一次問卷引發(fā)的思考

毛澄潔+++覃芳++唐亮+++熊曉燕

人工智能的迅速發(fā)展將深刻改變?nèi)祟惿鐣?huì)生活，改變世界。2017年7月20日國務(wù)院出臺(tái)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》（以下簡稱《規(guī)劃》），提出了面向2030年我國新一代人工智能發(fā)展的指導(dǎo)思想、戰(zhàn)略目標(biāo)、重點(diǎn)任務(wù)和保障措施，部署構(gòu)筑我國人工智能發(fā)展的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，加快建設(shè)創(chuàng)新型國家和世界科技強(qiáng)國。

《規(guī)劃》提出要發(fā)展便捷、高效的智能教育服務(wù)，開展智能校園建設(shè)；要逐步完善人工智能教育體系，鼓勵(lì)廣泛開展人工智能科普活動(dòng)，實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目。在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。

筆者作為最早開展編程教育的教師之一，認(rèn)為思考如何設(shè)置課程，如何落地實(shí)施，非常有必要。

2017年9月19日，南京舉行了“未來教育：智慧校園”高峰論壇的“AI助力教育”人工智能教育論壇。毛澄潔老師受邀做主題演講“面向人工智能時(shí)代的編程教育”，并進(jìn)行了以下的問卷調(diào)研，現(xiàn)簡要總結(jié)出來，分享給大家。

調(diào)查問卷整體概述

本次問卷以“人工智能與編程教育問題征集”為題，主要目的：一是為主題報(bào)告“面向人工智能時(shí)代的編程教育”做準(zhǔn)備；二是想了解老師們對(duì)“人工智能”概念的了解程度，以及K12領(lǐng)域?qū)幊探逃乃伎己完P(guān)心的問題；三是希望能了解老師們對(duì)小學(xué)、初中、高中編程平臺(tái)的建議。

問卷采用“問卷星”網(wǎng)絡(luò)調(diào)查的形式，通過在朋友圈和4個(gè)專業(yè)群內(nèi)發(fā)布，在2017年9月7日—14日進(jìn)行了調(diào)研，共收集問卷196份。

主要調(diào)查對(duì)象為各學(xué)科教師以及創(chuàng)客（STEAM）愛好者和科技方面創(chuàng)業(yè)者，其中還包括一些國內(nèi)機(jī)器人教育的專家學(xué)者。問卷結(jié)果來自26個(gè)省市，還有4份國外答卷，充分反應(yīng)了國內(nèi)相關(guān)人員對(duì)AI的了解以及對(duì)編程教育的關(guān)心程度。

在問卷調(diào)研的過程中，發(fā)生了很多有意思的事情，使得問卷調(diào)研活動(dòng)本身非常受關(guān)注，非常有意義。

問卷調(diào)研過程中的趣事

1. 參與問卷活動(dòng)的人員類型多，各類大咖都有自己的見解

有資深專家、中國最早的計(jì)算機(jī)教學(xué)開展者、大學(xué)著名教授、資深的創(chuàng)客，各省市區(qū)縣的信息技術(shù)教研員等參與了調(diào)研。其中，有北京景山學(xué)校最早開設(shè)計(jì)算機(jī)編程課與機(jī)器人教育課的沙有威老師，年經(jīng)的吳俊杰、李卓等老師積極參與，認(rèn)真思考，給出了自己的答案。

前中國教育技術(shù)協(xié)會(huì)秘書長劉雍潛老師，耗時(shí)18分鐘，是答卷時(shí)長最長的老師。圖1是他的回答，能夠看出劉老師的認(rèn)真、專業(yè)、有遠(yuǎn)見。

