中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀調(diào)查及對(duì)策研究

王順曄 王寧 劉大勇 馮越

摘要：近年來，隨著智能技術(shù)的飛速發(fā)展，世界各國紛紛開始部署戰(zhàn)略規(guī)劃，試圖搶占人工智能領(lǐng)域研究和時(shí)間的高地，中小學(xué)的人工智能教育重要性尤為凸顯。本文從開展人工智能教育的重大意義著手，分析國內(nèi)外人工智能教育開展現(xiàn)狀，通過問卷調(diào)研廊坊市中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀及存在的問題，最后就提出了適用于本市的可行性建議。

關(guān)鍵詞：人工智能教育;現(xiàn)狀調(diào)查;對(duì)策研究

中圖分類號(hào)：G420 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1009-3044（2019）33-0129-03

1人工智能教育的意義

人工智能作為連接未來的教育，面向大眾進(jìn)行普及，特別是在青少年中開展，將在很大程度上帶來邏輯思維能力的提升和思維方式的改變，為學(xué)生的全面成長，更好適應(yīng)將來社會(huì)打下牢固的基礎(chǔ)。

2017年8月，國務(wù)院正式發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，并提出“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”。基于廊坊市的地域優(yōu)勢(shì)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展態(tài)勢(shì)、“大智移云”戰(zhàn)略、京津冀協(xié)同和雄安新區(qū)的大環(huán)境，提升廊坊青少年人工智能實(shí)力，儲(chǔ)備人工智能人才，教育改革勢(shì)在必行、志在必得。

2國內(nèi)外人工智能教育開展現(xiàn)狀

人工智能是計(jì)算機(jī)科學(xué)的一個(gè)分支，以編程課程改革為起點(diǎn)的人工智能教育已然興起，世界各國都通過不同的方式開展相關(guān)教育普及。

在2013年，美國前總統(tǒng)奧巴馬提出“面向所有人的計(jì)算機(jī)科學(xué)”，并向全國中小學(xué)生開展編程一小時(shí)活動(dòng)。在韓國，2014年在72所學(xué)校試點(diǎn)編程教育作為必修課，2017年擴(kuò)大到130所，2018年全面進(jìn)入韓國中小學(xué)必修課。2014年為“英國編程年”，英國將編程教育納入STEAM體系，在中小學(xué)全面實(shí)施。2017年起，新加坡在中小學(xué)考試中加入編程課目。日本也將在2020年開始實(shí)行編程教學(xué)。

2018年教育部發(fā)布的《普通高中課程方案和信息技術(shù)學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》中，涵蓋人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理、算法、開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)等，新課標(biāo)只是開始，部分省市正在跟進(jìn)，將信息技術(shù)學(xué)科納入高考范圍。隨著人工智能時(shí)代的來臨，編程語言已成為人們除母語、外語之后的第三語言，青少年編程教育已成為教育培訓(xùn)行業(yè)在文化課培訓(xùn)、藝術(shù)培訓(xùn)之外，發(fā)展最為迅猛的新興學(xué)科熱點(diǎn)。

3中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀及存在的問題

3.1廊坊市中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀

為了解廊坊市中小學(xué)人工智能教育的現(xiàn)狀，課題組經(jīng)過充分論證分別制定了教師和家長兩份調(diào)查問卷，線上線下兩種方式共收回有效問卷296份，其中教師問卷54份，家長問卷241份，線上問卷教師家長分布廣泛，線下問卷多以市區(qū)內(nèi)教師和家長為主。教師調(diào)查問卷涉及學(xué)校的基本情況、教師所了解到信息技術(shù)課程的基本情況及其本人對(duì)開展人工智能教育的觀點(diǎn)。家長調(diào)查問卷涉及所了解到的信息技術(shù)課程的基本情況、家長的基本情況及其對(duì)開展人工智能教育的態(tài)度。

