呼和浩特市信息技術學科教師開展人工智能教育的現狀與需求調研

● 中國社會科學院研究生院 王 爽

● 呼和浩特市教育教學研究中心 李 含

信息技術的發展，為人類開拓了除物理空間、人類社會空間之外的第三極——信息空間。人類生存空間的三元化催生了新一代人工智能，其迅猛發展帶動著整個世界進入到人工智能時代。人工智能時代的到來，對現有的人才培養提出新的需求。

2017年，國務院印發的 《新一代人工智能發展規劃》中提出，要在中小學開展人工智能教育。教育部原部長陳寶生在2019年國際人工智能與教育大會上進一步提出了普及人工智能教育的目標。而普及人工智能教育，需要大批優秀的學科教師和完備的支持系統。

教師作為教育的基本要素，是教學順利開展的基本條件。中小學人工智能教育主要在信息科技學科內開展，信息科技學科教師是中小學開設人工智能課程、實施人工智能教育、普及人工智能知識的主要力量。

學科教師應該具備基本的學科教學知識（Pedagogical Content Knowledge，簡稱 PCK），包括學科知識和教學知識。信息時代的教師還需要掌握技術知識，形成融合信息技術的學科 教 學 知 識（Technological Pedagogical Content Knowledge，簡稱 TPACK）。人工智能時代的到來，也對教師的知識結構提出了新的要求，教師應該能夠將人工智能技術運用到學科教學中，形成融合人工智能技術的學科教學知識體系（AITechnological Pedagogical Content Knowledge，簡稱 AI-TPACK）。

人工智能具有輔助教學技術手段和學科內容的雙重性質。教學人工智能的信息科技學科教師（以下簡稱人工智能教師）應該具備人工智能學科的基本知識，掌握運用人工智能技術教授人工智能課程的教學方法。除此之外，人工智能教師還應該樹立立德樹人的意識，對智能社會的倫理、道德和價值觀有正確的認識。

教師的教學離不開健全的教育支持系統。這個系統包含課程與評價標準、課程與教材、教學環境、社會環境。在我國，課程標準和評價方式依據國家課程標準統一規定。在國家課標的框架下，優質的課程、系統的教材、專業的實驗室、支持的社會環境都會促進課程健康發展。

為了了解目前呼和浩特市中小學開展人工智能教育的師資情況、支持系統情況，以及在教師開展、普及人工智能教育方面遇到的困難與問題，以便設計更具針對性的教師專業發展計劃，落實課程及相關資源建設，有力有序推動呼和浩特市人工智能教育的開展，筆者于2021年6月對呼和浩特市66所學校的57名教師進行了抽樣調查。

一、調研情況

本次調研的對象是中小學信息科技學科教師。調研采用問卷的形式。問卷主體來自于北京教育學院鐘祖榮、于曉雅團隊編制的《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）》。筆者根據呼和浩特市具體情況對原試題進行了增改，形成了44道題的問卷。測試題主要涉及師資狀況、課程現狀以及支持系統狀況三大部分。師資狀況主要是關于師資構成、教師對人工智能相關知識的了解、教師學習人工智能的意愿與計劃等情況。課程現狀主要是關于學校目前開展人工智能教育的情況、需求與困難所在。支持系統狀況主要是關于教育主管部門的政策法規、資金情況和社會支持情況。

二、調研結果

（一）師資結構及教師對人工智能掌握情況

1.師資結構。

參與本次調查的教師中，男教師占40.35%，女教師占59.65%。25歲以下教師占8.77%，26 ～30歲的教師占 29.82%，31～40歲的教師占43.86%，41～50歲的教師占14.04%，50歲以上的教師占3.5%。