2. 兩位態(tài)度截然相反的參與者

某高校的一名程序設(shè)計(jì)教授認(rèn)為，在小學(xué)沒有必要開設(shè)編程課，比較理想的形態(tài)是小學(xué)階段一個(gè)學(xué)校搞一個(gè)編程興趣班即可。否則，就會(huì)給學(xué)校、老師、家長和學(xué)生帶來新的負(fù)擔(dān)，結(jié)果往往是負(fù)面的。以筆者20余年從事程序設(shè)計(jì)教學(xué)的經(jīng)驗(yàn)看，大學(xué)開始學(xué)編程完全來得及。人工智能技術(shù)的研發(fā)是一部分人的事，不是所有人的事。小學(xué)全面開設(shè)這個(gè)課沒有必要也不可行，可以開個(gè)興趣班。而另一位創(chuàng)業(yè)企業(yè)的CEO，資源的程序開發(fā)設(shè)計(jì)者則認(rèn)為，編程教育要從小抓起，最好一次性到位，采用C#語言配合微軟的Visual Studio作為開發(fā)工具來進(jìn)行專業(yè)教學(xué)，學(xué)習(xí)時(shí)和畢業(yè)后可以很快地進(jìn)入編程行業(yè)。

這兩位教師的態(tài)度很具有代表性。對(duì)此，筆者進(jìn)行了很認(rèn)真的思考，發(fā)現(xiàn)他們的建議其實(shí)有共同點(diǎn)，都是指出了中國開展計(jì)算機(jī)教育近40年來，尤其是在程序教學(xué)中存在的問題。教師們往往只是停留在教授程序設(shè)計(jì)語言知識(shí)的層面，而未關(guān)注對(duì)更重要的編程思維或計(jì)算思維、問題解決能力的培養(yǎng)。

3. 問卷的基本特點(diǎn)

移動(dòng)互聯(lián)時(shí)代所有問卷都來自手機(jī)端，在8天的問卷征集時(shí)間中，有效答卷時(shí)間是6天，前3天是答卷的高峰時(shí)段，表明人們對(duì)熱點(diǎn)問題關(guān)注度的持續(xù)時(shí)間約有3天，是速食的，短暫的，碎片化的；從問卷的地域分布來看，問卷最多的省市為北京（84），其余依次排序?yàn)閺V東（23）、河南（13）、山東（10）、浙江（10）、四川（6）、上海（5）、江蘇（5）、國外（4），這和國內(nèi)的程序教學(xué)、創(chuàng)新課程、創(chuàng)客教育區(qū)域開展的地域分布情況是比較一致的。

?問卷數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析??

1. 小學(xué)要開程序設(shè)計(jì)課程嗎

從圖2中可見，有超過90%的參與者選擇了“需要”，說明參與問卷的教師大多數(shù)對(duì)小學(xué)階段開設(shè)程序設(shè)計(jì)課程都持贊同意見；有近10%的教師則認(rèn)為，不需要開設(shè)程序設(shè)計(jì)課程，這一群體所代表的觀念則需要我們重視并思考真正開設(shè)時(shí)，如何才能做好。

圖2

2. 小學(xué)編程使用的最佳平臺(tái)

從圖3中可見，有59%的人選擇了“Scratch”，說明多數(shù)人覺得Scratch的難易程度適合小學(xué)階段的學(xué)生，而10%的人覺得可以選擇其他。在列出的其他編程平臺(tái)中，有提到C語言、啃蘿卜和樂高M(jìn)indstorm。

圖3

3. 您所了解的人工智能

這是一個(gè)開放性的問題，教師們的回答非常有意思，196份答卷中，有143人回答了該問題，而其中只有66份問卷認(rèn)真地回答了什么是人工智能。通過這些答案，我們可以看到教師們對(duì)這一概念的了解還很不夠，形成了一種金字塔結(jié)構(gòu)。因此，教師還需要學(xué)習(xí)體驗(yàn)與了解，才能夠去談教不教以及如何教學(xué)的問題。以下是一些答案。

人工智能（Artificial Intelligence），英文縮寫為AI。它是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)。

