澳門中小學開展人工智能教育的經驗、問題與未來舉措

李樹英

摘要：在中小學開展人工智能教育是國家培育未來人才、提升核心競爭力的重要戰略舉措。作為中華人民共和國特別行政區的澳門，在中小學人工智能教育方面已進行了積極的探索，如通過試點學校探索了中小學人工智能的課程與教學新模式，利用教師工作坊組織和培育了中小學人工智能教育的專業師資，以及為學生搭建人工智能交流與學習平臺等。但是，澳門中小學人工智能教育仍然面臨頂層設計缺乏和專業師資短缺等問題，不利于其從試點開展向普及推廣拓展。我國內地人工智能教育強調頂層設計的經驗和香港地區強調的高校引領與多方協同開發教材的做法，為澳門未來推動中小學人工智能教育提供了參考。具體而言，一方面澳門特別行政區政府應出臺相關政策文件，為中小學人工智能教育提供制度保障和政策指引;另一方面應合力設計和開發高質量的教材，創新課程教學形式，培育優質師資力量，深化校企協同合作，從而確保澳門中小學人工智能教育的普及發展與質量提升。

關鍵詞：人工智能教育;師資培育;教材研發;澳門中小學

中圖分類號：G434? ?文獻標識碼：A? ? 文章編號：1009-5195（2022）04-0041-07? doi10.3969/j.issn.1009-5195.2022.04.005

一、研究背景

隨著顛覆性技術的迅猛發展，人工智能已成為國際競爭的新焦點和經濟發展的新引擎。在中小學開展人工智能教育，為國家培養具備21世紀競爭力的人才，是我國搶抓人工智能發展制高點的重大戰略之一。2017年國務院在《新一代人工智能發展規劃》中提出，要“完善人工智能教育體系，加強人才儲備和梯隊建設”，“實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育”（中華人民共和國中央人民政府，2017）。2018年教育部印發的《教育信息化2.0行動計劃》，明確要求“將學生信息素養納入學生綜合素質評價”，“完善課程方案和課程標準，充實適應信息時代、智能時代發展需要的人工智能和編程課程內容”（中華人民共和國教育部，2018）。在此背景下，澳門特別行政區政府教育及青年發展局于2021年6月頒布了《非高等教育中長期規劃（2021—2030）》，將“加強創意與科技教育”作為未來澳門非高等教育的四個重要發展方向之一，并提出要“發展人工智能教育，培育學生未來所需的人工智能素養”（澳門特別行政區政府教育及青年發展局，2021a）。本文立足澳門中小學人工智能教育的發展現狀，通過借鑒香港和內地中小學人工智能教育的課程實施經驗，來審視和分析當前澳門中小學人工智能教育的不足，以期為其未來發展提供參考和鏡鑒。

二、澳門中小學人工智能教育發展現狀

從課程標準設立、教材開發、教學資源配置、師資培育等實際情況來看，當前澳門中小學人工智能教育的發展主要聚焦在如下方面：

1.試點學校先行，積極探索人工智能課程與教學新模式

通過教育發展基金，澳門在部分學校開展了人工智能教育課程的先導計劃，助力學校開展智慧教育。在各學校正式課程的設置上，目前澳門只有培正中學（包括小學部）、濠江中學兩所學校有專門面向每一個班級學生開設獨立的人工智能課程。其他學校雖然沒有設置獨立的人工智能課程，但是會將人工智能教育融入在STEAM課、設計與科學課、常識課等課程當中，比如部分學校在小學階段會在常識課中教授圖形化編程、文字編程等與人工智能相關的基礎知識。

澳門濠江中學于2020年11月舉行了“人工智能教育課程應用學校”授牌儀式，標志著“中央電化教育館中小學人工智能課程”在澳門地區的試點、應用與推廣正式開始（澳門濠江中學，2020）。濠江中學與科大訊飛公司合作，利用“AI 暢智言平臺”和“未來派人工智能套件”，在初一年級開設了人工智能課程，通過跨學科的項目式學習，把人工智能技術應用到不同情景中。例如，“未來超市”項目涉及 AI 綜合、數學、電腦和美術等4個學科，需要由各科教師分工合作完成（如圖1所示），他們通過跨學科、情景式的教學，能引領學生真切感受人工智能在生活中的應用（澳門特別行政區政府教育及青年發展局，2021b）。

