中小學開展人工智能教育的困境與建議

王賢燦

【摘 要】中小學開展人工智能教育的重要性和必要性不言而喻。本文分析了當前中小學人工智能教育面臨的主要問題，明確了中小學人工智能教育的學科定位，提出了中小學開展人工智能教育在教學組織、課程建設、師資隊伍培養(yǎng)、課時規(guī)劃、學習效果評估等幾個方面的建議，并提出了區(qū)域人工智能教育資源共建共享的建議。

【關(guān)鍵詞】中小學;人工智能;教育

近些年來，人工智能人才的培養(yǎng)是一個被廣泛熱議的話題。2018年，日本發(fā)布了《人工智能戰(zhàn)略草案》，全面推進培養(yǎng)日本中學生的數(shù)字素養(yǎng)和人工智能專業(yè)人才。2018年，英國上議院公布名為《AI in the UK： ready， willing and able？》的報告指出，對人工智能相關(guān)工作崗位的需求意味著人工智能培訓將成為“終生需求”。2019年，美國國家科學基金會發(fā)布了《人工智能研究院建設計劃》，“智能教育”是支持的重點。2020年，歐盟委員會發(fā)布了《人工智能白皮書》，全力“塑造歐洲數(shù)字未來”。

在我國，國務院在2017年印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出，實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學軟件、游戲的開發(fā)和推廣。

國內(nèi)中小學開展人工智能教育的歷史

2003年，我國教育部制訂的《普通高中技術(shù)課程標準（實驗）》中設置了“人工智能初步”選修模塊（表1）。2017年12月，新修訂的《普通高中信息技術(shù)課程標準》《普通高中通用技術(shù)課程標準》在課程中設置了人工智能相關(guān)知識（表2）。同年印發(fā)的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》設計了人工智能相關(guān)主題活動。目前，小學科學、普通高中信息技術(shù)、普通高中通用技術(shù)和中小學綜合實踐活動等已將人工智能教育相關(guān)內(nèi)容納入到課程內(nèi)容之中。

之后，陸續(xù)有關(guān)于人工智能教育的書籍面世，很多學校開始開設人工智能課程，還有的學校成為“人工智能教育實驗基地學校”。

中小學開展人工智能教育面臨的難點

1.人工智能教育尚未成為獨立的課程

目前，在教育部頒發(fā)的各類課程文件中，尚未出現(xiàn)“人工智能課程”這樣的表述。關(guān)于人工智能教育的最新表述，出現(xiàn)在教育部對政協(xié)委員提案的回復中?！靶W科學、初中科學、普通高中信息技術(shù)、普通高中通用技術(shù)和中小學綜合實踐活動等已將人工智能教育相關(guān)內(nèi)容納入課程內(nèi)容之中?！?/p>

2.人工智能教育教材少，義務教育階段教材內(nèi)容尚沒有標準

2019年12月16日，教育部印發(fā)了《中小學教材管理辦法》《職業(yè)院校教材管理辦法》和《普通高等學校教材管理辦法》的通知。其中第一章第二條明確了“中小學教材是指根據(jù)國家課程方案編寫的、供義務教育學校和普通高中學校使用的教學用書，以及作為教材內(nèi)容組成部分的教學材料（主要包括教材配套的音視頻、圖冊和活動手冊等）”。目前，國家對人工智能教育的課程標準只在《普通高中技術(shù)課程標準（實驗）》中有體現(xiàn)，在義務教育階段尚未明確相關(guān)的課程標準。所以，目前達到國家課程標準的人工智能教材只有在高中階段使用的《信息技術(shù)選擇性必修4——人工智能初步》。

3.人工智能教育涉及的學科多，而能勝任的教師少

目前，在中小學教授人工智能的教師，學科背景比較復雜，有數(shù)學教師、物理教師、信息技術(shù)教師、通用技術(shù)教師和綜合實踐教師。人工智能教育師資培訓還未成體系，人工智能的發(fā)展又非常迅速，現(xiàn)有中小學人工智能教師水平得不到持續(xù)提高。在教學方法上，人工智能教育屬于技術(shù)類教育，基本上采用的都是項目式學習方法。在學生學習過程中的項目設定、分組、評價等方面，很多教師還沒有達到完整駕馭人工智能教育課堂的目的。

