中小學人工智能教育區域推進的困境與突破*

丁世強 馬池珠 魏擁軍 杜曉敏 王志樂

中小學人工智能教育區域推進的困境與突破*

丁世強1馬池珠2[通訊作者]魏擁軍3杜曉敏4王志樂4

（1．山東師范大學 教育學部，山東濟南 250014；2．山東師范大學 發展規劃與學科建設處，山東濟南 250014；3．山東師范大學 傳媒學院，山東濟南 250014；4．濰坊市教育信息化研究院，山東濰坊 261000）

中小學人工智能教育區域推進對于提升區域教育治理能力、優化區域教育資源配比具有重要價值，但在其實際推進過程中面臨制度、資源、協作、師資等多方面現實困境。針對這些困境，文章首先借鑒復雜適應系統理論，闡釋中小學人工智能教育區域推進的突破機理。隨后，文章以濰坊市中小學人工智能教育實踐為例，對其制度完善、空間打造、課程建設、教師培養等核心內容進行系統分析。最后，文章從政府引領、主體協同、生態搭建、課程開發、教師培訓五個維度提出中小學人工智能教育區域推進的實施路徑，以期為我國中小學人工智能教育區域推進提供參考，并助力中小學人工智能教育的可持續發展。

人工智能教育；區域推進；中小學；CAS理論

近年來，隨著大數據、物聯網、云計算、VR等新興技術的迅猛發展，人類社會逐漸步入智能時代。培養公民與智能時代相匹配的能力素養，增強公民對智能時代的深度認知，推動人工智能教育的縱深發展，已然成為智能時代的重要課題[1]。2017年，國務院出臺《新一代人工智能發展規劃》，強調在義務教育階段開設人工智能課程、編程課程等，以培養智能時代創新型人才[2]。2018年，教育部發布《高等學校人工智能創新行動計劃》，提出在中小學階段構建層次多樣的人工智能教育體系，普及人工智能教育[3]。2019年，教育部印發《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》，指出要在中小學階段逐步推廣人工智能教育，增設人工智能相關課程[4]。然而，中小學人工智能教育作為一種新型教育形態，其具體推廣工作涉及政府、高校、企業、科研機構、中小學等多個主體，以及政策、理念、環境、課程、培訓等多個關鍵要素，因此如何實現各主體之間相互配合和各要素之間相互適應，以協同推進中小學人工智能教育的有效開展，是能否實現我國中小學人工智能教育可持續發展的關鍵，而加快探究各地區有效開展人工智能教育的途徑和策略也因此具有了重要的理論和實踐價值。

一 中小學人工智能教育區域推進面臨的現實困境

目前，我國無論是中小學人工智能教育的整體推進還是區域局部推廣仍處于探索時期，其相關推進的模式和策略研究相對欠缺。中小學人工智能教育在區域實際推進的過程中面臨制度、資源、協作、師資等多方面現實困境，嚴重阻礙了我國中小學人工智能教育的整體發展。

1 制度困境：人工智能教育推進政策制度不完善

區域政府在推進中小學人工智能教育的過程中面臨多重制度困境，主要表現為：①頂層設計不具體導致實踐難以落地。近年來，國家層面已陸續發布《新一代人工智能發展規劃》《高等學校人工智能創新行動計劃》等文件，明確提出人工智能教育的發展要求，但僅有部分地區（如廣州、廈門、青島等）制定了人工智能教育的相關實施政策[5]，而大多數地區還缺乏相關的落地性政策。②推進主體權責不明影響推進效果。人工智能教育區域推進涉及不同層級、不同類型的部門機構，這些機構或互不隸屬、或承擔不同職責，因而其責任邊界模糊，容易造成權力和責任劃分不清，形成“多中心”態勢，導致區域人工智能教育推進主體的執行力弱化。③協作機制不完善阻礙推進效能。由于區域缺乏統籌協作的管理機制，不同部門之間缺乏有效的溝通和協作，各部門的工作相對分散、獨立，部門之間、學校之間呈現出“各自為政”的局面，導致區域內的人工智能教育只能零星開展。