從學科背景上看，專業為教育技術的教師占24.56%，專業為計算機的教師占47.37%，剩余教師為其他專業；從學段上看，小學教師占57.89%，初中教師占33.33%，高中教師占8.77%。教師中具有專科學歷的占10.53%，具有本科學歷的占78.95%，具有碩士研究生學歷的占10.53%。這些教師從事人工智能教學的年限情況是：從事了1～3年的占70.18%，從事了3～4年的占10.53%，從事了4～5年的占8.77%，從事了5年以上的占10.53%。教師的職稱情況是：有36.84%的教師未定級，小學三級教師占1.75%，中學二級和小學二級教師占35.09%，中學一級和小學一級教師占15.79%，中學高級和小學高級教師占10.53%。

2.教師對人工智能教育的認識情況。

33.33%的教師認為，在人工智能的時代背景下，教育和人才培養的目標會發生變化；29.82%的教師認為，未來教育教學方式會發生巨大的變化；19.3%的教師認為，學生的學習方式會有根本性改變；3.51%的教師認為，教育教學管理形態將重塑；5.26%的教師認為，人工智能對未來的教育教學不會有明顯的作用。

3.教師對人工智能概念和相關技術的了解情況。

人工智能教師中，非常了解人工智能概念和相關技術的占1.75%，比較了解人工智能概念和相關技術的占26.32%，一般了解人工智能概念和相關技術的占47.37.%，不太了解人工智能概念和相關技術的占24.56%。（見圖1）

圖 1 教師對人工智能了解情況

對于“人工智能在教學中的應用系統”的問題，有50.88%的教師選擇智能翻譯，61.4%的教師選擇虛擬現實，52.63%的教師選擇智能搜索，54.39%的教師選擇智能批改，有22.81%的老師還知道選項之外的一些應用。

作為信息技術學科教師，73.68%的教師認同人工智能是計算機科學的一個分支。有26.32%的教師沒有準確作答。

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（38.6%）、 根據搜索結果推薦服務（52.63%）、 根據歷史記錄推薦服務（59.65%）、 根 據駕駛習慣提供路況（68.42%）、 智 能 手機提供的個性化服務（70.18%）等。

關于“機器人能夠與人對話主要運用了什么技術”這個問題，只有56.14%的教師選擇了運用自然語言理解技術，還有54.39%的教師認為是模式識別技術，54.39%的教師認為是虛擬現實技術，38.6%的教師認為是多媒體技術。這說明不少教師還缺乏對相關技術知識的了解。

關于“人工智能涉及的學科”，只有64.91%的教師選擇了計算機科學，15.79%的教師選擇仿生學，10.53%的教師選擇數學，5.26%的教師選擇統計學，1.75%的教師選擇語言學，1.75%的教師選擇醫學。

關于“計算思維”，有40.35%的教師表示了解這種思維方式，其余的教師表示不清楚或不了解。26.32%的教師表示接受過計算思維的培訓，38.6%的教師明確表示沒有培訓過。66.7%的教師認為，計算思維跟人在日常生活中解決問題的能力相關，28.07%的教師表示關系一般，而5.26%的教師表示沒有關系。40.35%的教師表示已經把計算思維的培養引入到日常教學中，而8.77%的教師表示沒有必要，還有50.88%的教師表示不清楚。至于在人工智能課堂上培養學生的計算思維是否有價值，有73.68%的教師表示有價值，1.75%的教師表示沒有價值，24.56%的教師表示不清楚。

關 于“ 對人工智能相關文件的學習”選項，63.16%的教師表示學習過，36.84%的教師表示沒有學習過。只有12.28%的教師閱讀過《新一代人工智能發展規劃》，38.6%的教師閱讀過《教育信息化2.0行動計劃》，10.53%的老師閱讀過《高等學校創新行動計劃》。

對于“人工智能倫理的認識”，38.6%的教師認為可以將人工智能運用于戰爭，這樣可以促進人工智能的發展；21.05%的教師持相反態度；28.07%的教師認為戰爭現代化是可以理解的。有42.11%的教師表示不了解，沒有看法。

4.教師學習人工智能相關知識的意愿和學習方式選擇。

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”這一問題，大多數教師的回答是肯定的，占比為82.46%，有少數教師選擇不愿意。

