中小學人工智能課程實施現狀與對策

申麗君

【摘要】人工智能課程具有交叉學科知識和重視實踐操作兩大特點。本文分析了中小學人工智能課程現狀，對人工智能課程存在的問題進行了分析，并根據發現的問題，提出了課程、師資、設備、教育資源四個方面的應對策略。

【關鍵詞】教育;人工智能;人工智能課程

信息化時代，人工智能已經被應用到各個領域，如家居、零售、交通、醫療、教育、安防等，但是當前人工智能技術在各個領域的應用僅僅是弱人工智能階段，還需要更多的AI人才投身于人工智能的研發中，才能實現人工智能更多領域的應用和更多功能的突破。當今，人工智能已成為國際競爭的新焦點，為了搶抓人工智能發展的重大戰略機遇，2017年國務院制定了《新一代人工智能發展規劃》。因此，中小學開設人工智能課程是適應智能化時代的需要，是人工智能發展的重要保障[1]。

人工智能作為一門新興學科，在教育領域掀起了一陣陣浪潮，并以星星燎原之勢向中小學迅速蔓延。各地中小學積極開展人工智能創客教育，探索人工智能的教學方法與模式。但是，目前中小學人工智能課程的實施仍然存在著種種困難。

一、人工智能課程

美國麻省理工學院的溫斯頓教授認為：“人工智能就是研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作。”清華大學林堯瑞教授等人認為：“人工智能是研究如何制造出人造的智能機器或智能系統，來模擬人類智能活動的能力，以延伸人類智能的科學。”

人工智能課程可以界定為圍繞人工智能的知識集合組織的學習內容和活動。本文所談及的人工智能教育沒有局限于編程軟件的學習使用，涉及機器人、模式識別、自然語言處理和各種開源硬件等內容和工具，區別于傳統信息技術Python、Scratch等編程軟件的教育[2]。

二、人工智能課程特點

（一）交叉學科知識

學習人工智能課程，學生不僅需要掌握計算機編程方面的知識，還需要具備物理、數學等學科的知識。多學科知識融會貫通，共同為人工智能課程提供知識支撐，才能保證人工智能課程的順利開展。人工智能課程涉及知識點多、理論性強、內容抽象，對學生的數學基礎和邏輯思維能力要求較高，并且人工智能涉及的學科知識較多，有物理、數學、計算機科學等，所以人工智能教材編寫時還要考慮與其他學科知識的銜接[3]。

（二）重視實踐操作

人工智能課程注重動手實操，其將理論知識與實際操作相結合，旨在將學生的想法和創意轉變成現實。動手操作能夠增加學生的體驗感，吸引學生的注意力，提高學生的學習興趣，使學生樂此不疲，這也是人工智能課程與傳統課程最大的區別和特色。

三、中小學人工智能教育課程實施的現狀

（一）課程設置滯后

現階段雖然部分地區已經出版人工智能方面的教材，但是絕大部分地區仍然不能系統地開設人工智能課程，人工智能知識的滲透主要還是依賴于信息技術課堂學習編程語言和軟件，具有片面性，不能真正讓學生體驗從虛擬到現實的轉換。

（二）專業教師匱乏

人工智能是一門新興學科，教師并沒有經過系統的培訓學習，甚至有些教師并不了解人工智能，真正系統了解人工智能并能勝任人工智能課程教學的教師少之又少。原因在于兩方面：一方面，中小學教師中接觸過人工智能方面知識的微乎其微，盡管有少數教師投身創客教育，對人工智能有所研究，但只是對零星的散碎知識的了解和學習，缺乏人工智能系統理論知識做支撐，無法迅速成長為人工智能課程的專業教師;另一方面，高校輸出的人工智能專業人才進入中小學教師隊伍的少之又少。因此教師隊伍的匱乏，成為阻礙人工智能課程實施的巨大障礙。

（三）硬件設施不足

現階段部分地區中小學教材已經涉及機器人項目學習，如光線傳感調亮度、燈光閃爍有規律、智能風扇新體驗、聲波測距比障礙等項目，但是人工智能教學的配套設備問題，大部分學校沒有解決，普遍現象是編程軟件配套，硬件設備缺乏，學生只能單純進行編程學習的體驗，不能結合實物進行體驗，無法鍛煉手動實踐能力，這不利于人工智能教育的落實。目前，人工智能硬件設備價格比較昂貴，由于資金有限，一般學校里只能引進少量設備，一般用于社團活動中，僅有少數學生能夠使用設備進行探究學習。這也就阻礙了人工智能課程面向全體學生的普及教育。

