信息技術(shù)學(xué)科教師開(kāi)展人工智能教育的現(xiàn)狀與需求調(diào)研

鐘祖榮 于曉雅 秦昆 胡淑均

國(guó)務(wù)院2017年印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提出在中小學(xué)開(kāi)展人工智能教育。中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教師雖然在中小學(xué)配比較少，總體數(shù)量也不多，但卻是中小學(xué)開(kāi)設(shè)人工智能課程、實(shí)施人工智能教育的主要力量。為了了解目前北京市中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教師學(xué)習(xí)、了解和實(shí)施人工智能教育的情況、經(jīng)驗(yàn)、困難及問(wèn)題，以便設(shè)計(jì)和開(kāi)展針對(duì)性培訓(xùn)，拓展中小學(xué)教師和管理者對(duì)人工智能教育的認(rèn)識(shí)，提升信息技術(shù)教育和人工智能相關(guān)教育的質(zhì)量，筆者于2019年10-11月，按照“城區(qū)與郊區(qū)”和“小學(xué)、初中與高中學(xué)段”抽樣兩個(gè)類別和層次的信息技術(shù)學(xué)科教師，組織開(kāi)展了此調(diào)研。

● 調(diào)研情況

本次調(diào)查對(duì)象為中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科教師。調(diào)研采用問(wèn)卷法，使用自編問(wèn)卷《中小學(xué)開(kāi)展人工智能教育的調(diào)查問(wèn)卷（信息技術(shù)學(xué)科教師卷）》，共計(jì)41道題，主要涉及基本信息、對(duì)人工智能相關(guān)知識(shí)的了解情況、學(xué)習(xí)的意愿與想法、學(xué)校開(kāi)展人工智能教育的情況、需求與困難所在。本次調(diào)查，對(duì)城區(qū)和郊區(qū)信息技術(shù)教師進(jìn)行抽樣調(diào)查，其中城區(qū)占53.5%，郊區(qū)占46.5%。在這些教師中，男教師占43.9%，女教師占56.1%。30歲以下年齡占25.4%，31～40歲占42.1%，41～50歲占23.7%，50歲以上占8.8%。從學(xué)科背景上看，理工科占80%;從學(xué)段上看，小學(xué)占54.4%，初中占23.7%，高中占21.1%。同時(shí)兼任學(xué)校中層管理人員占12.3%。

● 調(diào)研結(jié)果

1.學(xué)校開(kāi)展人工智能教育的情況

信息技術(shù)學(xué)科教師是承擔(dān)人工智能教育的主要師資。因此，從信息技術(shù)教師的角度了解學(xué)校開(kāi)展人工智能教育，是比較準(zhǔn)確和適合的。學(xué)校開(kāi)展人工智能教育又包括開(kāi)設(shè)相應(yīng)課程、開(kāi)展課外活動(dòng)等途徑，筆者對(duì)兩種途徑進(jìn)行調(diào)查了解。

（1）學(xué)校課內(nèi)開(kāi)設(shè)人工智能課程情況

調(diào)查顯示，學(xué)校開(kāi)設(shè)了人工智能課程的占41.2%。在開(kāi)課的學(xué)校中，單獨(dú)開(kāi)設(shè)且排在學(xué)校正常教學(xué)時(shí)間中的占20.9%，單獨(dú)開(kāi)設(shè)且排在社團(tuán)活動(dòng)時(shí)間的占27.9%，在信息技術(shù)課中滲透的占48.4%，在競(jìng)賽團(tuán)隊(duì)中開(kāi)設(shè)的占2.3%。可見(jiàn)，真正作為一門正式課程開(kāi)設(shè)的比例很小。

開(kāi)設(shè)人工智能課程有教材的占11.4%，其他均無(wú)教材，看來(lái)教材缺乏也是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題之一。在開(kāi)課教師的身份中，信息技術(shù)教師占35.1%，是最主要的承擔(dān)者，其次還有科學(xué)教師及科技輔導(dǎo)員。大多是在普通教室開(kāi)展，并沒(méi)有專用實(shí)驗(yàn)室，還有26.3%在機(jī)房開(kāi)展。有33.3%的學(xué)校是在最近1～2年內(nèi)開(kāi)始開(kāi)設(shè)的，還有8.8%的學(xué)校是最近一年內(nèi)開(kāi)始開(kāi)設(shè)人工智能課程，預(yù)測(cè)隨著人工智能技術(shù)的不斷普及，可能會(huì)有更多學(xué)校開(kāi)始開(kāi)設(shè)。