2 資源困境：缺乏統一標準的課程或教材

人工智能教育屬于新型學科，目前我國尚未制定統一的人工智能教育教材標準，各中小學主要采用地方教材和校本教材進行授課。通過對國內已有的人工智能相關課程或教材進行搜集、整理，本研究發現全國各地已推出數十種中小學人工智能相關的課程或教材，如表1所示。其中，北京、廣州、深圳、青島等地區雖已開發出系統化的課程體系[6]，但各地區的課程或教材并非依據統一的標準進行設計、開發，而是基于當地已有的資源條件進行獨立開發，導致課程或教材的類型五花八門，課程設計水平參差不齊，且課程目標、設計思路、教材內容、評價方式等差異較大。而課程體系存在的學段間缺乏銜接性、學科知識呈現碎片化、內容結構缺乏系統性、課程內容缺乏全面性等問題，導致課程建設未能與國家發展戰略相一致[7]。

表1 中小學人工智能相關的課程或教材

3 協作困境：區域推進缺乏外部力量的有效協同

各地區中小學是人工智能教育推進的內部力量，而區域教育部門、高校、科研院所、企業團體等通過提供人力、物力、財力形成外在推力——只有當這兩種力量向度趨同，形成人工智能教育區域推進的合力，才能推動人工智能教育實現全方位的滲透式發展。就人工智能教育的發展現狀而言，中小學人工智能教育的資金投入、資源輸送等環節主要依賴于區域政府部門，若政府資金或資源補給鏈出現“斷裂”，學校層面就會面臨實施受阻的困境。加上人工智能教育尚處于起步階段，其相關的課程體系、教育資源、設施建設等環節都還不完善，僅依賴于教育部門顯然會力不從心。而高校、企業、科研院所等社會團體機構的存在感和參與性不強，與中小學缺乏深度溝通與協作，導致社會層面的技術、資金和智力優勢在區域中小學人工智能教育推進的過程中尚未充分地發揮出來，也在一定程度上阻礙了區域人工智能教育的整體推進。

4 師資困境：人工智能師資匱乏且專業素養薄弱

教師隊伍是人工智能教育推進的主體力量。伴隨著人工智能教育的深入發展，人工智能教師的數量不足、專業素養薄弱等問題日愈加劇。據調查，國內中小學人工智能相關課程的授課教師一般由信息技術或通用技術教師兼任，多數為“半路出家”，致使人工智能教師的素質難以保證[8]。當前，人工智能教育面臨的師資困境主要表現為：①人工智能專業教師數量不足。早在2018年，國家層面就已頒布《高等學校人工智能創新計劃》，提出要在本科師范院校開設人工智能相關專業，以解決中小學人工智能教師數量不足的問題。但自2018年以來，國內開設人工智能相關專業的本科師范院校僅為42所，導致人工智能專業教師的儲備嚴重匱乏[9]。②人工智能專業教師培訓效果不佳。由于教育部門對人工智能學科缺乏足夠的重視，針對人工智能專業教師的培訓工作尚未系統化開展，故人工智能專業教師培訓的力度不足、覆蓋面小、成效差[10]。

二 中小學人工智能教育區域推進的突破機理

復雜系統往往處于“非平衡”“非線性”的狀態，導致系統內各主體存在非線性相互作用，而這種相互作用反過來又會促進系統的發展，表現為復雜系統具有了某種“自發性”和“適應性”，這就是Holland[11]提出的復雜適應系統（Complex Adaptive System，CAS）理論。CAS理論揭示了系統內部各要素的相互作用是系統發展的實質，強調系統和系統內各主體的整體性、協作性、適應性、開放性等特點[12]。中小學人工智能教育區域推進并非自上而下的簡單線性推進，而是諸多主體、要素相互適應和共同作用的結果。從CAS理論的視角來看，中小學人工智能教育區域推進的實質是各主體、要素相互作用并產生適應性變化的過程。在這個過程中，各主體充分承擔各自的職責、發揮各自的優勢，形成人工智能教育推進的合力，并通過政策引領、課程開發、主體協同、教師發展等工作逐步突破中小學人工智能教育區域推進的困境。

