日本中小學如何實施人工智能教育？

人工智能（Artificial Intelligence，以下簡稱AI），廣義上指的是通過深度學習人類或生物的智能行為來構建有用的軟件系統的技術。這類技術可以應用于模擬人類的思維過程和行為，并用來執行各種復雜的任務。近年來，人工智能在教育領域也產生了諸多應用成果，在日本廣泛使用“AI×教育”這一術語來泛指在教育中應用AI技術，而不僅限于通過AI技術輔助教育（基于AI的教育）或者培養具有AI技術的人才（以AI為教學內容的教育）。本文從政府、企業和學校等多個維度出發，旨在探討日本中小學教育中人工智能教育的實踐和前沿研究。

日本政府出臺AI×教育政策

近年來，日本政府在教育領域積極制定AI相關的政策。例如，日本內閣府制定的《AI戰略2019》，以“尊重人類”“多樣性”“可持續性”三個理念為中心，旨在達成以下四個目標：在基礎素養方面，積極引進外部人才，為每個學生配備一臺終端設備；在應用基礎方面，促進AI與專業領域的雙專業教育；在專家培養方面，擴大年輕人參與海外挑戰的機會，建立AI實踐學校制度；在教育項目認證方面，建立由政府認證的優秀AI×教育項目制度。

此外，日本文部科學省于2023年頒布了《初等中等教育階段生成式AI利用暫行指南》，在指定學校試行生成式AI與教育融合，并提供了生成式AI的使用指南，強調校園內應重視保護個人隱私、信息安全和版權等，校園外則需舉辦增強信息辨別和利用能力的教育活動，包括積極開展信息真偽檢驗實踐以提升全員的信息素養和能力、通過教師培訓和工作訓練提高教師的AI素養等。

隨著AI在各領域的積極推廣，日本政府逐年增加相關財政投入。以2024年為例，AI相關國家財政預算超過1500億日元，比上一年度增加44%；其中，文部科學省以強化AI研究事業為中心，預算高達238億日元，主要投入項目包括下一代校務數字化應用、教育場景中前沿技術及教育數據應用、面向英語課程的AI增強表達能力實證、GIGA（Global and Innovation Gateway for All）學習效果實證等。

綜合而言，日本在AI×教育領域的特點主要體現在以下幾個方面——

首先，以國家頂層設計引導整體規劃，內閣府、經濟產業省、總務省及文部科學省等相關部委緊密配合，以具體AI×教育項目為落腳點逐步推動政策的落實；其次，加大財政投入，積極聯合產政學各界資源，推動校企聯合研發，加強教育硬軟件的投入和應用，為各項政策的實施提供了堅實的財力保障；最后，強化師資培訓和教學應用實證研究，推動一線教育方法和數字化教材改革，通過數字化資源研發和引企入校等方式，積極提升教學效果。

日本中小學AI×教育的實踐模式

2023年，日本文部科學省率先推出了“領航數字化轉型學校事業”。作為日本中小學AI×教育實踐的特色項目，該項目充分利用標準定制的信息化設備和教育云系統，跨越地區和學校類型等方面的限制，全面推廣數字化教育，并重點開展基于個性化學習和協作學習的教學實踐活動以及基于AI的跨學科教學活動，以期實現深度學習的教學效果。截至2023年底，該項目已推廣至全國200多所試點學校中，其中52所為生成式AI指定實踐校。例如，札幌市立中央小學以六年級國語課程為實驗對象，學生通過信息化設備開展探究式學習和協作學習，同時采用基于AI的視覺和聽覺輔助功能完成詩歌寫作，學生在創作過程中可以不斷體味語感和詞語的使用，并通過AI自動生成場景豐富作品的可視化效果。

作為政府出資的引企入校的典型案例，日本野田塾公司與atama plus株式會社聯合研發了基于AI的初中數學學習輔導系統“atama＋”。該系統不僅可以分析學生的答題情況，并對學生的知識弱點作出判斷，進而啟動有針對性的個性化學習功能，而且可以同步監控教學過程，尤其當檢測到學生學習疲勞或學習進度緩慢時，會實時向教師提供相關建議，強化師生互動。此外，教師授課與使用輔導系統學習的學時比例接近1：1，以確保學生有充分的自主學習時間，提升學習理解力，穩定學習效果。