編程是人工智能學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)，也是信息技術(shù)課程的重要內(nèi)容。筆者調(diào)研了開(kāi)設(shè)編程課程的情況。開(kāi)設(shè)Scratch編程課程的最多占69.3%，其次是Python編程課程，占42.1%，其他還有“酷豆”編程課程等，沒(méi)有開(kāi)設(shè)編程課程的也不多，僅占10.5%，具體情況如圖1所示。

至于采用何種開(kāi)源硬件，24.6%選用Microbit2，14.9%選用Mixly，13.2%選用樹(shù)莓派，另外還有無(wú)人小車和掌控板等。只有58.8%作為必修課，其余作為興趣課、選修課和競(jìng)賽類課程。一般是每周1節(jié)課，少數(shù)可以做到每周3節(jié)或以上。

（2）學(xué)校課外開(kāi)展人工智能相關(guān)活動(dòng)的情況

有56.1%的學(xué)校開(kāi)展了針對(duì)人工智能的課外活動(dòng)。人工智能相關(guān)課外活動(dòng)的內(nèi)容分布，主要有機(jī)器人活動(dòng)（67.5%）和編程活動(dòng)（60.5%），其他還有智能硬件（28.1%）、無(wú)人駕駛（12.3%）等。大多數(shù)是在最近一兩年內(nèi)開(kāi)始（52.6%），也有少部分開(kāi)展了3～4年?？偟膩?lái)說(shuō)，學(xué)校人工智能課外活動(dòng)的開(kāi)展相比專門課程要普遍得多。

2.開(kāi)展人工智能教育的困難與需求

（1）主要困難

對(duì)學(xué)校在推進(jìn)人工智能教育方面遇到的主要困難調(diào)查顯示，經(jīng)費(fèi)不足和師資力量不足并列第一位（63.2%），其次是教學(xué)課時(shí)不足（51.8%），再次是學(xué)?；A(chǔ)設(shè)施落后（48.2%）（如圖2）。

調(diào)查學(xué)校在開(kāi)展人工智能課外活動(dòng)遇到的問(wèn)題，調(diào)查在于，首先是缺少專家指導(dǎo)（63.2%），其次是設(shè)備問(wèn)題（58.8%），再次是缺少培訓(xùn)（54.4%）。

（2）認(rèn)識(shí)與相關(guān)需求

關(guān)于在本校開(kāi)展人工智能教育是否必要，83.3%的教師認(rèn)為非常必要，其他教師認(rèn)為可有可無(wú)。

關(guān)于人工智能教育的目的，通過(guò)調(diào)查可知，認(rèn)同度較高的依次是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神（86.8%）、培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維（86%）、培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐能力（81.6%）、培養(yǎng)學(xué)生了解未來(lái)（78.1%）。對(duì)于推進(jìn)教育資源共享、提高學(xué)校教學(xué)質(zhì)量等目的，選擇相對(duì)較少。

學(xué)校希望得到人工智能教育方面的支持依次是實(shí)驗(yàn)室和教學(xué)平臺(tái)建設(shè)（85.1%）、課程開(kāi)發(fā)和教學(xué)指導(dǎo)（81.6%）、基礎(chǔ)理論和方法的培訓(xùn)（68.4%）。

3.教師對(duì)人工智能的了解掌握情況和學(xué)習(xí)需求

（1）教師對(duì)人工智能概念和相關(guān)技術(shù)的了解情況

大多數(shù)教師知道人工智能，但深入了解的卻較少，自我評(píng)價(jià)分布為：非常了解（3.5%）、比較了解（29.8%）、一般（57.%）、不太了解（6.1%）。對(duì)人工智能在教學(xué)中的應(yīng)用系統(tǒng)，大多數(shù)停留于智能翻譯（64%）和虛擬現(xiàn)實(shí)（62.3%）、智能搜索（50.9%）等，而對(duì)真正在教學(xué)中應(yīng)用的智能系統(tǒng)了解的人較少，如智能批改（37.7%）、AI好教師系統(tǒng)（29.8%）等。

作為信息技術(shù)學(xué)科教師，83.3%的教師認(rèn)同人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支。但是仍有25%的教師沒(méi)有準(zhǔn)確作答，包括“AI是人工智能縮寫(xiě)”等最基本的常識(shí)。