1 統籌區域整體發展，重視外部政策環境建設

CAS理論認為，當復雜系統處于混沌、非平衡態時會對外部環境更加敏感，而忽視外部環境對系統的潛在影響，會導致系統具有不可預測性和不可控性[13]。目前，區域人工智能教育尚處于起步階段，各地區人工智能教育的相關措施尚未系統化實施，人工智能教育正處于發展的“敏感期”“混沌期”，忽視外部環境尤其是外部政策環境對區域人工智能教育的潛在引領作用，會阻礙區域中小學人工智能教育的發展進程。因此，應重視區域中小學人工智能教育政策環境建設，提前規劃區域人工智能教育發展藍圖。

2 凸顯課程的開放性和融合性，體現人工智能學科特色

CAS理論強調系統和系統內各主體的開放性，而開放是系統內各主體與外界環境之間實現物質、能量、信息傳遞的前提，也是實現自我發展的基礎[14]。但是，目前國內缺乏統一標準的課程或教材，對人工智能教育的認識也不到位，容易將中小學人工智能課程窄化為編程教育、機器人教育，導致課程內容缺乏一定的開放性和融合性，且忽視了人工智能教育的跨學科性、實踐性、技術性等學科特征。因此，區域中小學人工智能課程資源的開發應凸顯人工智能課程的開放性和融合性，充分體現人工智能學科特色。

3 重視各主體非線性相互作用，形成區域推進共同體

CAS理論提出，系統內各主體之間存在某種非線性關系，系統的功能并非各主體功能的簡單線性疊加，而是取決于各主體的匹配程度，各主體非線性相互作用會直接影響整個系統的運作效果[15]。中小學人工智能教育區域推進工作具有多主體性，意味著僅依靠某個單一的主體難以實現人工智能教育的整體推進，因此需要充分調動區域內相關的社會力量，形成以政府為主導，各高校、企業、科研機構、中小學等協同參與的區域推進共同體，并秉持“互聯互通、互學互助、協同推進”的協作理念，深入挖掘并發揮各主體的優勢和特長。

4 提供全方位發展機會，吸引人工智能教師主動參與

CAS理論認為，系統內各主體具有主動性，各主體通過主動與外部環境進行相互作用，可以增強各主體對外部環境的適應性，并進一步促進系統的整體性進化與發展[16]。因此，充分調動各主體的主動性才是系統發展的關鍵動因。人工智能教師是人工智能教育推進的主體力量，是人工智能教育發展的重要支撐[17]。人工智能教師的參與度與專業能力，是人工智能教育區域推進的關鍵。而能否為人工智能教師提供自我發展和自我實現的機會，是人工智能教師能夠主動參與并力求發展的前提。因此，應為人工智能教師提供全方位發展機會，以充分調動其積極性，吸引更多有能力的教師主動參與其中，以更快地推進中小學人工智能教育區域發展。

三 濰坊市中小學人工智能教育實踐案例分析

山東省濰坊市在推進人工智能教育區域發展方面進行了長達十余年的積極探索，積累了豐富的實踐經驗，探索出了一條市域中小學人工智能教育區域推進的新路徑，已成為培養智能時代學生所需核心素養的重要載體和落實立德樹人的重要途徑，并實現了區域中小學人工智能教育的特色發展。鑒于此，本研究以濰坊市中小學人工智能教育實踐為案例，對其制度完善、空間打造、課程建設、教師培養等核心內容進行系統分析，并總結濰坊市人工智能教育的推進方式與實施路徑，以期為中小學人工智能教育區域推進提供案例參考。

1 完善人工智能相關制度

①出臺政策文件。2004～2021年，濰坊市先后出臺了《義務教育階段編程課程指導意見》《青少年人工智能科學院建設標準》等12項與人工智能教育有關的政策文件，內容涉及組織領導、實施策略、基礎保障、激勵評價等多個方面，為高標準普及人工智能教育提供了政策依據和標準遵循。②規范管理機制。濰坊市建立了責權明確的管理機制，并積極動員全市相關責任部門參與其中，明確劃分各部門的職責權限，形成了以市教育局為主導，各縣、區教育部門協助，各鄉鎮、街道深度參與的人工智能教育工作管理機制。③明晰組織架構。為實現區域內相關教育部門的有效聯動，濰坊市建立了市域、縣域、鎮域、校域“四位一體”的組織結構，并堅持“自上而下協同育人，自下而上挖掘典型”雙向實踐統籌；同時，以國家政策文件與先進理論為指導，以區域均衡協調發展為導向，以完善政策體系為保障，以實踐創新為重點，切實保障區域內中小學人工智能教育的有效落地。