計(jì)算機(jī)擁有人類的思維方式，具有自我學(xué)習(xí)能力的計(jì)算機(jī)思維方式，與大數(shù)據(jù)結(jié)合，完成更多復(fù)雜的思考性問題，幫助人類工作，提高人類的認(rèn)知水平，提升人類認(rèn)知邊界，改善人類生活質(zhì)量的一種新的機(jī)器思維。不能違背機(jī)器人三原則，無論是強(qiáng)人工智能還是弱人工智能，都不能發(fā)現(xiàn)自我意識(shí)和情感，不能給自我設(shè)定目標(biāo)，這是人工智能和人類最本質(zhì)的區(qū)別。

人工智能不是人的智能，而是人制造出來的智能。這種智能是通過人對(duì)領(lǐng)域的理解，然后把這種理解編寫成規(guī)則，這些規(guī)則可以用任何一種語言描述，用語言描述的規(guī)則就是程序，這些規(guī)則的執(zhí)行就是人工智能。

清晰的把任務(wù)完美的教會(huì)機(jī)器執(zhí)行，機(jī)器能在復(fù)雜的情況下完美的完成任務(wù)。

……

4. 編程教育如何對(duì)接人工智能

196份答卷中，有183人回答了該問題，而其中有16份問卷回答的是“不知道”。認(rèn)真回答問卷的老師們的認(rèn)識(shí)還是挺到位的，現(xiàn)將回答內(nèi)容選摘如下。

在編程教育和人工智能對(duì)接方面，有的老師覺得不需要強(qiáng)硬對(duì)接。

中小學(xué)需要編程，但不需要把編程和人工智能硬扯在一起。

開發(fā)一些小程序小器件的課程，緊密聯(lián)系生活。內(nèi)容小而美，體驗(yàn)為主。采用智能化編程技術(shù)，以及游戲化教學(xué)模式。

編程教育對(duì)接人工智能，要結(jié)合硬件。從模擬人類智能開始，通過具體而微的小案例，感受、體驗(yàn)、設(shè)計(jì)、展示程序設(shè)計(jì)在人工智能當(dāng)中的創(chuàng)造。

個(gè)人覺得編程教育只是一部分，應(yīng)該把編程和一些實(shí)際的傳感器零件結(jié)合起來，課程開發(fā)也要結(jié)合學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)情況。智能機(jī)器人是好的選擇。

有的認(rèn)為，算法才是人工智能的靈魂。

人工智能重要的不是編程序，而是編寫功能強(qiáng)大的規(guī)則，也就是算法，關(guān)鍵是對(duì)領(lǐng)域的理解。

AI的靈魂在算法，基礎(chǔ)在數(shù)學(xué)，編程教育在教授基礎(chǔ)的語言語法之上更要側(cè)重?cái)?shù)學(xué)和算法教育。

有的則詳細(xì)地說明了編程教育如何對(duì)接人工智能。

明確一個(gè)理念：通過編程語言控制機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)并按照人的思維方式去工作。用人工智能具體應(yīng)用案例引入課題，科學(xué)地設(shè)立項(xiàng)目學(xué)習(xí)內(nèi)容；將項(xiàng)目進(jìn)行梳理分析，建立邏輯關(guān)系和模型；用編程語言描述邏輯關(guān)系并建模。

還有一部分回答則在關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)本身以及師資問題。

請(qǐng)關(guān)注孩子的真實(shí)成長路徑，是否人工智能只是表現(xiàn)形式。

于基礎(chǔ)教育老師，不為所有，但為所用，拿來主義；學(xué)生，基于項(xiàng)目和真實(shí)任務(wù)學(xué)習(xí)。

編程是人工智能基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，編程教育應(yīng)該從小抓起，逐步培養(yǎng)學(xué)生對(duì)編程的興趣和編程思維，然后才能過渡到人工智能所需要的其他方面知識(shí)。

這個(gè)問題有點(diǎn)專業(yè)哦～在信息化時(shí)代，未來編程可能會(huì)發(fā)展成一項(xiàng)基礎(chǔ)技能，在兒童和中小學(xué)普及編程教育的意義非凡。