（四）受眾少，學時短

目前，中小學開設人工智能課程多采用社團課的形式，只有少數學生能參與社團活動，人工智能課程的學生覆蓋面有限;除通過社團課的形式開展外，就是通過參加各種人工智能比賽，相比社團課，參加比賽的學生數額要更小一些，因此人工智能課程成了只有少數學生能學習的稀缺資源。除此之外，一般社團課為一學期，學時較短，授課內容受學時限制，知識覆蓋面小，而且一般人工智能社團課程內容多為社團教師獨立開發，課程內容不成體系。一般社團開設時，學生對于人工智能知識熱情高漲，社團課一結束，學生就不再接觸人工智能知識，人工智能教育就處于擱置。

四、中小學人工智能課程實施的對策

根據中小學人工智能課程實施中發現的四個方面的問題，本文從課程、師資、設施、教學資源這四個方面有針對性地提出了應對策略。

（一）研發人工智能課程教材

研發具有指導性的人工智能課程教材，是當前人工智能課程實施的迫切需求。“巧婦難為無米之炊”，中小學一線教師在缺乏人工智能指導教材的情況下開設人工智能課程，無形中加大了工作難度，不利于人工智能大面積地在中小學推廣普及。因此，研發人工智能課程教材成為推動人工智能課程實施的重要助力。

（二）打造雙師雙聘教師隊伍

中小學人工智能課程落實過程中面臨的另一難題便是缺乏人工智能專業教師。中小學信息技術教師雖然具備一定的計算機專業功底，但是普遍缺乏人工智能專業知識，因此培養和引進人工智能專業教師是中小學人工智能課程實施的迫切任務[4]。一方面，學校可以通過邀請高校人工智能專家，開展人工智能專題講座，培養教師的人工智能素養，內容包涵人工智能的發展與應用、人工智能現狀和趨勢、解析人工智能、機器學習概述、智能感知與模式識別的概述等。這能使教師對人工智能有整體的認知，了解人工智能發展歷程，知曉人工智能研究的主要內容，快速掌握人工智能專業理論知識。另一方面，學校可以開展人工智能專題培訓，內容可包含開源硬件培訓、機器人培訓、樹莓派Python編程培訓、無人機培訓等，主要目的在于增強教師人工智能實踐操作能力，使教師快速成長為兼具人工智能專業理論知識和實操能力的人工智能專業教師。

人工智能專業教師的培養是一個漸進的過程，非一日之功，因此除培養人工智能專業教師外，學校還需要引進人工智能人才為人工智能教育提供服務，如可以與社會人工智能企業合作，聘請企業的人工智能專業人才定期到學校授課，也就是所謂的雙師雙聘策略，從而促進人工智能課程更好更快地開展。

（三）完善人工智能硬件設施

隨著人工智能課程在中小學的實施，人工智能硬件設施的配備亟待解決。一方面，學校可通過財政撥款的方式，統一購買一批硬件設施，以備使用;另一方面，學校可以通過與機構聯合的方式，由人工智能專業研發機構提供硬件設備，把最新研發的人工智能設備引進中小學課堂，改善學校教學內容陳舊、更新慢的問題[5]。除此之外，學校還可以進行家校合作，鼓勵少數熱愛人工智能學生的家長，自發配備人工智能設備，對孩子進行專業培養。

（四）共享人工智能教育資源

中小學人工智能課程是一個新生課程，各地中小學校都剛剛開始研究探索人工智能課程的實施，因此人工智能教育資源還屬于稀缺資源。不少中小學教師拿到教材后，還處于初探階段，需要觀摩一些公開課資源，進行參考借鑒。因此，人工智能教育優質資源的共享，能夠極大地提高教師的教學效率，促進教師的快速成長，推動人工智能教育的發展[6]。學校可以通過搭建人工智能課程共享平臺，把更多的優秀案例進行分享，供大家交流學習。這樣，不僅教師可以學習優秀案例，學生也可以直接學習人工智能的相關知識。

【參考文獻】

國務院.新一代人工智能發展規劃[DB/OL].[2017-08-24].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017- 07/20/content_5211996.htm.

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