澳門培正中學正式開設人工智能課程“數學AI”已有3年時間。目前該課程在該校中學部的開設學時、面向學生群體和使用教材的情況如表1所示。調研發現，該校開設的人工智能課程相較其他學校的最大特色在于，重視人工智能與數學的密切聯系。“數學AI”的任課教師為該校的數學教師，學生在學習諸如“操縱智能小車”“如何用傳感器檢測環境”“圖像處理”“自然語言處理”等人工智能相關課題時，除了要學會如何使用人工智能平臺、編程工具，以及與知識完成相關的任務之外，任課教師還會引導學生思考其背后與數學相關的理論。例如，高二“數學AI”課程以“自動駕駛”為背景，將數學知識和人工智能技術應用相融合，通過引導學生將一些自動駕駛技術應用上所面臨的問題化繁為簡，利用已學到的數學知識，將簡化后的問題通過Python編程來解決。這一學習過程有助于培養學生的計算思維，也能讓他們深刻感受到人工智能是如何滲透在數學等基礎學科以及日常生活中的（澳門特別行政區政府教育及青年發展局，2021b）。值得一提的是，該課程在開設之初，由于本校數學教師缺乏人工智能教學經驗，因此從校外聘請了人工智能相關機構的專業教師和本校數學教師共同協作來完成課程教學。隨著本校數學教師對課程的逐步深入了解和適應，現已過渡到獨立講授此門課程。

2.開放教師工作坊，培育人工智能教育專業師資

人工智能作為一種新型的課程，許多教師對其教學內容還不熟悉。目前澳門中小學人工智能教育課程基本上是由學校原有的數學、常識、資訊與科技等學科教師負責教授的。教師往往是在經歷一段短暫的培訓后就要“上手”進課堂進行實操教學，如何教授獨立的人工智能課程或者將人工智能融入到已有的學科中，這對于非人工智能專業出身的教師來說是不小的挑戰。

為加強人工智能教育的師資隊伍建設，澳門各試點學校和政府部門積極組織交流分享會和教師培訓活動。開設人工智能課程的試點學校經過教學實踐后，藉由澳門特區政府提供的各類交流平臺，積極向澳門其他學校分享經驗。如澳門特別行政區政府教育及青年發展局于2021年舉辦了人工智能教育教學案例展示活動分享會（見圖2），通過有關案例分享，為澳門本地區教師提供了人工智能教育實際操作的參考。這不僅有助于吸引教師積極參與人工智能教學，推動科技與教育的深度融合，而且也有助于提升教學成效和師生的人工智能素養。

此外，澳門特別行政區政府教育及青年發展局亦通過開展“內地優秀教師來澳交流計劃”系列活動、“科技教師工作坊—AI4Y—人工智能活動體驗”和“人工智能與數學教學初探”等主題培訓活動，幫助澳門中小學教師更好地適應并開展人工智能課程與教學，從而為更好地促進澳門人工智能教育發展提供充足且優質的師資力量。

3.開展學生交流，致力搭建拓展學生人工智能視野的平臺

近年來，澳門一方面積極組織學生參與內地的交流活動，如北京—澳門中學生科技合作交流活動、粵港澳青少年科技創新合作交流活動等;另一方面組織中小學生前往澳門高等院校參觀國家重點實驗室、觀摩澳門青少年機器人競賽等活動，促使中學生了解人工智能的前沿發展，不斷擴展其視野，并激發其對人工智能學習的熱情。

總體而言，澳門在中小學人工智能教育的探索階段已取得一定的成果，但目前仍未發布中小學人工智能課程標準，而且人工智能的專業師資仍處于短缺境況。人工智能教育在澳門中小學從試點開展到普及推廣，仍有很大的努力空間。