首先分析分析教師答卷，小學(xué)一般只有60臺(tái)以下的計(jì)算機(jī)機(jī)房配置，1-3名信息技術(shù)教師，而初中和高中因有信息技術(shù)的畢業(yè)考試所以無論是計(jì)算機(jī)臺(tái)數(shù)配備還是信息技術(shù)師資方面都較好，但仍有72%是兼職教師，31%是專職教師，24%是其他，或兼而有之，專職教師中又有近1/4不是計(jì)算機(jī)相關(guān)專業(yè)畢業(yè)。無論是小學(xué)還是初高中，學(xué)校暫時(shí)未開設(shè)太多人工智能相關(guān)知識(shí)課程，個(gè)別小學(xué)聘請(qǐng)校外培訓(xùn)機(jī)構(gòu)老師，講授圖像化編程和機(jī)器人課程。學(xué)校老師們對(duì)人工智能教育接觸的較少，88%的老師支持校內(nèi)開設(shè)人工智能類課程，在內(nèi)容上編程教育和機(jī)器人教育平分秋色，機(jī)器人方面樂高品牌有更高的滲透，高年級(jí)老師更傾向于講授PYthon程序語言，這也是人工智能時(shí)代的主流語言。就授課教師，59%的老師認(rèn)為希望能培養(yǎng)自己的信息技術(shù)教師參與到教學(xué)中，可以聘請(qǐng)校外機(jī)構(gòu)教師和高校計(jì)算機(jī)專業(yè)老師和優(yōu)秀學(xué)生兼職參與中小學(xué)生培養(yǎng)，有必要邀請(qǐng)企業(yè)或高校老師到校給學(xué)生做人工智能相關(guān)講座。

再分析家長們的答卷，53%的家長對(duì)人工智能了解一點(diǎn)，31%是一點(diǎn)不了解。并且家長們對(duì)學(xué)校開設(shè)的信息技術(shù)類課程的滿意度欠缺，滿意占15%，一般占56%，不滿意占29%。另外僅4%的學(xué)生參加校外人工智能類的學(xué)習(xí)，多以機(jī)器人課程為主，個(gè)別孩子參加在線編程課程的學(xué)習(xí)。家長們支持學(xué)校開設(shè)人工智能類課程，從編程教育開始逐漸滲透到機(jī)器人課程，就任課教師方面家長和老師們的有出入，如圖1所示。家長希望除校內(nèi)信息技術(shù)老師外可聘請(qǐng)高校計(jì)算機(jī)專業(yè)老師和優(yōu)秀學(xué)生完成，老師們則是除校內(nèi)信息技術(shù)老師，更寄希望于校外培訓(xùn)機(jī)構(gòu)。

3.2存在的主要問題

（1）教育大環(huán)境欠缺，各教育單位重視程度不夠

從調(diào)查問卷反映出學(xué)校老師對(duì)人工智能教育理解不夠深入，自然鮮少對(duì)學(xué)生們講起，家長們對(duì)人工智能教育不重視，對(duì)孩子學(xué)習(xí)信息技術(shù)類課程關(guān)注度不夠，仍然是語數(shù)英或高考科目導(dǎo)向。再者家長的重視程度也與其從事的職業(yè)和學(xué)歷層次直接相關(guān)。

信息學(xué)奧賽也可管中窺豹，表1是2018年到2019年的信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽國家集訓(xùn)隊(duì)50人名單省市分布。2018年華北地區(qū)僅有4人人選，2019年僅有2人人選，都不及浙江學(xué)軍中學(xué)的人選人數(shù)（5人），浙江省入圍人數(shù)較多，進(jìn)步最大，這也與浙江省廣泛開展的青少年人工智能科普活動(dòng)密不可分。河北省信息學(xué)奧賽省隊(duì)的學(xué)校分布情況，如表2所示，主要集中在石家莊二中和衡水中學(xué)，其他中學(xué)鮮有機(jī)會(huì)。廊坊市暫無信息學(xué)競(jìng)賽的考點(diǎn)，報(bào)名參賽人數(shù)有限。信息學(xué)奧賽的各類種子選手都通過降分或自主招生被名校人工智能類專業(yè)錄取，進(jìn)入像清華大學(xué)“姚班”“智班”，重點(diǎn)人才重點(diǎn)培養(yǎng)。信息學(xué)奧賽反映出信息技術(shù)課程教育存在嚴(yán)重的不均衡現(xiàn)象。各教育部門對(duì)編程教育重視程度欠缺，信息人才挖掘不深人，對(duì)人工智能技術(shù)宣傳力度欠缺，沒有形成濃厚的學(xué)習(xí)氛圍。