4.缺少課時

絕大多數(shù)地區(qū)的中高考中都沒有將信息技術(shù)學科列入考試科目，這樣的考試要求下，信息技術(shù)學科在大家心目中的地位普遍不高。課時是中小學的稀缺資源。在課時資源有限的情況下，中小學校按時足量開齊信息技術(shù)課都尚要多方呼吁和爭取，人工智能課程進學校面臨的課時問題就更突出了。很多學?；旧隙际遣捎蒙鐖F課、四點半課程等進行人工智能課程的學習。加之人工智能教育涉及的內(nèi)容多，所需要的基礎(chǔ)知識、基礎(chǔ)理論又特別繁雜，如何在非常有限的時間內(nèi)將人工智能課程系統(tǒng)地呈現(xiàn)、教授給學生，成為大家共同面臨的問題。

5.學生水平相差很大，實施個性化教學壓力大

截至2020年12月，我國網(wǎng)民規(guī)模達9.89億，手機網(wǎng)民規(guī)模達9.86億，互聯(lián)網(wǎng)普及率達70.4%。其中，40歲以下網(wǎng)民超過50%，學生網(wǎng)民最多，占比為21.0%。但中小學生的信息技術(shù)水平相差很大。除了上文提到的因為學校對信息技術(shù)課程教學重視程度不同造成了信息技術(shù)水平差異外，家庭因素也是造成信息技術(shù)水平差異很重要的因素。有的家庭很重視學生前沿技術(shù)的學習，通過興趣班、培訓班等途徑對學生進行了人工智能方面的培訓，這類學生人工智能應用水平比一般同齡學生的水平高很多;有的家庭認為技術(shù)學習不重要，完全放棄。

學生水平參差不齊，給人工智能教學帶來了巨大的不便。如何分析人工智能學習水平、如何分層教學、如何進行有針對性地教學，成為人工智能教育中不得不思考的問題。

6.學生缺少成就感

人工智能教育與升學的關(guān)系不大，對升學的幫助也很有限，家長、學生對學習人工智能的熱情有限。在人工智能教育課程內(nèi)容的選擇上，部分學校選擇了以編程為主的課程，學生因任務與自身的學習生活相關(guān)度不大，且需要不斷地調(diào)試，很難通過編程產(chǎn)生成就感;部分學校選擇了以創(chuàng)客為主的課程，學生面對一堆零件，很難得到物品創(chuàng)造產(chǎn)生的獲得感。很多學校因為場地、展示空間、評價方式等限制，學生的成果無法得到教師和同伴的點評，也很難獲得成就感。

做好人工智能教育的建議

1.明確人工智能教育的課程定位

參考《普通高中信息技術(shù)課程標準》，根據(jù)不同學段學生的特征，將中小學人工智能教育的課程分為必修、選擇性必修、選修三個類型，確定不同層次的課程目標和內(nèi)容（表3）。

2.一校一策，系統(tǒng)思考，將人工智能教育融合到學校的教育教學中

在人工智能教育組織上，堅持校本化原則。根據(jù)學校實際擬定人工智能教育思路，做好學校人工智能教育的頂層設計。學校成立專門的人工智能教育推進小組，確定學校人工智能教育的目標，并根據(jù)目標將相應的措施進行分解，全面規(guī)劃設計統(tǒng)籌人工智能教育過程中面臨的課時、課程、場地、教師、經(jīng)費等問題。

在人工智能教育內(nèi)容編排上，堅持項目化原則。人工智能教育涉及的內(nèi)容非常多，在進行課程選擇和設計時，必須堅持項目化。這樣既有利于學生根據(jù)自身情況進行選擇，又可以讓學生通過一個個項目的完成來不斷滿足求知欲。

在人工智能教育實施上，堅持綜合化原則。人工智能與人類生活聯(lián)系越來越緊密，它讓生活變得更加快速和符合人性。人工智能教育只有瞄準為人類生活提供更多便利這一目標，加強與其他學科結(jié)合才能更有生命力。例如，新冠肺炎疫情在全球大爆發(fā)時，人工智能技術(shù)在疫情預測、病毒基因測序、溫度感應、醫(yī)學影像、病人護理等方面大放異彩。我們在人工智能教育過程中，可以與語文學科合作，用人工智能的自然語言處理技術(shù)，開發(fā)出自動信件回復系統(tǒng);可以與歷史學科合作，用歷史學科的研究方法來研究人工智能的歷史，推測人工智能的將來;可以與數(shù)學學科合作，應用數(shù)學學習中的概率統(tǒng)計知識，試圖模擬疫情預測;可以與生物學科相結(jié)合，試圖用圖像識別技術(shù)開發(fā)出病毒識別系統(tǒng);可以與政治學科合作，用哲學的觀點來研究人工智能對人類的影響等等。