在哪些功能是由人工智能技術(shù)提供的選項(xiàng)中，選擇占比依次為網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物（86.8%）、根據(jù)搜索結(jié)果推薦服務(wù)（86%）、根據(jù)歷史記錄推薦服務(wù)（81.6%）、根據(jù)駕駛習(xí)慣提供路況（78.1%）、智能手機(jī)提供的個(gè)性化服務(wù)（48.2%）等。

關(guān)于機(jī)器人能夠與人對(duì)話主要運(yùn)用了什么技術(shù)，只有51.8%選擇的教師是運(yùn)用了自然語(yǔ)言理解技術(shù)，還有少數(shù)教師認(rèn)為是模式識(shí)別技術(shù)（8.8%）、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（4.4%），這說(shuō)明不少人還缺乏相關(guān)技術(shù)知識(shí)。

關(guān)于人工智能涉及的學(xué)科，幾乎所有教師都選擇了計(jì)算機(jī)科學(xué)（99.1%），其次選擇較多的學(xué)科有仿生學(xué)（74.6%）、數(shù)學(xué)（70.2%）、統(tǒng)計(jì)學(xué)（66.7%）、語(yǔ)言學(xué)（64%）、醫(yī)學(xué)（52.6%）。選擇較少的有倫理學(xué)、藝術(shù)、哲學(xué)。

關(guān)于對(duì)人工智能相關(guān)文件的學(xué)習(xí)，41.2%的教師表示有過(guò)，57%的教師表示沒(méi)有學(xué)習(xí)。其中《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》有43%的教師閱讀過(guò)，《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》有46.5%的教師閱讀過(guò)，其他的閱讀人數(shù)少。

（2）信息技術(shù)學(xué)科教師人工智能相關(guān)知識(shí)學(xué)習(xí)意愿和學(xué)習(xí)方式

關(guān)于是否認(rèn)為人工智能教育將成為提升自我、科研突破的重要契機(jī)，大多數(shù)是肯定的，占到91.2%，只有極少數(shù)不這樣認(rèn)為。

關(guān)于是否愿意讓人工智能更加了解自己，給自己生活提供方便，大多數(shù)也是肯定的，占比81.6%，仍有少數(shù)不愿意。

對(duì)于如何學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)，最主要的方式選擇是教研活動(dòng)（50.9%）和短期速成（45.6%），獲得免費(fèi)自學(xué)資源（36.8%）（如圖3）。

對(duì)于希望投入多少時(shí)間來(lái)學(xué)習(xí)？選擇比較平均，有37.2%的教師覺(jué)得可以用半年時(shí)間學(xué)習(xí)人工工智能技術(shù)，39.8%的教師愿意付出1～2年的時(shí)間，還有23%的教師愿意付出兩年以上的時(shí)間。

● 結(jié)論與建議

1.結(jié)論

①編程課程開(kāi)設(shè)相對(duì)比較普遍，人工智能相關(guān)課程與課外活動(dòng)開(kāi)展還不夠普遍，占半數(shù)左右，且多為興趣課或選修課。

②信息技術(shù)學(xué)科教師對(duì)人工智能的了解程度大多呈現(xiàn)一般的中等程度，在政策、基礎(chǔ)知識(shí)、教育應(yīng)用等方面還存在較多缺失，需要補(bǔ)充學(xué)習(xí)。

③信息技術(shù)學(xué)科教師對(duì)開(kāi)設(shè)人工智能課程的必要性、對(duì)學(xué)習(xí)和運(yùn)用人工智能的愿望大多數(shù)是肯定的、積極的，這為其學(xué)習(xí)以及學(xué)校開(kāi)展人工智能教育提供了良好的認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)。

④在開(kāi)設(shè)人工智能課程和開(kāi)展課外活動(dòng)方面還存在資源條件、師資、指導(dǎo)等方面的困難，相應(yīng)地產(chǎn)生了對(duì)政府、教研培訓(xùn)部門以及學(xué)校管理等方面的需求。需要?jiǎng)?chuàng)造條件解決困難。