2 打造人工智能學習空間

①創建公共人工智能學習環境。自2020年起，濰坊市按照“政府主導、企業建設”的思路，采取“資源整合、市場運營”的方式，建成了15處人工智能學習體驗公共中心、13處青少年人工智能科學院。這些公共人工智能學習環境的創建，不僅解決了校內人工智能學習環境單一且重復投資建設的弊端，實現了區域內學習環境的集約化建設與運營，而且極大地豐富了學生的學習和實踐體驗。②打造人工智能云學習平臺。濰坊市教育局與華中師范大學、曲阜師范大學、濰坊市科技局等機構建立了戰略合作關系，并統籌打造了濰坊市中小學人工智能云學習平臺，可提供各類泛在化學習資源，供學校師生免費使用，成為了學校教育的良性延伸。③組建人工智能實驗室。為培養學生對人工智能技術的深度感知并提升其應用能力，濰坊市引進了語音識別、機器學習、虛擬現實等智能設備，組建了集體驗、教學與應用于一體的人工智能實驗室。

3 建設課程體系與課程資源

①構建立體交叉的課程體系。濰坊市立足學科的目標定位和學生的個性化發展需求，著力構建具有生活化、情景化、科學化的人工智能基礎教育課程體系，逐步形成了面向中小學的“普惠型+特色型+競賽型”課程結構，滿足了不同學生的學習和發展需求。②開發多元融合的課程資源。為滿足區域內學生的多元化學習需求，濰坊市開發了種類多樣的線下教材和線上配套學習資源（根據資源內容，可劃分認知類、體驗類、實踐類、競賽類等不同類型），并基于項目式教學、問題式教學和案例式教學實現了不同學科知識的有效融合。

4 開展多渠道教師培養

①引入“外智”，組建人工智能教育研究共同體。濰坊市教育局與華中師范大學、曲阜師范大學、浪潮集團等機構合作，組建了人工智能教育研究共同體，并實施聯合育人計劃，積極尋求學術和科研引領，廣泛引進義務教育階段的人工智能教育相關研究成果。②構建師資“1+N”模式，打造“一專多能”教師隊伍。針對人工智能課程體系的跨學科特性，濰坊市構建了以信息技術教師為核心、其他學科教師共同參與的師資“1+N”模式，并通過教研引領、學習跟進、能力認證、活動提升等方式，促進教師專業成長、實現“一專多能”。③組織各類教育培訓活動。例如，濰坊市教育局與市教科院、市科技局等部門聯合舉辦“人工智能教師在線公益培訓”，其針對不同課程類型，實施“多元分層式”培訓，重在提升中小學人工智能教師的跨學科教育教學能力。再如，濰坊市教育局組織各縣、市分管局長和中小學校長赴浙江大學參加“未來教育培訓班”，以進一步提升管理者的智能教育領導力和執行力。

四 中小學人工智能教育區域推進的實施路徑

濰坊市中小學人工智能教育實踐案例的分析表明，中小學人工智能教育作為一種新型教育形態，涉及政府、高校、企業、科研機構、中小學等多個主體，其在實施過程中需要將政策、理念、環境、課程、培訓等多個要素進行統籌整合。基于此，本研究以CAS理論為指導，從政府引領、主體協同、生態搭建、課程開發、教師培訓五個維度，提出中小學人工智能教育區域推進的實施路徑。

1 發揮區域政府的“頭雁”效應，指引區域推進方向

區域政府是人工智能教育區域推進的引領者，因此區域政府需發揮“頭雁”效應，強化其引領作用和監督職責。也就是說，區域政府需根據區域內中小學人工智能教育的發展需求和實際問題進行整體規劃、合理布局，厘清中小學人工智能教育區域推進的首要任務，明確各級教育部門的具體任務，以順利開展區域推進工作，具體包括：①健全制度體系。區域政府需依據國家的政策要求，結合區域內的教育現狀，厘清區域內人工智能教育推進面臨的問題，制定相應的政策文件，不斷完善區域人工智能教育制度體系。②明確部門職責。區域政府需推行嚴格責任制，明晰各級教育部門的職責權限，使不同部門既能做好分工，又能搞好合作。③開展實時監督。區域政府需設立監管部門，實時監督各部門責任主體的中小學智能教育相關工作進度和區域推進情況，以確保區域中小學人工智能教育有序、有效推進。

