，50歲以上占8.8%。從學科背景上看，理工科占80%;從學段上看，小學占54.4%，初中占23.7%，高中占21.1%。同時兼任學校中層管理人員占12.3%。

● 調研結果

1.學校開展人工智能教育的情況

信息技術學科教師是承擔人工智能教育的主要師資。因此，從信息技術教師的角度了解學校開展人工智能教育，是比較準確和適合的。學校開展人工智能教育又包括開設相應課程、開展課外活動等途徑，筆者對兩種途徑進行調查了解。

（1）學校課內開設人工智能課程情況

調查顯示，學校開設了人工智能課程的占41.2%。在開課的學校中，單獨開設且排在學校正常教學時間中的占20.9%，單獨開設且排在社團活動時間的占27.9%，在信息技術課中滲透的占48.4%，在競賽團隊中開設的占2.3%?？梢?，真正作為一門正式課程開設的比例很小。

開設人工智能課程有教材的占11.4%，其他均無教材，看來教材缺乏也是當前急需解決的問題之一。在開課教師的身份中，信息技術教師占35.1%，是最主要的承擔者，其次還有科學教師及科技輔導員。大多是在普通教室開展，并沒有專用實驗室，還有26.3%在機房開展。有33.3%的學校是在最近1～2年內開始開設的，還有8.8%的學校是最近一年內開始開設人工智能課程，預測隨著人工智能技術的不斷普及，可能會有更多學校開始開設。

編程是人工智能學習的基礎，也是信息技術課程的重要內容。筆者調研了開設編程課程的情況。開設Scratch編程課程的最多占69.3%，其次是Python編程課程，占42.1%，其他還有“酷豆”編程課程等，沒有開設編程課程的也不多，僅占10.5%，具體情況如圖1所示。

至于采用何種開源硬件，24.6%選用Microbit2，14.9%選用Mixly，13.2%選用樹莓派，另外還有無人小車和掌控板等。只有58.8%作為必修課，其余作為興趣課、選修課和競賽類課程。一般是每周1節課，少數可以做到每周3節或以上。

（2）學校課外開展人工智能相關活動的情況

有56.1%的學校開展了針對人工智能的課外活動。人工智能相關課外活動的內容分布，主要有機器人活動（67.5%）和編程活動（60.5%），其他還有智能硬件（28.1%）、無人駕駛（12.3%）等。大多數是在最近一兩年內開始（52.6%），也有少部分開展了3～4年。總的來說，學校人工智能課外活動的開展相比專門課程要普遍得多。

2.開展人工智能教育的困難與需求

（1）主要困難

對學校在推進人工智能教育方面遇到的主要困難調查顯示，經費不足和師資力量不足并列第一位（63.2%），其次是教學課時不足（51.8%），再次是學?；A設施落后（48.2%）（如圖2）。

調查學校在開展人工智能課外活動遇到的問題，調查在于，首先是缺少專家指導（63.2%），其次是設備問題（58.8%），再次是缺少培訓（54.4%）。

（2）認識與相關需求

關于在本校開展人工智能教育是否必要，83.3%的教師認為非常必要，其他教師認為可有可無。

關于人工智能教育的目的，通過調查可知，認同度較高的依次是培養學生創新精神（86.8%）、培養學生計算思維（86%）、培養學生實踐能力（81.6%）、培養學生了解未來（78.1%）。對于推進教育資源共享、提高學校教學質量等目的，選擇相對較少。

學校希望得到人工智能教育方面的支持依次是實驗室和教學平臺建設（85.1%）、課程開發和教學指導（81.6%）、基礎理論和方法的培訓（68.4%）。

3.教師對人工智能的了解掌握情況和學習需求

（1）教師對人工智能概念和相關技術的了解情況

大多數教師知道人工智能，但深入了解的卻較少，自我評價分布為：非常了解（3.5%）、比較了解（29.8%）、一般（57.%）、不太了解（6.1%）。對人工智能在教學中的應用系統，大多數停留于智能翻譯（64%）和虛擬現實（62.3%）、智能搜索（50.9%）等，而對真正在教學中應用的智能系統了解的人較少，如智能批改（37.7%）、AI好教師系統（29.8%）等。

作為信息技術學科教師，83.3%的教師認同人工智能是計算機科學的一個分支。但是仍有25%的教師沒有準確作答，包括“AI是人工智能縮寫”等最基本的常識。

在哪些功能是由人工智能技術提供的選項中，選擇占比依次為網絡購物（86.8%）、根據搜索結果推薦服務（86%）、根據歷史記錄推薦服務（81.6%）、根據駕駛習慣提供路況（78.1%）、智能手機提供的個性化服務（48.2%）等。

關于機器人能夠與人對話主要運用了什么技術，只有51.8%選擇的教師是運用了自然語言理解技術，還有少數教師認為是模式識別技術（8.8%）、虛擬現實技術（4.4%），這說明不少人還缺乏相關技術知識。