如何對(duì)接，我覺得首先要解決師資的問題，除了培養(yǎng)內(nèi)部潛在的編程教師，還可以從外面引入“跨界編程教師”。

上述回答都是非常有遠(yuǎn)見的認(rèn)識(shí)與思考。

5. 您想交流討論的問題

196份答卷中，有105人回答了該問題，而其中有16份問卷回答的是“不知道”。

大家希望交流討論的問題有的圍繞學(xué)生如何學(xué)，教師如何教?！靶W(xué)生編程教育如何簡單有趣，有吸引力，引導(dǎo)孩子思維？”“交給孩子基本的編程和電腦的工作方式，是電腦的基礎(chǔ)，然后再講現(xiàn)有人工智能實(shí)現(xiàn)思路和實(shí)現(xiàn)方式，誘發(fā)孩子產(chǎn)生新的思路?！?/p>

有的關(guān)注師資培養(yǎng)方面：“編程教育和人工智能教育的師資如何培養(yǎng)？”

有的則考慮和其他學(xué)科整合以及課程方向：“如何將人工智能與科學(xué)自然課結(jié)合？人工智能在基礎(chǔ)教育的課程方向？”

還有一些考慮到人工智能對(duì)下一代的影響。這些回答很好地反映了教師們對(duì)國家政策的響應(yīng)，積極、獨(dú)立的思考與見解。

6. 您認(rèn)為適合初中教學(xué)的編程平臺(tái)是什么

196份答卷中，回答該問題的老師有194位，回答率高，但其中有32份答卷則是以“不清楚”“不懂”或“沒有推薦”作答。在有效的162份答卷中，認(rèn)為適合初中的編程平臺(tái)有App Inventor（39）、Scratch（34）、BLockly（26）。圖形化和移動(dòng)互聯(lián)相關(guān)的編程平臺(tái)較多。也有很多教師認(rèn)為初中可以將機(jī)器人與編程相結(jié)合來進(jìn)行教學(xué)。

圖4

7. 您認(rèn)為適合高中教學(xué)的編程平臺(tái)是什么

196份答卷中，回答該問題的教師有194位，回答率高，但其中有45份答卷則是以“不清楚”“不懂”或“小學(xué)老師不熟悉”作答。在有效的149份答卷中，認(rèn)為適合高中教學(xué)的編程平臺(tái)有Python（50）、App Inventor（25）、Java（10）、Mixly（7）。

圖5

?問卷結(jié)論與不足??

1. 問卷的結(jié)論

要在中小學(xué)開設(shè)人工智能相關(guān)內(nèi)容的課程，應(yīng)圍繞著算法思維來進(jìn)行，不要牽強(qiáng)地對(duì)接。

小學(xué)的最佳編程平臺(tái)是Scratch，初中則為App Inventor，高中則為Python，但可以根據(jù)教師的實(shí)際情況和學(xué)校的特點(diǎn)，靈活地選用合適的編程平臺(tái)。

在編程教學(xué)的過程中，要注重對(duì)學(xué)生解決問題能力和思維過程，尤其是計(jì)算思維的培養(yǎng)。

師資是大問題，師資培訓(xùn)過程要很好地體現(xiàn)面向未來的課程培訓(xùn)模式，大力倡導(dǎo)數(shù)字化環(huán)境的行動(dòng)培訓(xùn)。

2. 不足

問卷的結(jié)構(gòu)非常差，對(duì)小學(xué)、初中、高中段的編程平臺(tái)選擇，需要分設(shè)題目。當(dāng)初由于想法與設(shè)計(jì)過于簡單，只聚焦了小學(xué)的問題，等發(fā)現(xiàn)和修改問卷時(shí)，已經(jīng)有6份問卷了，因而只能增加新題，又無法調(diào)整題目的順序。

開放性問題過多，使得很多老師望而卻步。

在中小學(xué)開展人工智能教學(xué)的建議

1. 編程平臺(tái)

根據(jù)筆者對(duì)編程軟件的了解、多年的編程教學(xué)體會(huì)及問卷的情況，建議中小學(xué)各段的編程平臺(tái)分別為：小學(xué)應(yīng)用Scratch，初中應(yīng)用App Inventor，高中應(yīng)用Python。

