基于學生可持續發展的人工智能教育研究

中小學人工智能教育是當前教育界亟待解決的問題之一。文中通過對中小學人工智能教育的現狀和發展趨勢的分析，提出了如何將人工智能技術應用到中小學教育中的建議。未來，中小學人工智能教育將會更加系統化和規范化，注重實踐和創新。通過加強教師培訓、完善課程體系、靈活運用教學方法和充分利用教育資源等方面的努力，可以更好地加強人工智能教育，提高學生的學習效果和興趣，培養其創新能力、智能思維和綜合素質。

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是當今科技領域的熱門話題之一。隨著大數據、云計算、物聯網等新興技術的迅速發展，人工智能已經逐漸滲透到我們的生活中，逐漸成為國家科技主攻方向，這標志著人類社會已經進入智能時代。在教育領域，人工智能也正在發揮著越來越重要的作用。中小學人工智能教育的現狀在全球范圍內都受到了廣泛的關注。許多國家都在積極推進人工智能教育。中小學階段是學生學習和發展的關鍵時期，如何將人工智能教育普及到各個學校，提升學生的智能思維，已經成為當前教育界亟待解決的問題。本文旨在探討中小學人工智能教育的現狀和發展趨勢，以及如何培養學生的人工智能思維。

1 中小學人工智能教育的現狀

1.1 國外教育現狀

在美國《2021年美國創新和競爭法案》明確規定，將計算科學引入中小學教育。賓夕法尼亞州蒙托爾學區甚至開設了幼兒人工智能編程課程。美國人工智能協會（AAAI）和計算機科學教師協會（CSTA）聯合發起了AI4K12計劃，提供資源幫助教師向學生教授人工智能。

在日本，隨著近年來日本社會出生率下降、人口老齡化加重、育齡人口減少等社會問題的日益嚴峻，日本依托在智能機器人領域的全球領先地位，積極推動人工智能的快速發展。日本政府在第11屆綜合創新戰略推進會上正式發布《人工智能戰略2022》，作為指導其未來人工智能技術發展的宏觀戰略。在日本中小學教育中，編程教育已經成為一項重要的課程。

新加坡政府對人工智能教育十分重視，已經將其引入到日常教學中。在早期教育階段，新加坡已經開始在全國范圍內加強兒童早期教育中的技術和工程部分。此外，新加坡還大規模地將原本只有高等教育水平的學生才能接觸到的計算機科學教育引入到了K-12階段。為了實現這一目標，新加坡政府通過整合各種教育資源，根據學生的年齡和學段特點，為幼兒、小學生以及中學生等不同群體設計了相應的人工智能課程。這些課程旨在引導學生了解、認識并逐漸熟悉人工智能領域的知識，同時促進他們的積極思考和創新。此外，新加坡還在教育方面啟動了人工智能自動評分系統、自適應學習以及自動標記系統等技術，以提供定制化的學習方案，幫助教育工作者更好地關注重要問題。由此可以看出，新加坡正在通過一系列措施，積極應對人工智能帶來的挑戰和機遇，以期在未來的教育領域取得更大的突破。

除了上述的國家，聯合國教科文組織也發布了《K-12階段人工智能課程：對政府認可人工智能課程的摸底》報告，這是首份關于全球學前至高中階段人工智能課程設置狀況的報告。報告指出，如今人工智能的應用日益廣泛并產生深遠影響，國際社會由此達成共識——我們迫切需要提升兒童能力，使他們能夠理解新技術的力量以及與之相關的道德困境。然而對全球K-12學校而言，人工智能技術仍然是一個新興的學科領域，政府、學校和教師在定義人工智能能力和設計人工智能課程時缺乏可借鑒的知識。為應對這一知識差距，教科文組織于2021年與好未來教育集團合作，啟動了旨在制定K-12以下階段人工智能課程指導框架的項目，其中包括對政府認可的K-12人工智能課程的全球調查。

1.2 國內教育現狀

2017年7月國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》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。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。

為了貫徹落實《中國教育現代化2035》政策，騰訊研究院聯合華東師范大學、中國教育科學研究院開展了全國人工智能教育現狀調研，并編寫了《2022人工智能教育藍皮書》。這份報告詳細地闡述了人工智能在教學中的輔助作用，以及如何通過人工智能技術改變傳統的教育生態。例如北京師范大學附屬中學、上海交通大學附屬中學等，這些學校通過開設人工智能課程、組織學生參加人工智能競賽等方式，培養學生的人工智能素養和創新能力。