對于“學習人工智能的方式”選項，57.89%的教師選擇通過獲取無償的公共資源進行學習，50.88%的教師選擇通過教研活動進行學習，33.33%的教師選擇短期速成，19.3%的教師選擇兩年的學歷教育，17.54%的教師選擇通過購買有償線上資源學習，有1.75%的教師不考慮學習。

對于希望投入多少時間來學習人工智能，有43.86%的教師覺得可以用半年時間來學習，43.86%的教師愿意付出1～2年的時間，17.54%的教師愿意付出兩年以上的時間。

對于“需要學習人工智能在哪個方面的應用”的選項中，56.14%的教師選擇語音識別或語言翻譯，49.12%的教師選擇圖像識別，54.39%的教師選擇指紋識別，61.4%的教師選擇智能家居，61.4%的教師選擇無人駕駛或無人機，57.87%的教師選擇機器人。

（二）人工智能教育開展情況

目前，我國中小學人工智能教育的開展主要分為校內課程和校外活動兩個途徑。因此，筆者就這兩個途徑的開展情況向信息科技教師進行了調查。

1.學校課內開設人工智能課程情況。

調查顯示，在開課的學校中，有8.77%的學校單獨開設課程且排在學校正常教學時間當中，31.58%的學校單獨開設且排在社團活動時間內。在信息技術課中滲透人工智能教育的學校占比為50.88%，在競賽團隊中開設人工智能教育的學校占比為8.77%。

編程是人工智能課程的組成部分，也是信息技術課程的重要內容。筆者調研的開設編程課程的情況：開設圖形化編程課程的學校占比為36.84%，開設Python編程課程的學校占比為8.77%，開設其他編程課程的學校占比為15.79%，沒有開設編程課程的學校占比為38.6%。

對于“使用開源硬件授課”的調查顯示，有12.28%的教師選用Microbit2，3.51%的教師選用Mixly，3.51%的教師選用樹莓派，選用無人小車和掌控板等其他硬件的教師占比為21.05%，沒有使用硬件的教師占比為59.65%。

在參與調查的學校中，只有7.02%的學校將人工智能課程作為必修課，26.32%的學校將人工智能作為選修課，15.79%的學校將人工智能作為競賽類課程，將人工智能作為其他類課程開設的學校占比為50.88%。（見圖2）

圖 2 開設人工智能課程情況

2.學校課外開展人工智能相關活動的情況。

有19.3%的學校開展了針對人工智能的課外活動，80.7%的學校沒有開展。在學校中，人工智能相關課外活動的內容分布，主要有機器人活動（15.79%）、編程活動（24.56%）、其他智能硬件（14.04%），45.61%的學校開展了除上述3種活動以外的其他活動。

（三）開展人工智能教育的困難與需求

1.開展人工智能教育的困難。

42.11%的教師認為，將人工智能技術應用于教育教學中的最大挑戰是資金和設備不足；21.05%的教師認為，挑戰來自于缺乏對管理者和教師的培訓；17.54%的教師認為，挑戰來自于管理者與教師的理念和技術跟不上教育信息化需求；10.53%的教師認為，挑戰來自于來自傳統的教學方式；3.51%的教師認為，道德倫理問題是一項挑戰。

在實施人工智能教育中，受調查教師遇到的最大的困難是活動場地和活動經費不足的問題（57.89%），課程目錄和課程標準問題（54.39%）。47.37%的教師希望得到學校政策支持，42.11%的教師反映，對人工智能的內容不夠理解是開展人工智能教育的困難所在，只有1.75%的教師反映開展人工智能教學沒有困難。（見圖3）