2 構建多主體協同參與機制，形成區域推進合力

中小學人工智能教育區域推進具有多主體性，故應形成政府、高校、企業、科研機構等部門協同參與、各中小學積極配合的推進模式，同時加強教育行政人員、人工智能專家團隊、智能教育企業、人工智能骨干教師的持續跟進指導，以形成區域推進合力，共同促進“政、校、企、研”的跨界合作，具體包括：①政府需發揮整體規劃、統籌協調、資金投入、監督監管等職責，為中小學人工智能教育區域推進提供政策引領、資金支持等；②高校需為政府決策提供科學的理論指導，并為政府的整體規劃、政策引領、推進方式等提供必要的智力支持；③企業需發揮技術優勢，為區域中小學人工智能教育提供有力的智能化教育設施和教育資源支持，并參與對一線教師的指導和培訓工作；④科研機構需發揮學術科研優勢，聯合高校、企業共同開發適合本區域的中小學人工智能課程體系；⑤各地中小學需主動投身區域推進實踐，確保中小學人工智能教育的有效落地。

3 搭建智能教育生態系統，夯實區域推進基礎

智能教育生態系統是人工智能教育發展的基礎，而搭建智能教育生態系統既需要顯性智能設施的支撐，也離不開隱性社會氛圍的熏陶[18]，具體包括：①強化人工智能教育空間建設。智能化教育基礎設施建設既是教育信息化推進的發展要求，也是人工智能教育發展的內在需求[19]。基于此，區域教育部門需積極投身人工智能教育空間建設，尤其是要重點建設智能化教育基礎設施，通過匯聚高校、企業、科研機構等多方社會力量，引進先進智能技術設備，打造各類公共人工智能學習場所和人工智能實驗室，為學生提供豐富的人工智能學習和體驗場域[20]；同時，積極提供資源、技術、資金等多維度支持，并利用大數據、云計算等現代信息技術搭建智能化學習服務平臺，以利于學生便捷地開展智能化學習。②營造健康的人工智能教育氛圍。首先，構筑市、縣、社區、學校全方位的人工智能教育立體化文化網絡，肅清區域內影響人工智能教育正常開展的各種雜音。其次，嚴厲打擊夸大人工智能教育產品相關功能甚至弄虛作假的企業，杜絕企業通過不當宣傳進行盈利，規范教育市場中的人工智能課程及其周邊產品。最后，開展人工智能普及宣講會，糾正家長、教師、學生對人工智能教育的錯誤認識，樹立積極健康、科學理性的人工智能教育觀念。

4 規范人工智能課程開發，鋪設區域推進通道

目前，國內尚未形成統一標準的人工智能課程或教材，各地區多獨立開發人工智能課程，這就需要注意人工智能課程開發應符合其作為一門學科的學科規范和學科特點。基于此，各地區在開發人工智能課程時需注意：①課程體系應科學化、系統化。針對不同學段的課程，不僅要滿足不同學段學生的學習需求、符合不同學段學生的認知特點，還應實現鄰近學段之間的無縫銜接，避免形成課程“鴻溝”[21]。②課程設置強調跨學科性。人工智能課程具有較強的跨學科特性，應以解決問題為導向，通過整合不同學科的知識、方法等要素，增強與中小學現行課程的融合性。③教學設計重視實踐性。人工智能課程教學設計應避免陷入知識灌輸的“窠臼”，不能忽視學生動手能力、協作能力的培養，而應通過相關實踐活動強化學生手腦并用的習慣，并提升學生溝通、合作、反思等能力的發展。④課程內容體現時代性。中小學人工智能課程的開設，重在讓學生體驗、理解并應用人工智能技術，因此人工智能課程內容不僅要涵蓋人工智能的基礎性知識，還應將人工智能的新思想、新技術、新創造融入人工智能課程，讓學生了解人工智能技術的前沿發展態勢，同時避免陷入盲目“求新”“求深”“求全”的誤區。

