人工智能時(shí)代美國中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育新進(jìn)展

中圖分類號(hào)：G434文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 論文編號(hào)：1674—2117（2025）17-0009-04

人工智能（AI）技術(shù)的飛速發(fā)展，使全球基礎(chǔ)教育面臨重塑。為了讓學(xué)生適應(yīng)未來人工智能驅(qū)動(dòng)的社會(huì)，美國將中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程升級(jí)為國家優(yōu)先事項(xiàng)，人工智能教育已經(jīng)成為美國國家人才戰(zhàn)略的核心。根據(jù)美國勞工統(tǒng)計(jì)局（Bureau ofLabor Statistics）的數(shù)據(jù)，未來十年，計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)領(lǐng)域的工作崗位將以遠(yuǎn)高于所有職業(yè)平均水平的速度增長。面對(duì)國內(nèi)勞動(dòng)力需求和國際競爭，美國社會(huì)各界對(duì)中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的認(rèn)識(shí)在不斷深化，其課程發(fā)展也非常迅速。

計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的必要性

人工智能可以賦能學(xué)習(xí)，但它不能取代計(jì)算機(jī)科學(xué)教育培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。雖然自然語言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)和計(jì)算能力的進(jìn)步導(dǎo)致出現(xiàn)了越來越強(qiáng)大的人工智能代碼生成工具，但編程不僅僅是寫代碼，它仍然是幫助學(xué)生培養(yǎng)批判性思維、解決問題和計(jì)算思維能力的關(guān)鍵技能。此外，編程還能培養(yǎng)個(gè)人能動(dòng)性，使學(xué)生成為積極的技術(shù)創(chuàng)造者，而且人工智能也不會(huì)取代程序員，它需要人類的創(chuàng)造力和領(lǐng)域?qū)I(yè)知識(shí)。同時(shí)，學(xué)生需要通過計(jì)算機(jī)科學(xué)課堂學(xué)習(xí)人工智能，了解其工作原理，因?yàn)樗谦@得這方面知識(shí)的最佳途徑。

2024年8月，由美國計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（CSTA）聯(lián)合美國計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（ACM）等眾多機(jī)構(gòu)發(fā)布研究報(bào)告《重塑計(jì)算機(jī)科學(xué)教育之路》（ReimaginingCSPathways），討論了為什么計(jì)算機(jī)科學(xué)要成為所有高中學(xué)生的必修課。報(bào)告認(rèn)為計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的價(jià)值是全面而深遠(yuǎn)的，指出計(jì)算機(jī)科學(xué)為學(xué)生提供一個(gè)提高問題解決能力、培養(yǎng)創(chuàng)造性思維以及探索自身感興趣話題或完成學(xué)習(xí)共同體任務(wù)的獨(dú)特平臺(tái)，促進(jìn)學(xué)生特別是那些感到與傳統(tǒng)學(xué)科脫節(jié)的學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維、解決問題和協(xié)作技能。報(bào)告指出：“無論什么身份或職業(yè)的學(xué)生要變成有見識(shí)的公民、數(shù)字工具和數(shù)字內(nèi)容產(chǎn)品的自信創(chuàng)造者，都需要接受高質(zhì)量的計(jì)算機(jī)科學(xué)教育。”另一項(xiàng)研究報(bào)告發(fā)現(xiàn)，高中學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)的學(xué)生更有可能選擇大學(xué)相關(guān)專業(yè)，即使選擇其他領(lǐng)域?qū)I(yè)的學(xué)生也有更多擇業(yè)可能性或在早期職業(yè)生涯中獲得高收入，這表明計(jì)算機(jī)科學(xué)教育具有影響人的發(fā)展的長期作用，并且能促進(jìn)教育公平。[2]