雖然國家有政策上的支持，但目前大多數地區仍然只開設信息技術課程或信息科技課程，只有一些一二線城市能在創客課程內容上側重人工智能，提供Arduino創意開發、樹莓派、Java或者Python編程等課程。大多數學校的人工智能教育在實際的推進過程中還是面臨著制度、資源、師資力量等多方面的困境，嚴重阻礙了我國中小學人工智能教育的整體發展。

2 我國人工智能教育的不足

2.1 教學資源不均衡

地域分布不均。東部發達地區的學校往往更早地引入了人工智能教育，一些重點中學甚至配備了十多名專職人工智能教師，開設了多門細分領域的課程。相比之下，中西部偏遠地區的學校在硬件配備和師資上仍然不足。

優質教師資源分配不均。隨著城市化進程的加速，許多優質的師資力量選擇到更為發達的大城市發展，這導致了農村和偏遠地區學校難以獲得高質量的人工智能教育。

硬件配置問題。在一些偏遠地區，由于硬件設備和網絡條件的限制，學生無法獲得與發達地區相同的在線教育資源和學習體驗。

技術應用的參差不齊。盡管人工智能技術在教育領域具有巨大的潛力，但在實際應用中，不同地區和學校對其的接受度和應用程度存在差異。

2.2 課程開發不完善

缺乏統一教材和教學指導。當前，我國K12階段尚未出臺統一規范的課程標準，因此在實際教學中，往往缺乏統一的教材和教學指導。盡管已經有不少中小學人工智能相關教材出版，但仍然難以滿足全國范圍內不同學校和學生的需求。

課程標準應更加明確。目前我國中小學人工智能教育的整體推進仍處于探索時期，課程標準雖然提及“數據、算法、信息系統、社會信息”等學科大概念，但操作性不強。

2.3 受重視程度低

教育預算不足。一些地區學校把更多的教學資源傾向到語數外等主要學科，對于人工智能教育的預算少之又少，導致該預算不足以支撐課程的開發，這就表明該地區或學校對AI教育的重視程度不夠。

公眾認知度低。盡管人工智能技術在各個領域都有廣泛的應用，但更多的學生和家長認為此門課程在教育中的應用和價值不高。

缺乏相關政策和規劃。政府和相關部門對人工智能教育的政策支持和長遠規劃也是衡量其受重視程度的一個重要標志。例如，如果政府沒有出臺相關的政策或計劃來推動人工智能教育的發展，這可能意味著對AI教育的重視程度不夠。

3 中小學人工智能教育的發展趨勢

3.1 加大宣傳力度

制作有趣的內容。為了更有效地普及人工智能知識，必須增強宣傳攻勢，并采納新穎的科普策略。尤其要聚焦于中小學生這一核心受眾，我們需積極開發既有趣又易于理解的內容，旨在吸引其注意力并激發其興趣。具體而言，可以創作多樣化的趣味內容，例如生動活潑的動畫、詼諧幽默的漫畫以及充滿挑戰的游戲等。這些內容需以簡明扼要的方式呈現人工智能的基本原理與實際應用，確保學生在享受樂趣的同時，也能汲取到有價值的知識。采取此策略，我們不僅能提升學生對人工智能的認知層次，還能激發他們對這一尖端科技領域的興趣與好奇心，為未來科技創新人才的培養奠定堅實基礎。

定期舉辦活動和競賽。推廣人工智能知識的重要途徑之一，便是定期舉辦各類活動與競賽。我們可以策劃線上或線下的活動形式，例如編程競賽、機器人制作大賽等，為學生提供親身參與人工智能項目的機會，借此實踐過程來提升他們的技術實力與創新思維。此類活動與競賽不僅能夠促使學生更深入地理解人工智能的應用范疇，還能夠有效培養他們的團隊協作精神和問題解決能力。經由這些實踐性活動，學生能夠切身體驗到人工智能的獨特魅力，進而增進對這一領域發展的熱愛與關注。

3.2 改變教學策略，從生活出發

一是要強調實際應用。向學生展示人工智能在現實生活中的應用案例，讓他們了解AI的潛力和價值，激發學生的興趣，使他們更愿意投入學習；二是提供實踐機會。讓學生參與實際的AI項目，如編程、數據分析或機器學習實驗，幫助他們將理論知識應用于實踐，提高動手能力和創造力；三是開展個性化學習路徑。根據每個學生的學習速度、興趣和能力提供定制化的學習路徑，使學生能夠在自己的節奏下學習，提高學習效果，因材施教；四是采用互動式教學方法。如討論、小組合作和項目式學習，有利于培養學生的團隊合作精神和溝通能力。