八丈町立富士中學同樣作為文部科學省數字化轉型指定實踐校，于2024年開展了基于生成式AI聊天機器人的教學實踐，比如讓學生以“地區財政提案”為目標任務，利用Life is Tech公司提供的生成式AI服務，將田野調查地區的優勢與劣勢輸入AI，以生成地區經濟發展解決方案。在這一過程中，學生通過與AI的深度互動，不斷改進創意，擬定地區財政方案和執行計劃，并通過生成式AI系統融合圖像、文字等多媒體素材來創建匯報材料，并以小組形式進行項目展示和反饋，使得學生能深度理解編程和大數據分析的實際含義。

除政府引導的項目外，日本各地學校也在積極投入資源開展自研實踐活動。2020年，東京的立前原小學與夏普合作，利用夏普開發的對話交流型機器人“RoBoHoN”開展STEAM教育活動。其中，針對高年級小學生則采用堆積式可視化編程工具，同時由機器人“RoBoHoN”提供多語種AI教輔功能，以機器人攝像頭對學生的面部表情和教具等進行實時影像識別，并由AI推送同類教學素材，從而完成一系列的可視化編程教學活動。該教學方式使學生能感受到AI的實際應用方法，體驗自然語言生成和圖像識別技術，從而提高學生對數據分析和智能化學習的興趣。值得一提的是，2022年，SoftBank公司投資開展面向中小學的“AI挑戰項目”，研發了基于生成式AI的數字化教材（如下圖所示），其項目實施框架分為了解AI、制定AI方案、體驗AI應用和發揮AI作用等四個階段，其內容涵蓋AI種類與機制、應用實例、風險與科技倫理等基礎知識，以探究式學習開展AI應用體驗及創新研發等實踐活動。目前，該項目已經在日本52所學校中開始實施，并設置了面向中小學生的教學實踐比賽。2024年的比賽包括基于人形機器人的教學應用、數學可視化教材、家庭食品過度消費防范機制等應用型創新項目。

此外，在科研實踐方面，日本的高等教育機構也紛紛開展AI×教育領域的科學研究。例如，東京學藝大學以AI技術構建了教員綜合性大數據分析系統，以附屬小學和初中為研究對象，通過采集學生的文本反饋、教學過程性數據、教學成果等資料，最終形成量化的師資評估定性分析。又如，京都女子大學的研究人員使用AI教材“Qubena”，對138名中學生進行了數學課程的個性化學習教育實踐，該研究項目在學校和家庭兩個場所開展為期一年半的學習跟蹤調研，收集AI教材的使用情況、使用體驗和學業成績等數據，其研究結果顯示基于AI的個性化學習可有效提高學生的數學成績和學習興趣，但同時也側面驗證了AI教學的局限性，即教學過程的整體規劃和學習任務的分配仍然需要教師的積極跟進和及時協調。

日本AI×教育實踐面臨的問題

日本采用政府積極引導、企業聯合研發、學校創新實踐相結合的方式，在中小學階段開展AI×教育實踐活動。日本政府在政策制定、預算投入和實踐驗證方面表現出了高度的系統性和前瞻性，并通過加大政府投入和校企合作的方式，整體上確保了AI×教育在中小學義務階段的教育公平性。除此之外，在教學方式改革和數字化教學資源研發方面，涌現出了許多由產政學聯合研發的優秀案例，有效促進了中小學課程教育、師資培養以及數字化轉型改革，值得持續關注。

但是，日本的AI×教育也存在一些明顯的問題。首先，日本政府的投入預算雖然逐年遞增，但整體經費仍然非常有限，而AI涉及信息技術基礎建設和產業規劃等多個方面，這導致政府各部門之間的經費協調工作仍然存在著一定的難度。其次，受到信息安全、個人隱私保護、知識產權等法律法規的限制，以及具備AI應用能力的師資缺乏的影響，教學實踐數據的收集困難重重，加之各地區各自為政的形勢使得AI×教育的實踐模式難以在全國范圍內進行普及和推廣，迫切需要政府實施統一的戰略布局，以及各產業的多元化支持。

（作者單位：日本大阪大學大學院人間科學研究科）