美國計(jì)算機(jī)科學(xué)教育政策

1.Code.org倡導(dǎo)聯(lián)盟的計(jì)算機(jī)科學(xué)教育政策建議

為推動(dòng)K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)教育的普及與可持續(xù)發(fā)展，美國Code.org倡導(dǎo)聯(lián)盟（The Code.org AdvocacyCoalition）在2013年就提出了最初的計(jì)算機(jī)科學(xué)教育政策建議，當(dāng)時(shí)只有14個(gè)州和華盛頓特區(qū)采納了其中的個(gè)別政策建議。后來該聯(lián)盟又制定了《使計(jì)算機(jī)科學(xué)成為基礎(chǔ)課程的十項(xiàng)政策》，倡導(dǎo)各州采納。其主要包括：制定州層面的計(jì)算機(jī)科學(xué)教育規(guī)劃；明確計(jì)算機(jī)科學(xué)定義、開發(fā)K-12課程標(biāo)準(zhǔn)；為教師專業(yè)發(fā)展提供專項(xiàng)資金；明確師資認(rèn)證途徑；高校設(shè)置相關(guān)職前課程；州層面設(shè)立專職計(jì)算機(jī)科學(xué)教育管理崗位；要求所有學(xué)校開設(shè)并整體規(guī)劃計(jì)算機(jī)科學(xué)課程；把計(jì)算機(jī)科學(xué)算作核心課程學(xué)分；高校相關(guān)專業(yè)設(shè)置人學(xué)要求；高中生畢業(yè)必須學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。同時(shí)，聯(lián)盟還提出了明確性、能力、領(lǐng)導(dǎo)力、可持續(xù)性、公平性和多樣性的五項(xiàng)基本原則，引導(dǎo)該政策建議的實(shí)施。

目前，有5個(gè)州采納了全部10項(xiàng)政策，39個(gè)州采納了其中至少6項(xiàng)，在這些州中， 70% 的高中開設(shè)了計(jì)算機(jī)科學(xué)課程，而在采納不足6項(xiàng)的州中，只有 52% 的高中開設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程。

2.美國人工智能教育政策

（1）專業(yè)機(jī)構(gòu)的人工智能教育政策

2018年，美國計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（CSTA）和人工智能協(xié)會(huì)（AAAI）聯(lián)合推出《AI4K12計(jì)劃》用來指導(dǎo)人工智能在教學(xué)中的應(yīng)用。2024年，TeachAI發(fā)布《面向?qū)W校的AI指導(dǎo)工具包》《教育中AI基礎(chǔ)政策構(gòu)想》《AI時(shí)代計(jì)算機(jī)科學(xué)教育未來發(fā)展指南》三份指導(dǎo)文件。

《面向?qū)W校的AI指導(dǎo)工具包》提出七項(xiàng)關(guān)鍵原則：目標(biāo)（AI助力教育目標(biāo)實(shí)現(xiàn)）、合規(guī)（遵守相關(guān)規(guī)定）、知識(shí)（提升AI素養(yǎng)）、平衡（AI的利弊）、誠信（學(xué)術(shù)誠信）、代理（人類做決定）和評(píng)估（定期評(píng)估AI影響）。

《教育中AI基礎(chǔ)政策構(gòu)想》給出五項(xiàng)政策建議： ① 培養(yǎng)領(lǐng)導(dǎo)力。聚集人工智能專家、管理人員、教師、家長、學(xué)生和政策制定者等進(jìn)行集體決策，監(jiān)督試點(diǎn)項(xiàng)目，特別關(guān)注意外后果，以確保人工智能應(yīng)用賦能教育目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。 ② 提升AI素養(yǎng)。理解AI如何工作，包括原理、概念、應(yīng)用、局限性和倫理考量。 ③ 提供指導(dǎo)。國家、州和地方層面要為學(xué)校提供指導(dǎo)，在確保學(xué)生隱私和負(fù)責(zé)任使用的前提下充分發(fā)揮AI作用。早期指導(dǎo)應(yīng)優(yōu)先關(guān)注公平獲取AI工具、縮小差異化、合法使用、合乎倫理創(chuàng)建訓(xùn)練集和模型、重申遵守隱私和安全政策以及保持人類決策等問題。 ④ 助力專業(yè)發(fā)展。