三、內地與香港中小學人工智能教育經驗借鑒

1.內地經驗：頂層設計，依據規劃和標準宏觀指導課程實施

隨著《新一代人工智能發展規劃》等國家政策文件的陸續發布，內地各中小學紛紛開展了人工智能教育的實踐探索。 2019年1月，教育部舉辦了中小學人工智教育項目成果發布會，會上宣布將北京、廣州、深圳、武漢、西安作為開展人工智能教育的第一批試點城市（柯進，2019）。在過去幾年中，內地中小學人工智能教育主要依托信息技術學科、科創課程、STEAM課程進行融合開展。部分學校根據學校發展及學生實際情況，編寫了人工智能教育校本教材，嘗試開展基于人工智能校本課程的教學實踐。例如，人大附中建立了面向全體學生的普及教育和面向少數學生的金字塔形“STEAM+人工智能教育課程體系”（周建華等，2018）。有的省份還自主開發了地方教材，如廣東省于2020年3月正式在實驗學校應用地方教材《人工智能》開展實驗教學，并于2021年對外發布教材。該套教材是全國首套經省級教材審定部門審定通過的中小學人工智能教材。教材面向3年級到8年級的學生，共12冊，每冊均涵蓋人工智能通識、人工智能應用、人工智能編程、智能機器人開發四大板塊。

雖然近年來市面上也陸續推出了多種人工智能教材，但還沒有國家層面的課程標準為其提供指導，因而使得各類教材質量參差不齊。2021年10月，中國教育學會中小學信息技術教育專業委員會發布《中小學人工智能課程開發標準（試行）》，從頂層設計的高度為中小學人工智能課程校本化開發和個性化實施提供了宏觀的指引依據。該課程標準從整體上提出了一套較為完整的課程體系，內容涵蓋“人工智能與社會”“人工智能與人類智能”“人工智能原理與技術”三大主題，主題下設“生活感知與調查實踐”“簡單模擬與推理實踐”“黑箱探究實踐”“AI硬件設計實踐”“原理揭示實踐”“AI程序設計實踐”六大核心實踐類型，并以核心實踐為支撐，根據學生發展情況將中小學人工智能教育劃分為四個學習階段（中國教育學會中小學信息技術教育專業委員會，2021）。

總體看來，內地中小學人工智能教育經歷了從多所試點學校的探索到經驗推廣后的日漸成熟的發展歷程。隨著國家層面人工智能教育課程標準的發布，中小學人工智能教育必將朝著更加系統化、科學化、規范化、普惠化的方向發展。

2.香港經驗：高校引領，多方合力協同推動教材研發

香港主要從特區政府宏觀政策、高校科研引領、基礎教育界教師實踐探索等方面合力推動其中小學人工智能教育的發展。香港創新及科技局于2020年發布《香港智慧城市藍圖2.0》，提出培育人工智能青年人才的策略和推行中學IT創新實驗室計劃（香港創新及科技局，2020）。在香港賽馬會慈善信托基金的資助下，香港中文大學及香港賽馬會自2019年起開展了為期3年的“中大賽馬會‘智’為未來計劃”，并于2021年9月發布了香港首套人工智能教學資源套——《香港人工智能教育初中課程——教學資源套》。該教學資源套由香港中文大學工程學院及教育學院教授團隊聯同6所先導中學共同編寫而成。教學資源套分教師版和學生版，并附有教學指引和教學案例，為教師教授這門新型的課程提供了切實的參考。教學資源套中富含許多具有香港本地生活特色的案例，涵蓋AI基本原理、AI于不同方面的應用、AI倫理和未來工作等課程，包括意識、知識、互動、能力強化、倫理及影響五大范疇，共有12個章節，合計55個課題，可供教師彈性取材進行教學（見表2）。此外，該套教材還設計了AI智能車CUHK-JC iCar、無人機等硬件以及網上學習平臺，有助于教師運用相配套的軟硬件工具進行AI教學，進而提升教學效果（中大賽馬會智為未來計劃，2021）。

香港本地高校和科研團隊具有良好的課程學理論基礎和開發能力，在推動香港中小學人工智能教育的發展上發揮了重要作用。依據香港本地中學一線教師的反饋，以前教師只能依靠個人自行在網絡上搜索資源進行教學，本套教材的出版有助于中學教師更加科學系統地開展人工智能教育教學。香港依據學生發展具體情況開發符合本地特色的人工智能教材這一做法，為澳門中小學人工智能教育的開展提供了一定的參考。

四、澳門中小學人工智能教育未來發展舉措

澳門中小學人工智能教育雖已取得一定成效，但對比內地和香港的人工智能教育現狀，其在保持自身獨特優勢的同時，仍可從中借鑒諸多寶貴經驗。未來，澳門中小學人工智能教育在從當前的試點探索階段走向普及推廣階段的過程中，仍需從政策制度保障、課程頂層設計、教學資源配置、課程師資培育等方面進一步完善。