根據(jù)學校特色，堅持特色化的原則，精準施策，打造人工智能特色項目。例如，學校在空間設計、實驗室設置等方面有優(yōu)勢，可以將相關(guān)的空間改建或新建為人工智能體驗空間;學校在編程教育上形成了一定的培養(yǎng)體系，在人工智能項目選擇上，可以多在人工智能編程上想辦法;學校在科技制作和科技發(fā)明上有突破，我們可以請師生們開拓人工智能的發(fā)明創(chuàng)造領(lǐng)域等。通過人工智能特色化的打造，積累經(jīng)驗，以點帶面，形成良好的人工智能教育示范效應。

在人工智能教育的評價上，堅持創(chuàng)意物化原則。學校應盡可能提供學生展示、評價的機會和舞臺。例如，從學生對項目的分析開始，我們可以將學生的分析過程拍攝出來，用展板、多媒體展示平臺等媒介向全校展示;學生開發(fā)出來的應用或者游戲，學?？梢酝茝V到全校，提供必要的設備設施供學生們挑戰(zhàn);學生創(chuàng)造出來的各種機器人、各種系統(tǒng)，學?？梢栽O置專門的作品墻來擺放，也可以將這些機器人和系統(tǒng)應用到日常的管理中，供師生品評等。

3.建設人工智能教育區(qū)域一體化合作機制

資源平臺一體化。算力、算法、數(shù)據(jù)是人工智能的三大基石。建立人工智能實驗平臺和計算平臺需要強大的人力、物力和財力，相關(guān)的賬號、數(shù)據(jù)等標準比較難統(tǒng)一，后期的平臺維護也是一個巨大的挑戰(zhàn)。因此，有必要以區(qū)域為單位打造區(qū)域共享、資源豐富的人工智能教育平臺。區(qū)域共享的人工智能平臺既能滿足區(qū)域內(nèi)人工智能教育對算力的要求，也可以依托該平臺建立各類人工智能系統(tǒng)測試環(huán)境，還可以將它打造為人工智能教學平臺超市供各學校自主選擇。

體驗空間一體化。中小學場地有限，如果每所學校建設一間專門的人工智能體驗室，無疑會耗費巨大的人力和物力。人工智能技術(shù)發(fā)展快，更新迭代快，這給后期人工智能體驗室的更新和維護帶來了巨大的挑戰(zhàn)。一個區(qū)域可以統(tǒng)一建設一間示范性的人工智能體驗空間，面向全區(qū)域中小學開放。區(qū)域也可以統(tǒng)一和人工智能企業(yè)合作，將人工智能企業(yè)統(tǒng)一授牌為師生的體驗實訓基地。

師資培訓一體化。人工智能教育隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展不停地更新與迭代，師資的培養(yǎng)和共用是非常有必要的。可以以區(qū)域為單位建一個人工智能教師共用池，全區(qū)域根據(jù)學校的需求和教師的實際情況進行教師培訓和教師調(diào)配，以形成良好的名師示范效應和教師資源共享。

評價方式一體化。按照現(xiàn)有中小學教育行政管理構(gòu)架，義務教育階段的考評一般是由縣市來實施，高中階段的考評一般由省市來實施。因此，有必要建立區(qū)域統(tǒng)一的人工智能教育評價體系。依托統(tǒng)一的人工智能教育評價體系，更有利于區(qū)域人工智能人才選拔，便于更高學段的學校進行人工智能人才的分層培養(yǎng)。

教育要面向現(xiàn)代化，面向世界，面向未來。站在現(xiàn)在的歷史節(jié)點上，面對百年未有之大變局，為了培養(yǎng)適應未來發(fā)展的建設者和接班人，我們必須重視中小學人工智能教育，必須正視中小學人工智能教育中面臨的困境，發(fā)揮主觀能動性，積極探索實踐，讓教育擁抱人工智能。

參考文獻

劉俊波，樂進軍. 中小學人工智能課程建設初探[J]. 基礎(chǔ)教育課程，2020（1）.

關(guān)于政協(xié)十三屆全國委員會第三次會議第3330號（教育類331號）提案答復的函（教科技提案〔2020〕427號） [EB/OL]. http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/xxgk_jyta/jyta_kjs/202012/t20201215_505691.html.