持續(xù)的專業(yè)發(fā)展應(yīng)該涵蓋人工智能的工作原理、局限性、倫理考量以及如何使用人工智能賦能教學(xué)實(shí)踐。 ⑤ 支持創(chuàng)新。支持AI在各個(gè)學(xué)段教學(xué)研究，包括試點(diǎn)項(xiàng)目和評(píng)估，助力科學(xué)決策。

《AI時(shí)代計(jì)算機(jī)科學(xué)教育未來發(fā)展指南》實(shí)際上是對(duì)在計(jì)算機(jī)科學(xué)教育中如何負(fù)責(zé)任且有效地整合人工智能以及常見誤解等問題給出初步答案。4

（2）國家層面的人工智能教育政策

2025年4月，特朗普政府發(fā)布總統(tǒng)行政命令《推進(jìn)美國青年人工智能教育》，全面規(guī)劃了人工智能教育在K-12階段的實(shí)施路徑。其在教育目標(biāo)、實(shí)施機(jī)制、教學(xué)資源建設(shè)與教師發(fā)展方面提出支持政策，以國家戰(zhàn)略為牽引，以制度機(jī)制為保障，以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，構(gòu)建了覆蓋K-12階段的人工智能教育框架。

（3）人工智能教育立法

美國政府出臺(tái)了一些與人工智能教育相關(guān)的法律，如《人工智能掃盲法案》旨在定義何謂人工智能掃盲，將其納入數(shù)字掃盲計(jì)劃，提高學(xué)生人工智能素養(yǎng)；《美國國家科學(xué)基金會(huì)人工智能教育法》將設(shè)立學(xué)生獎(jiǎng)學(xué)金、專業(yè)發(fā)展獎(jiǎng)學(xué)金等，并在社區(qū)大學(xué)設(shè)立人工智能教育中心；《未來技術(shù)素養(yǎng)人工智能法案》旨在加強(qiáng)K-12師生人工智能素養(yǎng)教育，改善教育工作。

美國計(jì)算機(jī)科學(xué)課程發(fā)展情況

1.課程開設(shè)情況

高中：根據(jù)美國24，602所公立高中的數(shù)據(jù)， 60% 的公立高中至少開設(shè)一門計(jì)算機(jī)科學(xué)課程，開設(shè)比例各州之間從 31% 到 100% 不等。有32個(gè)州的高中開設(shè)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程，其中17個(gè)州初中和小學(xué)一貫。高中選修計(jì)算機(jī)科學(xué)基礎(chǔ)課程的女生為 33‰

初中：根據(jù)31個(gè)州的數(shù)據(jù)，至少37% 的美國公立中學(xué)開設(shè)了相關(guān)課程，至少有 8.3% 的初中學(xué)生參加學(xué)習(xí)，其中 44% 為女生。

小學(xué)：根據(jù)13個(gè)州的數(shù)據(jù)，至少有 13% 的小學(xué)生學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)課程， 49% 為女生。

由于初中、小學(xué)數(shù)據(jù)不夠全面，實(shí)際上開課率應(yīng)該更高。7]

2.各州K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)教育規(guī)劃與管理、課程標(biāo)準(zhǔn)情況

2017年只有2個(gè)州制定了計(jì)算機(jī)科學(xué)教育規(guī)劃，8個(gè)州在其州教育機(jī)構(gòu)設(shè)有計(jì)算機(jī)科學(xué)教育相關(guān)職位。2024年已有35個(gè)州完成整體規(guī)劃，42個(gè)州設(shè)立了專職監(jiān)督員。2017年，美國計(jì)算機(jī)科學(xué)教師協(xié)會(huì)（CSTA）發(fā)布更新版的《CSTAK-12計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)2017》，推薦給各州參考采納。隨著人工智能的發(fā)展以及更多低年級(jí)學(xué)生開始學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)科學(xué)，各州也在更新課程標(biāo)準(zhǔn)。2024年已有43個(gè)州開發(fā)了K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)。課程標(biāo)準(zhǔn)的制定增進(jìn)了計(jì)算機(jī)科學(xué)教育在不同州之間的連貫性和一致性，同時(shí)也為教師和學(xué)生提供了清晰的學(xué)習(xí)路徑。