1.出臺政策文件，為澳門中小學人工智能教育提供指引

澳門雖然已在2021年出臺的《非高等教育中長期規劃（2021—2030）》中提出要“發展人工智能教育”的愿景，但目前還未有專門針對人工智能教育方面的具體落實計劃。為進一步推動澳門中小學人工智能教育的普及化發展，澳門特區政府可根據當地實際發展需求，制定相關發展行動計劃。一是從戰略目標、工作任務部署等宏觀角度對澳門人工智能教育發展作出布局，促使社會各界共同為澳門人工智能教育的發展提供助力。二是從頂層設計澳門中小學人工智能教育的課程標準框架。澳門的中小學課程開發和教材選用長期以來已形成了自主開發、自由選用的多樣化特征，當前開展人工智能教育所使用的課程也是以參考國內外課程標準框架為主。如果能結合澳門本地實際發展情況，制定并發布澳門本地的課程標準框架及課程開發指引，則能更好地指導和推動澳門中小學人工智能課程建設，并促進人工智能教育的普及與深化發展。

2.合力開發適切課程，推動人工智能教育在澳門中小學的普及

設計和實施高質量的課程，是人工智能教育可持續發展的關鍵。當前澳門中小學人工智能課程正在經歷學校試點的摸索階段，已累積了一定的經驗，但其課程設計在系統性和科學性上仍有待進一步優化，具體可從以下幾方面進行努力。

首先，明確課程培養目標，引領澳門中小學人工智能課程開發。課程目標涉及“培養什么人”的問題，是課程開發與教材編寫的首要依據。2021年11月，中央電化教育館組織研制了《中小學人工智能技術與工程素養框架》，針對人工智能與人類、人工智能與社會、人工智能技術、人工智能系統設計與開發 4 個領域內容，提出了 12 個一級指標，以及對應的 31 個二級指標（中央電化教育館，2021）。這在一定程度上規范了中小學人工智能學科核心素養的基本內容與要求。當前澳門中小學人工智能課程在試點實施過程中，有部分教師對于“教什么”心存疑惑，其根本原因就在于缺乏明確的課程培養目標。中小學人工智能教育究竟是為了發展學生的知識與能力，還是培養何種素養，澳門應結合特區經濟、文化和學生發展需要，努力回答好“培養什么人”這一首要問題。

其次，開發彰顯澳門地區特色的地方課程內容與教材。當前澳門中小學人工智能教育還沒有本土教材，小學開展人工智能教育主要依靠教師搜索網絡資源等渠道自主編制課程內容以及相應的教材，中學則是利用企業開發資源或內地高校編制的教材。經歷幾年的試點教學，澳門一線教師在實際教學過程中，會結合學生實際情況和本土文化，在已有教材和教學資源的基礎上對教學內容進行刪減或增加。未來澳門可以在總結現階段實踐經驗的基礎上，嘗試開發地方課程與教材，促使澳門中小學人工智能教育更符合澳門青年的發展實際。具體而言，在課程內容和教材開發人員構成上，可以借鑒香港開發本地人工智能教材的經驗，通過地方教育行政部門、教育教研部門、高等院校與中小學校共同參與頂層設計，組成高校專家與中學一線教師合作研發團隊，共同開發內容適切精準的、適合澳門中小學生發展需要的人工智能教育課程，以及與教材相匹配的智能教學硬件和軟件。在課程內容和教材學段安排上，應當考慮人工智能課程內容從小學到中學的連貫性與科學系統性。例如，新加坡于2017年頒布“新加坡人工智能”（AI Singapore，AISG）計劃，推出了一套涵蓋小學、中學到全體公民的人工智能終身教育體系（徐鵬等，2022）。針對各年齡段特點，該體系的課程內容和難度逐級進階，其中小學階段著重人工智能啟蒙，中學階段則致力于為國家培養具有人工智能素養的人才。相較之下，當前澳門中小學人工智能課程內容較為零散，未來需針對不同學段學生的知識基礎與能力、心智發展狀況，設置適切的課程內容與教材，推動人工智能教育在澳門中小學的可持續發展。

