中小學人工智能教育現狀及發展策略

郭芳竹，劉光潔，劉 妍

(長春師范大學計算機科學與技術學院，吉林 長春 130032)

0 引言

近年來，人工智能作為新一代的產業革命和科學技術正在興起，有關人工智能發展的新模式和新應用加速涌現出新，并且深刻影響著世界經濟、生活方式和社會發展等方面。

2017年7月國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》[1]提出，到 2030 年，我國人工智能理論、技術與應用總體要達到世界領先水平，成為世界主要人工智能創新中心。要實現這一宏偉目標，人才培養是重中之重。對此，《新一代人工智能發展規劃》明確指出要在中小學階段設置人工智能相關課程，并逐步開展全民智能教育項目。

1 中小學人工智能教育現狀

1.1 國外人工智能教育開展情況

在美國，計算機科學在初等和中等教育階段被列為重點教育項目。學校用STEM教育來開展人工智能教學[2]，用Scratch等編程軟件創新性地操控機器人，著重培養學生在人工智能方面的創新思維。此外，美國還建立了機器學習與人工智能委員會，提供人工智能政策咨詢服務，督促研發人工智能技術及人工智能教學。

日本大力鼓勵學生與企業合作，培養高水平的人工智能人才。在中小學人工智能教育中，根據學生身心發展階段的不同，螺旋式提升學生對人工智能技術的熱愛和動手操作能力[3]。將中小學信息技術課程設置為必修課程，著重培養學生的編程思維和信息道德。

法國于2018年出臺了國家級戰略報告《AI 造福人類》。其更重視學生在人工智能方向的專業訓練，著手AI教育領域的科研實驗，加大對教育技術的基金投入，讓新型教育產品步入教育市場，加強與互聯網教育企業的合作交流。同時，法國強調人工智能產業要受到法律和道德的雙重約束，讓人工智能教育產業服務于教育體系。

新加坡大力推廣少兒編程教育，將計算機編程作為一門考試科目。2017年發布《新加坡人工智能戰略》[4]，提出了“人工智能學徒計劃”，目的是培養人工智能學徒，為更多人才提供就業機會。此外，新加坡還推出了系列兒童人工智能、學生人工智能、工業人工智能、人人數據分析的視頻課程，幫助全民學習人工智能技術。

1.2 我國中小學人工智能教育開展情況

1.2.1 中小學人工智能師資情況

繼《新一代人工智能發展規劃》之后，國家在2018年4月和9月又先后出臺了《高等學校人工智能創新計劃》和《關于人工智能背景下中小學編程教育發展的建議》，提出要鼓勵和支持高等師范院校計算機學院設立人工智能相關專業，提升中小學人工智能教師的數量和質量，為進一步落實“人工智能從娃娃抓起”的理念奠定基礎。從2018年起，先后批復開設人工智能本科專業的院校345所，其中師范院校42所。

1.2.2 中小學信息技術課程開展現狀

目前中小學人工智能課程單獨開設正在部分地區試行，絕大多數地區仍然只開設信息技術課程，但在創客課程內容上側重人工智能，而且各地內容不同，有Arduino創意開發、樹莓派和Python編程等。主要內容是讓學生了解人工智能是什么及人工智能的應用領域，學會人工智能的初步編程并進行創意開發。在學生心中撒下人工智能的種子，方能切實提升新時代少年的創新思維和能力。

2 中小學人工智能教育存在的不足

2.1 人工智能教育教學資源不均衡

廣州等一線城市的中小學已單獨開設人工智能課程，正式使用人工智能教材，實驗資源完備；部分地區的學校有創客教育實驗室，但沒有專業的人工智能師資，只有信息技術教師，可以借助部分實驗資源，讓學生簡單了解人工智能；有些地區的中小學沒有設立人工智能實驗室，甚至全校僅有一名信息技術教師，還是其他學科教師轉崗而來。可見，不同地區人工智能的教學資源嚴重不均衡。

2.2 人工智能教育教師培養不充分

2.2.1 高校人工智能師范生培養人數不足

目前中小學缺少既具備人工智能專業知識又具備教育方法的人工智能教師，這主要有以下兩方面原因：一是中小學人工智能教育不納入中考和會考的科目范圍，人工智能師范生對口就業學校招聘教師名額較少。師范生就職成功后，在學校除承擔信息技術教學外，還需要負責全校的電腦、網絡維護等工作，工作繁重。二是隨著互聯網的快速發展，企業對計算機類人才的需求量日益加大，甚至不惜以高薪“搶人”，致使部分師范生在畢業之后選擇進入企業工作。有資料表明，現有中小學信息技術教師團隊中，僅有不到35%的教師是出身信息技術專業的師范生，這些教師可以為學生講解部分人工智能課程。

2.2.2 在崗人工智能教師的教學質量不高

據調查，吉林省某區現有中小學31所，信息技術教師共計63名，其中具備博士研究生學歷的僅有2人，具有碩士研究生學歷10人，具有本科學歷的教師人數最多(48人)，本科以下學歷教師3人。平均每所學校僅有兩名信息技術教師。在崗人工智能教師數量不足，而且教師可持續發展的動力有待提升。