在當今AI迅猛發展的時代背景下，教育不僅承載著知識傳授的重任，更核心的是培養學生適應并引領社會變革的能力，尤其是接納并掌握新興技術的能力。因此，人工智能課程的教學設計與實施不應局限于傳統的填鴨式教學，而需要教師積極采用啟發式和探究式的教學策略，實現課堂角色的根本性轉變，使學生成為學習活動的主體。啟發式教學強調利用問題導向、情景模擬等方法，激發學生的好奇心與探索欲，鼓勵他們在學習過程中主動思考、發現問題并尋求答案。此教學方法旨在培養學生的批判性思維與創新潛力，使他們在面對復雜的AI問題時，能夠靈活運用所學知識，提出獨到見解與創新性的解決方案。探究式教學則鼓勵學生通過實踐操作、小組合作等方式，深入探究人工智能的原理及其應用領域，體驗科學研究的樂趣，同時提升團隊合作與溝通能力。在此過程中，教師應扮演引導者與支持者的角色，為學生提供必要的資源與指導，幫助他們克服學習障礙，同時避免過度干預，確保學生在學習過程中保持高度的自主性與創造性。

3.3 培養智能思維

從課程層面來講，要想培養學生的人工智能思維，首先要鼓勵學生學習計算機科學、數學、統計學、心理學等與人工智能相關的學科，這些課程有助于學生建立跨學科的知識體系，充分理解人工智能的原理和應用；其次是培養編程能力，編程能力是實現人工智能應用的基礎，也是培養學生邏輯思維和問題解決能力的重要途徑，教授學生一些簡單的編程語言（如Python、Java等），讓他們能夠編寫簡單的程序，可以更好理解計算機的工作方式。基于以上兩點，可以讓學生對人工智能產生一個基礎的認知，以及一個簡單的邏輯思維。

從學校管理層面的視角出發，教育機構應當致力于為學生構建一個蘊含豐富機遇與多樣性的學習環境。為此目的，提供多樣化且充實的學習資源與機會顯得尤為關鍵。這具體意味著，學生不僅能夠在日常的課堂教學中接觸到人工智能的基礎理論知識，還有機會通過參與多樣化的與人工智能緊密關聯的活動、競賽及項目，來更為深入地理解這一前沿科技的實踐應用及其內在機理。對于學生而言，這樣的實踐機遇無疑具有極高的價值，它不僅有助于學生將所學理論知識轉化為實際操作技能，而且在不斷地嘗試與探索過程中，能夠逐步培養他們的創新思維與問題解決能力。

創新，作為驅動人工智能乃至整個科技領域持續進步的核心要素之一，其重要性無須贅言。因此，教師在教學實踐中，應當積極采納啟發式教學法、探究式學習法等先進的教學策略，致力于構建一個倡導創新、包容失敗的學習環境。此舉旨在有效激發學生的創新思維能力，培養他們獨立思考的習慣，鼓勵他們勇于迎接挑戰，并嘗試運用自身的方法去解決問題。長此以往，學生不僅在人工智能領域能夠取得顯著進步，更能將這種創新思維與問題解決能力廣泛應用于生活的各個方面，成長為具備全面素養的未來領袖人才。

3.4 完善教育體系

人工智能是一門多學科交叉的前沿學科，應構建人工智能大概念和課程體系，大概念（Big Concepts）是學科領域中最核心和最具價值的內容，是學科知識網絡的“錨點”，使知識組塊之間產生有機聯系。因此中小學應確立人工智能課程的教育目標，科學把控學科知識的難易程度，不同學段的人工智能學習目標與內容應相互銜接，按照“感知、理解、應用、創造”的螺旋式上升路徑，構建出中小學人工智能教育一體化的教程。

小學階段是學生首次接觸并了解人工智能的重要時期，其核心在于培育學生對人工智能的初步認知與親身體驗。此階段的教學活動應強調趣味性與互動性，可以通過設計多樣化的游戲、讓學生親身實踐各類智能產品、觀看富有吸引力的相關視頻，或是組織參與多樣化的科技活動，來引領學生邁入人工智能的領域，激發他們的好奇心與探索欲望。這些策略不僅有助于學生構建對人工智能的基本認識，還能讓他們在玩樂中學習，在學習中享受樂趣，體驗探索科技的快樂。

步入初中階段，教學重心轉向運用人工智能的相關理念來解決一些基本的實際問題。學生將通過教師的演示或親自動手實踐，深入探索人工智能的主要應用范疇，例如機器學習、自然語言處理、計算機視覺等。與此同時，他們也將開始意識到智能應用系統對人類社會所帶來的廣泛影響，這包括提升工作效率、改善生活質量，以及可能引發的挑戰，如數據安全、隱私保護等議題，進而培養他們的批判性思維和問題解決技能。