3.美國計(jì)算機(jī)科學(xué)課程內(nèi)容

（1）計(jì)算機(jī)科學(xué)課程內(nèi)容

小學(xué)課程內(nèi)容主要是關(guān)于探索編碼和計(jì)算思維的基礎(chǔ)知識(shí)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的好奇心和自信。在初中階段，計(jì)算機(jī)科學(xué)概念的復(fù)雜性增加，重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到解決問題和將編碼應(yīng)用于現(xiàn)實(shí)世界的場景，幫助學(xué)生從視覺的、基于塊的編碼過渡到更傳統(tǒng)的、基于文本的編程語言，進(jìn)一步培養(yǎng)高水平計(jì)算思維。美國初中計(jì)算機(jī)科學(xué)課程開設(shè)參差不齊，一些州只能開設(shè)幾門課程，而另一些州則開設(shè)了與高中課程類似的全方位課程。到了高中與職業(yè)技術(shù)教育階段，學(xué)生學(xué)習(xí)如算法、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)安全等專題，也包括各種編程語言、游戲設(shè)計(jì)、移動(dòng)APP設(shè)計(jì)、機(jī)器人等專題。

（2）人工智能課程內(nèi)容與教學(xué)

與人工智能相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容成為計(jì)算機(jī)科學(xué)課程的重要組成部分，課程內(nèi)容不僅包括編程，還涵蓋了人工智能的基本原理、社會(huì)影響和倫理問題，幫助學(xué)生成為人工智能技術(shù)的使用者和負(fù)責(zé)任的創(chuàng)造者。同時(shí)，還有與如藝術(shù)、社會(huì)學(xué)科緊密融合的跨學(xué)科課程，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。]

4.教師專業(yè)發(fā)展

教師是計(jì)算機(jī)科學(xué)課程實(shí)施的關(guān)鍵，但美國在計(jì)算機(jī)科學(xué)教師方面仍面臨挑戰(zhàn)。2020年，CSTA與ISTE合作發(fā)布《2020CSTA計(jì)算機(jī)科學(xué)教師標(biāo)準(zhǔn)》，為美國中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師職前培養(yǎng)與職后繼續(xù)教育提供依據(jù)，為各州、學(xué)區(qū)提供教師資格認(rèn)證的參考。2017年，27個(gè)州擁有計(jì)算機(jī)科學(xué)教師資格認(rèn)證，2024年擁有教師資格認(rèn)證的州已經(jīng)達(dá)到44個(gè)。

盡管24個(gè)州倡議要加強(qiáng)培養(yǎng)職前教師，但只有阿肯色、康涅狄格、路易斯安那、印第安納、內(nèi)華達(dá)和俄亥俄6個(gè)州為教師提供職前培訓(xùn)課程，教師短缺問題依然存在。為了解決師資問題，一些州的勞工部門、教育機(jī)構(gòu)與高校或社區(qū)學(xué)院合作，創(chuàng)建帶薪的學(xué)徒制或駐校模式，讓職前教師在培訓(xùn)期間得到報(bào)酬，提高其從事教育工作的意愿。

中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師也面臨人工智能的新挑戰(zhàn)。TeachAI和CSTA的調(diào)查顯示，大多數(shù)計(jì)算機(jī)科學(xué)教師對(duì)人工智能工具感到興奮， 88% 的教師表示需要培訓(xùn)來幫助他們確定是否、何時(shí)以及如何使用特定的人工智能工具，并能將計(jì)算機(jī)科學(xué)與其他學(xué)科相結(jié)合，但他們也表示出對(duì)過度依賴、抄襲、偏見和道德問題的擔(dān)憂。