在職人工智能教師對本課程的認可度不高，他們認為人工智能課程在中小學并非主流學科，因而教學積極性不高，教學改革動力不足，只追求完成教學任務，不考慮教學質量，對學生學習缺乏引導。

2.3 人工智能教育課程開發不完善

關于中小學人工智能課程的開發，無論是國家級課程、地方課程還是校本課程，都缺乏完善的課程體系，教學內容過于碎片化，教育內容難以確定，目標難以明晰。另外，每個學段間的人工智能教育內容聯系不夠緊密，這不利于學生計算思維的培養與技能學習，同時也使得教師難以把握學情，導致教學目標與教學效果之間有落差。因此，亟需制定統一的中小學人工智能教學內容標準，加快課程體系開發。

2.4 人工智能教育受重視程度較低

學生家長對人工智能課程的不了解、不重視，直接導致學生對人工智能課程學習的消極和敷衍態度。我們在某中學外隨機采訪了多名家長，其中60%的家長根本沒聽說過人工智能或者創客教育，也不知道人工智能課程具體包括哪些內容；25%的家長對人工智能有一定的了解，但不全面；僅有5%的家長了解人工智能教育并十分支持學校大力開展相關課程；另有10%的家長拒絕訪談。由于人工智能課程并不影響升學考試的結果，多數學生家長認為在中小學開設人工智能課程不是非常必要的。

3 中小學人工智能教育發展的建議

3.1 加大人工智能教育的資金投入

為了推進中小學人工智能教學資源建設，政府應加大對落后地區中小學人工智能教育的資金投入，為當地學校配備人工智能教學實驗室等相關資源。對于不發達地區，國家應支持不同學校的學生跨校學習，共同使用一個人工智能教學實驗室，分批次進行操作。隨著教育技術的發展，教師的教法和學生的學法也發生了變化。線上線下混合式教學使學生從傳統的課堂學習轉向了不受時間和空間約束的學習，并且線上錄播課程可以讓學生反復觀看學習。國家鼓勵創建線上共享的自主學習平臺，將知識點通過媒體手段以通俗易懂的形式向學生呈現，為學生提供學習所需的豐富電子資源以及能與教師直接進行交流的網上論壇，使偏遠地區的學生也能共享到與城市學生同樣的學習資源。

3.2 提升人工智能教師的教學水平

作為走在科技前沿的教師，要隨時關注人工智能領域的風向標，注重專業知識的拓展。學校應鼓勵教師定期參加培訓，更新教師知識體系，激發教師的主體能動性。同時，學校要重視對人工智能教師心理素質的培養，做好教師的意識形態工作。

重視高等學校人工智能師范專業的人才培養是十分必要的。對于設置人工智能專業的高等師范院校，政府應加大支持力度，適當增加高校師范專業的招生人數。高校要認真落實國家制定的培養人工智能教師的標準，注重師范生培養。學生在校學習期間，要進入中小學進行教育見習、教育實習和教育研習，不斷提高自身的專業能力和教學水平。

中小學要嚴格把控教師的教學質量，綜合評定教師教學效果。教師可結合學生特點，創設情境，營造氛圍輕松、助于思考的課堂，將人工智能專業知識有效地傳授學生，有效地調動學生學習積極性。同時，教師可以運用以賽促學的方式，加深學生對創客及人工智能的認識。

3.3 完善人工智能課程體系

中小學應確立人工智能課程教學目標，豐富教學內容，組織人工智能課程的優秀教師、高校知名學者以及企業專家共同參與人工智能課程的開發，開發出一套適合中小學生身心發展的人工智能課程體系。學校在開設人工智能課程之前要先做好定位，組織校內外教師進行校本教材開發，結合區域特色開辦校本課程。人工智能雖然是新興學科。但它并不是一門孤立的學科，教師在教學過程中要關注人工智能課程和其他學科之間的聯系，站在學生的角度去考慮，如何通過人工智能課程促進學生的身心和智力發展，使人工智能課程變得更具科學性和知識性。

3.4 宣傳人工智能教育的重要性

人工智能正在影響社會的各行各業，是引領未來的先進技術。中小學可以在家長會上進行人工智能課程內容的科普工作，讓學生家長充分認識到開設人工智能課程的必要性。人工智能課程可以有效地加強學生發現問題、解決問題的能力。在人工智能課上，學生經過小組合作與探討，能夠提升合作意識以及交往能力，激發邏輯性思維和創新性思維。

4 結語

中小學人工智能課程作為新興課程，存在教學資源分布不均衡、教學水平不高等諸多問題，課程體系有待進一步完善。在中小學普及人工智能教育任重而道遠，只有立足教學一線，廣泛調研，認真梳理，盡快出臺中小學人工智能課程標準，才能深入推進人工智能教育政策的實施。