圖 3 實施人工智能教育的困難

2.期待給予支持。

學校希望得到人工智能教育方面支持的是：資金和設備支持（78.95%）、課程開發和教學指導（61.4%）、基礎理論和方法的指導（38.6%）。

三、結論與建議

（一）調研結論

1.師資結構合理，但教師數量不足，知識結構有欠缺。

目前，呼和浩特市人工智能教師的性別、年齡、教齡、職稱、學位、學科結構等均為正態分布，師資結構合理，具備實施人工智能教育的基本條件。大多數教師對開設人工智能課程的必要性有正面的認識，對學習和運用人工智能有積極的態度，這些都是學校開展人工智能教育的良好基礎。

然而，調查顯示，目前在編教師的數量僅能夠滿足半數學校的需求，師資數量需要補充。

大多數教師在人工智能領域的學習和實踐都不超過三年，因此，在知識結構上存在一些問題。比如，對人工智能的了解大多處于中等程度，沒有深入的理解；在政策理解、基礎知識、教育應用等方面還存在較多缺失；教師的授課方式大多以傳統的講授模式為主，靈活運用項目式教學等方式授課的教師占比不到五分之一；很多教師還不太了解計算思維，更無法在課堂上有意識地培養學生的計算思維。

2.教學條件尚不完善。

人工智能課程體系尚不完善，沒有現成、可用的教材，僅有少數學校擁有完整的人工智能課程體系。大多數學校沒有裝備齊全的人工智能實驗室，不具備硬件條件教學。

在開設人工智能課程的學校中，以人工智能的知識和技能為主的學校占比不足五分之一，很多教師把編程當作人工智能的主要內容，大多數教師在沒有硬件的情況下開展人工智能教學。

3.教育教學支持系統。

調查顯示，教師對教育管理部門總體是滿意的，對家長的支持也很認可。

（二）改善建議

針對目前調研中反映出來的開展人工智能教育的困難，筆者提出如下幾個改進建議。

1. 教師專業發展刻不容緩。

對于目前師資短缺的狀況，建議采用增編、校招，借助企業力量，培訓現有信息科技教師等方式解決。

解決師資知識結構欠缺的問題，可以采用在職培訓的方式。培訓的內容應該涵蓋國際局勢和國家政策、人工智能知識和技能、教學方式和方法、智能社會道德和倫理等。培訓形式可采取自學加培訓、線上加線下、短期加長期等多種方式。學歷提升教育也是有效解決師資專業化的重要渠道。允許教師根據自己的情況靈活選擇。

另外，要定期組織教研活動，對不同學段人工智能知識以及技能的內容、難度、教法等進行理論、實踐等多方位的研討。鼓勵教師編寫優秀課例，組織教學大賽，獎勵優秀教師。

2. 大力加強課程建設。

開設人工智能課程，普及人工智能教育是國家教育方針政策，也是時代發展所需。需要從課程標準、課程內容、課程教法、評價方式等多個角度進行研究，以確保課程質量。在國家課標的框架下，應盡快編寫地方教材，結合呼和浩特市學生實際情況制訂切實可行的培養目標、設計難易適中的課程內容、制定可測可量的評價標準，切實做到以學生為中心，因材施教。

3. 盡快落實普及人工智能教育所需的各項教學條件。

人工智能課程是培養學生解決問題能力的課程。應該配備必要的硬件、軟件、平臺等以激發學生的學習動機，提升學習效果。在條件允許的學校建設人工智能實驗室，為學生提供相對真實的環境，拓展學生的思維，培養學生解決實際問題的能力。

4. 加強教學支持系統建設。

政府需要制定政策、投入資金解決課程建設、人才培養、實驗室建設、實驗裝備等現實困難。學校需要凝聚和團結社會力量，充分發揮高校、企業、社區、家長在人工智能教育中的作用，在師資培養、進校授課、實驗室建設、社會實踐等多方面為學生提供全方位的支持。

5. 推進校外活動開展。

校外活動是校內課時不足導致學生無法深入系統學習的重要補充。學校應該組織各級各類的校外活動，鼓勵學生參與，讓學生在合作與競爭中培養交流、合作能力，提升抗壓能力。在團隊共同解決問題的過程中，發展學生的批判性思維和創新意識。