5 構建多元化教師培訓模式，增強區域推進動力

在開展人工智能教育的過程中，教師的角色定位和能力要求均發生了改變：教師由知識的傳播者轉變為學習的引導者，更加強調對學生學科素養和關鍵能力的培養[22]。為此，應構建多元化教師培訓模式，強化人工智能教育師資隊伍建設，不斷提升教師的專業水平和參與積極性，具體包括：①開展培訓活動，激發教師內生動力。通過開展有關人工智能教育作用、功能等方面的培訓，深化教師對人工智能教育的認識，促使教師積極轉變觀念，重視人工智能教育的價值與意義，從而破除教師與人工智能教育的疏離關系，激發人工智能教師的內生動力和參與意愿。同時，借助各類知識和技能培訓活動，幫助教師掌握人工智能教育的相關知識和技術應用的相關技能，提升教師的跨學科教學、個性化指導教學、AI操作教學、問題策略設計等學科專業教學能力，提升教師的整體教育教學能力。②建立激勵機制，增強教師外部推力。將人工智能教育教學成果與教師的評獎、評優、職稱等外部獎勵掛鉤，通過外力的作用充分調動人工智能教師的積極性和主動性，使教師能夠積極主動地參與到區域人工智能教育實踐當中。

五 結語

針對目前我國中小學人工智能教育區域推進面臨的現實困境，本研究借鑒CAS理論，闡釋了中小學人工智能教育區域推進的突破機理，并結合濰坊市中小學人工智能教育實踐案例，從政府引領、主體協同、生態搭建、課程開發、教師培訓五個維度提出中小學人工智能教育區域推進的實施路徑。值得注意的是，不同地區的政策環境、教育理念、基礎設施、資金投入等現實情況存在一定的差異，因此本研究提出的中小學人工智能教育區域推進路徑適用范圍有限。另外，中小學人工智能教育在區域實際推進過程中面臨的現實困境復雜多樣，其突破并非朝夕之功。因此，各地區在開展人工智能教育教學、區域推進人工智能教育發展的過程中，應充分考慮本地區人工智能教育的發展現狀與實際需求，充分調動政府、高校、企業、科研機構、中小學等多主體的積極性并促成合作，進一步探索并完善中小學人工智能教育區域推進的實施路徑，以期更好地促進我國中小學人工智能教育的整體發展。

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[2]國務院.國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知[OL].

[3]教育部.教育部關于印發《高等學校人工智能創新行動計劃》的通知[OL].

[4]教育部辦公廳.教育部辦公廳關于印發《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》的通知[OL].

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Dilemmas and Breakthroughs in the Regional Advancement of Artificial Intelligence Education in Primary and Secondary Schools

DING Shi-qiang1MA Chi-zhu2[Corresponding Author]WEI Yong-jun3DU Xiao-min4WANG Zhi-le4

The regional advancement of artificial intelligence (AI) education in primary and secondary schools is of great value for improving the ability of regional educational governance and optimizing the ratio of regional educational resources. However, it faces realistic difficulties in terms of systems, resources, cooperation, teachers and others practical dilemmas in the actual advancement process. In view of these problems, this paper firstly drew on the complex adaptive system theory to explain the breakthrough mechanism of the regional advancement of AI education in primary and secondary schools. Then, taking the AI education practice in primary and secondary schools in Weifang city as an example, this paper systematically analyzed its core contents of system improvement, space building, curriculum construction and teacher training. Finally, the implementation path of the regional advancement of AI education in primary and secondary schools was put forward from five dimensions of government guidance, subject coordination, ecology construction, curriculum development and teacher training, expecting to provide reference for the regional advancement of AI education in primary and secondary schools in our country and help the sustainable development of AI education in primary and secondary schools.

artificial intelligence education; regional advancement; primary and secondary schools; CAS theory

G40-057

A

1009—8097（2022）11—0076—08

10.3969/j.issn.1009-8097.2022.11.009

本文受山東省社會科學重點項目“孔子文化藝術數字化傳播研究”（項目編號：20BWYJ05）資助。

丁世強，在讀博士，研究方向為人工智能教育，郵箱為dingsq0309@126.com。

2022年5月6日

編輯：小米