在人工智能時(shí)代，美國中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育從原來自下而上專業(yè)機(jī)構(gòu)推動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)槿缃竦淖陨隙碌膰覒?zhàn)略，呈現(xiàn)出強(qiáng)調(diào)教育政策系統(tǒng)性，關(guān)注教育公平性、多樣性，重視中小學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)教育價(jià)值等特點(diǎn)。2同時(shí)，它也面臨地方發(fā)展不平衡，性別、族裔差異顯著，小初高課程系統(tǒng)化不夠，職前教師培養(yǎng)薄弱等挑戰(zhàn)。

啟示

1.處理好中小學(xué)信息科技國家課程與人工智能課程的關(guān)系

《教育部辦公廳關(guān)于加強(qiáng)中小學(xué)人工智能教育的通知》（教基廳函[2024]32號(hào)）提出“構(gòu)建系統(tǒng)化課程體系，實(shí)施常態(tài)化教學(xué)與評(píng)價(jià)”“開發(fā)普適化教育資源”等。[13]北京市、廣東省等地方也紛紛出臺(tái)中小學(xué)人工智能教育課程綱要，明確人工智能教育目標(biāo)，解決“學(xué)什么”“怎么學(xué)”的問題，但人工智能課程不是“另起爐灶”，而是以信息科技國家課程為核心，既要明晰其中人工智能主線，又要廣泛、有機(jī)融入到其他學(xué)科課程的學(xué)習(xí)之中。

2.處理好職前與職后專業(yè)發(fā)展的關(guān)系

借鑒美國職前計(jì)算機(jī)科學(xué)教師培養(yǎng)的一些辦法，一方面，在職前階段，可以在師范院校增設(shè)“人工智能教育”專業(yè)，將Python編程、人工智能教學(xué)法等納入必修，依托“優(yōu)師計(jì)劃”建立人工智能教育示范試點(diǎn)，加強(qiáng)現(xiàn)代教育技術(shù)專業(yè)碩士的實(shí)踐培養(yǎng)，由高校與中小學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)信息科技教師；另一方面，從教學(xué)應(yīng)用到跨學(xué)科學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)，再到學(xué)科育人等，對(duì)在職教師開展不同水平發(fā)展的分層培訓(xùn)。

3.處理好研究先行與實(shí)踐應(yīng)用的關(guān)系

借鑒美國“試點(diǎn)校”經(jīng)驗(yàn)，圍繞“學(xué)段銜接、認(rèn)知規(guī)律、倫理教育、教學(xué)評(píng)價(jià)”持續(xù)開展教育實(shí)驗(yàn)研究，為課程標(biāo)準(zhǔn)迭代、教材修訂、政策調(diào)整提供證據(jù)。依托國家智慧教育平臺(tái)，建設(shè)“AI教學(xué)案例庫”，利用學(xué)習(xí)分析技術(shù)實(shí)時(shí)診斷學(xué)生概念誤區(qū)、教師教學(xué)難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)“研究一實(shí)踐—再研究”的閉環(huán)改進(jìn)。

4.處理好教育公平與數(shù)字鴻溝的關(guān)系

美國計(jì)算機(jī)科學(xué)教育地方發(fā)展，性別、族裔差異顯著，我國在推進(jìn)信息科技教育過程中要注意財(cái)政傾斜、資源普惠、師資共享等問題。

5.處理好人工智能教育與倫理安全的關(guān)系

美國計(jì)算機(jī)科學(xué)教育強(qiáng)調(diào)誠信、隱私、人類決策權(quán)等原則，我國也要在開展信息科技課程與教學(xué)過程中融入相關(guān)問題，發(fā)揮教師示范作用，協(xié)同“家校社”共治等。

處理好上述幾個(gè)關(guān)系，我國信息科技教育一定能走出一條兼具本土特色、時(shí)代特征和未來指向的健康發(fā)展之路。

參考文獻(xiàn)：

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