2. 課程內(nèi)容

不建議單獨(dú)開設(shè)人工智能課程，而是可以把相應(yīng)的內(nèi)容合適地結(jié)合到編程、智能機(jī)器人和創(chuàng)客活動(dòng)的項(xiàng)目里，軟硬結(jié)合。聚焦機(jī)器人創(chuàng)客教育，聚焦計(jì)算思維的培養(yǎng)，采用小組合作的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。

3. 教學(xué)策略

將計(jì)算機(jī)或者人工智能擬人化，將編程語言視為與它們對(duì)話的語言，讓它們成為師生學(xué)習(xí)、生活的得力伙伴。

小學(xué)：案例體驗(yàn)與AI應(yīng)用，明白原理，了解AI伙伴。

初中：案例體驗(yàn)與AI應(yīng)用為主，個(gè)別小的AI案例的制作體驗(yàn)，理解伙伴。

高中：應(yīng)用與AI小樣例的開發(fā)制作，訓(xùn)化和制作AI伙伴。

4. 師資培訓(xùn)，建議不斷充電與學(xué)習(xí)

校內(nèi)外從事這方面的教師和研究人員，都需要深度學(xué)習(xí)AI，深度了解AI，深度了解算法與實(shí)現(xiàn)。其次，要與企業(yè)聯(lián)合，建設(shè)學(xué)習(xí)共同體，一起來做AI的普及教育。

5. 要培養(yǎng)高精尖人才

通過各方聯(lián)合，協(xié)同創(chuàng)新，培養(yǎng)面向未來的高精尖人才與團(tuán)隊(duì)。

要有開放的心態(tài)，讓有興趣的學(xué)生與老師共同學(xué)習(xí)，共同成長；要有開放的心態(tài)，和AI、編程界的專業(yè)人士合作，共同培養(yǎng)指導(dǎo)學(xué)生；要有開放的心態(tài)，為學(xué)生尋找與世界級(jí)專家共同學(xué)習(xí)與合作的機(jī)會(huì)，助力人才成長。

6. 學(xué)習(xí)AI可供選擇學(xué)習(xí)的資源

利用各類適當(dāng)?shù)膶W(xué)習(xí)資源，教師要首先成為互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的學(xué)習(xí)者，終身學(xué)習(xí)的實(shí)踐者，以下是可供選擇的AI科普和深入的學(xué)習(xí)資源。

（1）AI科普類的視頻節(jié)目：探尋人工智能。

（2）中國大學(xué)MOOC平臺(tái)上例如Python課的各類課程。其中，“Python網(wǎng)絡(luò)爬蟲與信息提取”是一門非常棒的課程。

（3）網(wǎng)易云課堂上世界級(jí)的人工智能專家們開設(shè)的課程，如李飛飛的“斯坦福李飛飛——深度學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)視覺”，吳恩達(dá)的微專業(yè)系列課程“深度學(xué)習(xí)工程師：①神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和深度學(xué)習(xí)；②改善深層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)：超參數(shù)調(diào)試、正則化以及優(yōu)化；③結(jié)構(gòu)化機(jī)器學(xué)習(xí)項(xiàng)目；④卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)；⑤序列模型”。學(xué)習(xí)這樣的課程，不是要拿證書，而是從最頂級(jí)的免費(fèi)課程中了解我們亟需的科普信息。

（4）互聯(lián)網(wǎng)上，各大企業(yè)開放的AI應(yīng)用平臺(tái)。例如，谷歌涂鴉數(shù)據(jù)（ https：//quickdraw.withgoogle.com ）等。

（5）App Inventor 可調(diào)用大量的互聯(lián)網(wǎng)上的應(yīng)用API接口。

（6）一些創(chuàng)客公司不錯(cuò)的AI課程。例如，美科：可控的不確定理論支持下的AI課程資源；每顆豆：人工智能創(chuàng)客教育課程；優(yōu)必選：人形機(jī)器人的動(dòng)作記錄式編程等。

（作者單位：北京景山學(xué)校）