關于人工智能涉及的學科，幾乎所有教師都選擇了計算機科學（99.1%），其次選擇較多的學科有仿生學（74.6%）、數學（70.2%）、統計學（66.7%）、語言學（64%）、醫學（52.6%）。選擇較少的有倫理學、藝術、哲學。

關于對人工智能相關文件的學習，41.2%的教師表示有過，57%的教師表示沒有學習。其中《新一代人工智能發展規劃》有43%的教師閱讀過，《教育信息化2.0行動計劃》有46.5%的教師閱讀過，其他的閱讀人數少。

（2）信息技術學科教師人工智能相關知識學習意愿和學習方式

關于是否認為人工智能教育將成為提升自我、科研突破的重要契機，大多數是肯定的，占到91.2%，只有極少數不這樣認為。

關于是否愿意讓人工智能更加了解自己，給自己生活提供方便，大多數也是肯定的，占比81.6%，仍有少數不愿意。

對于如何學習人工智能技術，最主要的方式選擇是教研活動（50.9%）和短期速成（45.6%），獲得免費自學資源（36.8%）（如圖3）。

對于希望投入多少時間來學習？選擇比較平均，有37.2%的教師覺得可以用半年時間學習人工工智能技術，39.8%的教師愿意付出1～2年的時間，還有23%的教師愿意付出兩年以上的時間。

● 結論與建議

1.結論

①編程課程開設相對比較普遍，人工智能相關課程與課外活動開展還不夠普遍，占半數左右，且多為興趣課或選修課。

②信息技術學科教師對人工智能的了解程度大多呈現一般的中等程度，在政策、基礎知識、教育應用等方面還存在較多缺失，需要補充學習。

③信息技術學科教師對開設人工智能課程的必要性、對學習和運用人工智能的愿望大多數是肯定的、積極的，這為其學習以及學校開展人工智能教育提供了良好的認識基礎。

④在開設人工智能課程和開展課外活動方面還存在資源條件、師資、指導等方面的困難，相應地產生了對政府、教研培訓部門以及學校管理等方面的需求。需要創造條件解決困難。

2.建議

第一，開設人工智能相關課程，是人工智能發展規劃中提出的任務。從國務院政策到學校落地實施，目前看還存在較多困難和一定的差距。首先需要對人工智能課程進行設計研究，具體包括目的、內容、教材、課時、考核評價等問題。從目的上說，要從知識技能、價值觀與人工智能的倫理問題、計算思維與創新意識等方面去考慮。從內容上，主要應該包括人工智能的價值、基本原理、主要技術、應用場景、倫理規范等。在教材方面，目前版本逐漸增多，關鍵是要對各種版本進行評估分析，然后進行推薦，供教師根據學校和學生的實際進行選擇。在課時方面，目前由于沒有正式的課程，課時也往往融在信息技術課程中，因此，需要適當增加課時。從考核上看，要根據課程目標進行考核，同時注意考核方式，多注重活動與設計，注意結合具體情境和案例來分析，少一些知識性的紙筆測試。在做好課程設計的基礎上，在一定區域中推行人工智能課程，提高其普及度。

第二，繼續開展好學生的人工智能課外活動。鼓勵學生參與人工智能的興趣小組活動，學校創造條件支持學生開展學習、實驗、制作、競賽等活動，要安排教師和社會力量加強對學生的活動指導，加強學校與相關技術企業之間的聯系，打通課外與校外之間的聯系。

第三，對學校設備和師資的條件支持。目前，部分學校實驗設備條件較好，但多數學校在人工智能教育的設備條件上還比較缺乏，如實驗室、相關的平臺和軟件、硬件、組件等。需要政府給予資金上的支持，可以設立人工智能教育條件建設專項。同時，也需要企業和學校合作搞好實驗室的設計，配備好相應的條件。關于師資的配置，可以有多種方式，主要方式還是立足現有信息技術學科教師的專業提高，另外可以借助技術企業的專業力量支持，也可以引進新畢業的專業人才。

第四，開展技術學科教師的培訓與提升。信息技術學科教師對人工智能的了解程度總體要好于其他學科教師，同時也具有更好的基礎，但由于人工智能也是新知識新技能，也只有通過學習才能了解掌握，而在這個方面每個人的跟進程度不一樣，從調查結果也可以看出還有較大差距。而且在人工智能掌握的程度水平上，對信息技術學科教師的要求也要高得多，因為他們要承擔人工智能課程的教學。所以，需要高校和培訓院校開展較長時間的教師進修培訓，幫助他們系統地掌握人工智能的理論和技術，以及開展人工智能教育的教學法。

第五，加強人工智能教育的教研活動。人工智能教育是個新課題，目前有不少學校進行了探索，但還面臨諸多制度性問題、條件性問題、教學法問題。制度性問題需要政府進行制度設計，條件性問題需要政府和學校創造條件，教學法問題需要教研部門和學校一起，結合課例開展實際的研討，就內容選擇、教學方法、課程評價、學生學習指導、課外活動、競賽組織等問題開展有組織有計劃的研究。