2.建議

第一，開(kāi)設(shè)人工智能相關(guān)課程，是人工智能發(fā)展規(guī)劃中提出的任務(wù)。從國(guó)務(wù)院政策到學(xué)校落地實(shí)施，目前看還存在較多困難和一定的差距。首先需要對(duì)人工智能課程進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，具體包括目的、內(nèi)容、教材、課時(shí)、考核評(píng)價(jià)等問(wèn)題。從目的上說(shuō)，要從知識(shí)技能、價(jià)值觀與人工智能的倫理問(wèn)題、計(jì)算思維與創(chuàng)新意識(shí)等方面去考慮。從內(nèi)容上，主要應(yīng)該包括人工智能的價(jià)值、基本原理、主要技術(shù)、應(yīng)用場(chǎng)景、倫理規(guī)范等。在教材方面，目前版本逐漸增多，關(guān)鍵是要對(duì)各種版本進(jìn)行評(píng)估分析，然后進(jìn)行推薦，供教師根據(jù)學(xué)校和學(xué)生的實(shí)際進(jìn)行選擇。在課時(shí)方面，目前由于沒(méi)有正式的課程，課時(shí)也往往融在信息技術(shù)課程中，因此，需要適當(dāng)增加課時(shí)。從考核上看，要根據(jù)課程目標(biāo)進(jìn)行考核，同時(shí)注意考核方式，多注重活動(dòng)與設(shè)計(jì)，注意結(jié)合具體情境和案例來(lái)分析，少一些知識(shí)性的紙筆測(cè)試。在做好課程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，在一定區(qū)域中推行人工智能課程，提高其普及度。

第二，繼續(xù)開(kāi)展好學(xué)生的人工智能課外活動(dòng)。鼓勵(lì)學(xué)生參與人工智能的興趣小組活動(dòng)，學(xué)校創(chuàng)造條件支持學(xué)生開(kāi)展學(xué)習(xí)、實(shí)驗(yàn)、制作、競(jìng)賽等活動(dòng)，要安排教師和社會(huì)力量加強(qiáng)對(duì)學(xué)生的活動(dòng)指導(dǎo)，加強(qiáng)學(xué)校與相關(guān)技術(shù)企業(yè)之間的聯(lián)系，打通課外與校外之間的聯(lián)系。

第三，對(duì)學(xué)校設(shè)備和師資的條件支持。目前，部分學(xué)校實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件較好，但多數(shù)學(xué)校在人工智能教育的設(shè)備條件上還比較缺乏，如實(shí)驗(yàn)室、相關(guān)的平臺(tái)和軟件、硬件、組件等。需要政府給予資金上的支持，可以設(shè)立人工智能教育條件建設(shè)專項(xiàng)。同時(shí)，也需要企業(yè)和學(xué)校合作搞好實(shí)驗(yàn)室的設(shè)計(jì)，配備好相應(yīng)的條件。關(guān)于師資的配置，可以有多種方式，主要方式還是立足現(xiàn)有信息技術(shù)學(xué)科教師的專業(yè)提高，另外可以借助技術(shù)企業(yè)的專業(yè)力量支持，也可以引進(jìn)新畢業(yè)的專業(yè)人才。

第四，開(kāi)展技術(shù)學(xué)科教師的培訓(xùn)與提升。信息技術(shù)學(xué)科教師對(duì)人工智能的了解程度總體要好于其他學(xué)科教師，同時(shí)也具有更好的基礎(chǔ)，但由于人工智能也是新知識(shí)新技能，也只有通過(guò)學(xué)習(xí)才能了解掌握，而在這個(gè)方面每個(gè)人的跟進(jìn)程度不一樣，從調(diào)查結(jié)果也可以看出還有較大差距。而且在人工智能掌握的程度水平上，對(duì)信息技術(shù)學(xué)科教師的要求也要高得多，因?yàn)樗麄円袚?dān)人工智能課程的教學(xué)。所以，需要高校和培訓(xùn)院校開(kāi)展較長(zhǎng)時(shí)間的教師進(jìn)修培訓(xùn)，幫助他們系統(tǒng)地掌握人工智能的理論和技術(shù)，以及開(kāi)展人工智能教育的教學(xué)法。

第五，加強(qiáng)人工智能教育的教研活動(dòng)。人工智能教育是個(gè)新課題，目前有不少學(xué)校進(jìn)行了探索，但還面臨諸多制度性問(wèn)題、條件性問(wèn)題、教學(xué)法問(wèn)題。制度性問(wèn)題需要政府進(jìn)行制度設(shè)計(jì)，條件性問(wèn)題需要政府和學(xué)校創(chuàng)造條件，教學(xué)法問(wèn)題需要教研部門和學(xué)校一起，結(jié)合課例開(kāi)展實(shí)際的研討，就內(nèi)容選擇、教學(xué)方法、課程評(píng)價(jià)、學(xué)生學(xué)習(xí)指導(dǎo)、課外活動(dòng)、競(jìng)賽組織等問(wèn)題開(kāi)展有組織有計(jì)劃的研究。