進入高中階段，教學進一步深入，著重于運用人工智能的理念去解決更為復雜的現實問題。教師將指導學生分析典型的人工智能應用案例，組織學生圍繞人工智能的主題展開討論和辯論，鼓勵學生從多元視角深入探究人工智能的概念、基本特性及其對社會、經濟、文化等多個層面的深遠影響。通過這樣的學習歷程，學生不僅能夠清晰、準確地闡述人工智能的相關知識，還能學會批判性地評估人工智能技術的發展，思考如何在享受其帶來便利的同時，應對其可能引發的挑戰，從而為未來成為具備創新意識和社會責任感的人才奠定堅實的基礎。

3.5 打造學習空間

為推動人工智能教育的有效發展，學校應采取一系列創新措施。關鍵在于構建一個人工智能學習平臺，此平臺需整合并供應多樣化的學習資源，以保障學生能方便地獲取所需知識。同時，學校應致力于創建一個積極向上、開放包容的學習氛圍與文化環境，使學生在學習過程中持續體驗到樂趣與成就感，進而有效激發他們的學習熱情與內在動力，促使其更積極主動地探究人工智能的深層奧秘。

組織學生定期參觀高科技產業公司，是另一關鍵環節。實地參觀能使學生更直觀、更深入地了解人工智能在實際工作場景中的應用情況，以及整個行業的發展動向。此種親身體驗不僅能極大地拓寬學生的視野，提升他們的實踐能力，還能有效激發他們對人工智能領域的興趣與熱情，為未來的職業生涯規劃奠定堅實基礎。

定期邀請科研院所的科研人員走進中小學課堂，為學生帶來前沿的講座與分享，是另一項重要舉措。科研院所作為行業前沿的核心力量，掌握著豐富的數據資源，對行業的多變性和最新動態有著深入的理解。科研人員的分享不僅能為學生提供寶貴的行業見解，還能通過他們的親身經歷和故事，進一步激發學生對人工智能領域的探索欲望和好奇心，為培育未來的科技人才奠定堅實的基礎。

3.6 加強教師培訓

提升教師專業素養與教學能力的重要途徑在于強化教師培訓。在當前科技迅猛發展的時代背景下，教育工作者作為科技應用的先行者，必須持續關注新興技術領域的發展動態，尤其要關注諸如ChatGTKZGvBByjhtE6Oj9YQ4e2SO1l/pNGvzb15KWG4QSjE=GPT這類近期在全球范圍內引發廣泛討論的創新技術。因此，教師不僅要致力于深化和拓寬自身的專業知識，還應積極適應科技變革，將新興技術有效融入教學實踐之中。

為達成此目標，教師除參與常規的繼續教育培訓之外，還應充分發掘并利用多樣化的學習資源與平臺。諸如在線學習平臺、專業研討會、教學工作坊等形式，均為提升教師專業素養的有效渠道。同時，構建教師交流平臺亦顯得尤為重要，此舉不僅能增進教師間的互動與合作，還能激勵他們分享各自的教學感悟、寶貴經驗及優質資源，實現相互學習與借鑒，共同推動教學質量的提升。另外，鑒于人工智能教育的獨特屬性與實際需求，學校與教育機構宜定期舉辦專題培訓活動。這些培訓應全面覆蓋人工智能的基礎知識、有效的教學方法以及教學資源的應用等多個維度。為增強培訓的實效性與專業性，可邀請相關領域的專家學者、行業從業者前來授課，并指導教師參與實踐項目。如此，教師不僅能將理論知識應用于實際教學中，還能在實踐中不斷鍛煉與提升自身的教學實踐能力，從而更好地適應并引領科技時代的教育變革。

4 結論

中小學人工智能教育的推進確實是一項重要而復雜的任務，需要政府、學校、教師和家長等各方共同努力。政府應該加大對人工智能教育的投入和支持力度，制定相關政策和規劃，明確人工智能教育的目標和要求。學校應該積極引入人工智能教育資源和技術，建立相應的課程體系和教學模式。家長也應該積極參與到人工智能教育中來，關注孩子的學習情況和發展需求，為他們提供必要的支持和幫助。此外，教師在教學中要注重培養學生的智能與創新思維和實踐能力，引導他們主動探索和應用人工智能技術。總之，只有通過多方合作和共同努力，才能推動中小學人工智能教育的普及和發展。

（作者單位：長春教育學院）