再次，創新人工智能課程教學形式。人工智能課程與未來社會各個領域的生產和生活息息相關，具有很強的應用性特點。因此，人工智能課程在教學形式上應注重將知識與生活情境相結合，幫助學生在具身化的體驗式學習中獲得對人工智能的理解（Yang，2022）。具身化課程建設應包含三個基本維度：一是回歸生活世界，促進課程敘事框架與學生學習軌跡的融合;二是引入具身體驗，實現學習者身心與環境的不斷互動;三是整合技術功能，為實體課程建設提供強大的中介工具（Wang et al.，2018）。這一框架對澳門中小學人工智能課程教學具有啟發性。如何更好地設計課程與教學形式，將人工智能的抽象知識概念融入具象的情景體驗中，促進學生將課程概念應用于實踐生活中，是未來人工智能課程教學需要進一步深入探索的方面。

3.培養優質師資力量，促進人工智能教育教學質量提升

教育教學質量提升需要優質的師資作為保障。當前澳門人工智能教育的教師仍是緊缺的，這也是制約澳門中小學人工智能教育發展的一個重要因素。澳門《非高等教育中長期規劃（2021—2030）》提出，要“培養師資，以適應未來教師須具備創意與智慧教育等相關教學能力，并著重整合科技到學科內容和教學法中，優化教學及促進教師專業發展”（澳門特別行政區政府教育及青年發展局，2021a）。目前澳門仍存在中小學人工智能教育師資培訓不夠系統化的問題，為此可從以下幾方面著手改進：一是重視各科任教師的在職系統培訓。人工智能是一個多學科交叉的綜合領域，未來人工智能教育也應當融合在多個學科之中，因此需要多個學科的教師共同努力。在師資培訓上，可根據人工智能與各學科之間的聯系設計系統的培訓。以澳門培正中學的“數學AI”課程為例，數學教師在教學實踐之初，其實并不熟悉人工智能領域的知識，他們先是通過與校外機構專業人士進行協作教學，后來逐步過渡到獨立擔任課程的主講教師。未來在師資培訓上澳門可以繼續以此為借鑒，邀請校外人工智能專家開展教師研修活動，幫助本校在職教師學習人工智能專業知識，并將其與其他基礎學科進行更好地融合，從而促使本校各相關學科的教師逐步具備勝任教授人工智能課程的能力。二是大力引進人工智能教育方面的人才。一方面，人工智能作為新興的專業，國內外許多高校已經陸續開設了該專業的學位課程，比如從我國教育部近幾年在普通高等學校本科專業備案和審批結果的公示名單中可以發現，多所高校已獲得了人工智能專業建設的資格。因此，澳門各中小學可有計劃地從國內外高等院校招聘人工智能相關專業的畢業生，作為未來人工智能教育教學的中堅師資力量。另一方面，可聘請人工智能相關科技企業或高等院校的專家擔任兼職教師以充實師資力量，通過舉辦“專家進中小學課堂教學”等活動，讓學生了解人工智能領域的前沿發展，激發他們對人工智能的學習興趣。

4.深化校企協同合作，助力人工智能教育不斷發展

人工智能作為引領未來發展的戰略性技術，其背后需要依靠一批高尖科技企業和科研人才的支撐。中小學肩負著為社會培養未來人工智能人才的任務，然而在現實中許多學校受限于辦學條件，無法購買價格高昂的前沿人工智能產品，導致課程只能停留在理論知識講授或較為粗淺的編程層面。鑒于此，中小學人工智能教育要向縱深發展，就不能單純局限于本校的課堂教學。除了上述提到的將企業的師資力量“引進來”之外，還應該通過校企合作的形式，將企業的人工智能產品“引進來”。此外，中小學還需要做到“走出去”，去到各前沿科技企業現場、科技館等場所感受人工智能的研發、制造與應用。通過校企合作的方式，使人工智能教育在中小學當中得以真正地開展起來。澳門特區政府在這方面已經有了很好的進展，正在統籌完善澳門科技館的人工智能研學基地，并探索聯合相關的科技企業開拓科普教育產業化的路徑。

總之，人工智能已經滲透到社會生活的方方面面，普及人工智能教育是教育走向現代化，以及培養學生適應未來社會所需能力的重要舉措。在全球人工智能教育如火如荼的風潮之下，澳門將順應時代發展的需要，努力為當地培養未來科技發展所需人才作出應有貢獻。

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