（2）教學(xué)師資欠缺

通過調(diào)查問卷和學(xué)生到中小學(xué)實(shí)習(xí)反饋可知，大多數(shù)小學(xué)沒有專職的信息技術(shù)老師，由科學(xué)老師或負(fù)責(zé)學(xué)校網(wǎng)絡(luò)老師兼任。初高中一般有4-6名信息技術(shù)教師，完成授課及會(huì)考任務(wù)，但其中近1/4是非計(jì)算機(jī)類專業(yè)畢業(yè)。在中小學(xué)，語數(shù)英等主科教師較受重視，定期參加培訓(xùn)的較多，而信息技術(shù)老師鮮少有機(jī)會(huì)參與培訓(xùn)、出差學(xué)習(xí)等。這也是教育部門對(duì)中小學(xué)信息技術(shù)教師重視程度欠缺的體現(xiàn)。

（3）教學(xué)內(nèi)容陳舊、教學(xué)資源單一、教學(xué)環(huán)境不能滿足教學(xué)需求

市區(qū)內(nèi)學(xué)校和鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)校差距較大，部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)小學(xué)不開設(shè)科學(xué)或信息技術(shù)類課程，沒有計(jì)算機(jī)機(jī)房，甚至市區(qū)內(nèi)的小學(xué)機(jī)房計(jì)算機(jī)容量也不能滿足一個(gè)自然班正常上課，要兩人共同完成上機(jī)作業(yè)。教學(xué)內(nèi)容也都是傳統(tǒng)的計(jì)算機(jī)操作、畫畫，完成作業(yè)后可以打游戲，先進(jìn)的人工智能類課程沒有滲透到學(xué)生課堂中。校外培訓(xùn)機(jī)構(gòu)參與校內(nèi)編程課程中，進(jìn)校園選拔真正感興趣的學(xué)生在校外參與培訓(xùn)，并參加相關(guān)競(jìng)賽。

4中小學(xué)人工智能教育對(duì)策及建議

針對(duì)以上的調(diào)查研究及總結(jié)分析出存在的問題，吸取發(fā)達(dá)地區(qū)的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，尋找適合于我市的對(duì)策分析，主要從以下幾方面開展：

（1）教育主管部門統(tǒng)籌規(guī)劃和政策落實(shí)

人工智能教育的順利實(shí)施，離不開教育、科技等部門的通力合作，企業(yè)和高校的支持也尤為重要。2019年4月商湯科技與河北省教育廳簽署戰(zhàn)略合作協(xié)議，雙方擬在“人工智能+教育”領(lǐng)域展開合作，旨在共同推進(jìn)河北省“智慧教育示范區(qū)”建設(shè)，助力河北省教育現(xiàn)代化發(fā)展。各級(jí)教育主管部門制定具體的實(shí)施方案和細(xì)節(jié)，具體到哪些城市的哪些中學(xué)以何種方式展開具體的合作，通過政府購買服務(wù)，搭建學(xué)習(xí)資源平臺(tái)，最終普惠所有青少年?？梢越梃b全國首個(gè)地市級(jí)人工智能教育基地落成的晉中市，商湯在該市16所優(yōu)質(zhì)高中開展人工智能教育，這項(xiàng)舉措同樣會(huì)帶動(dòng)小學(xué)和初中開展相匹配的課程，形成從編程教育、機(jī)器人教育到人工智能教育的系統(tǒng)化教育環(huán)境。

（2）師資培訓(xùn)常態(tài)化

人工智能時(shí)代信息技術(shù)發(fā)展迅速，熟練操作計(jì)算機(jī)已無法勝任課堂教學(xué)，老師向?qū)W生講授的不僅是操作步驟，更重要的是引導(dǎo)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，計(jì)算思維和邏輯思維的培養(yǎng)也要貫穿信息技術(shù)教學(xué)全過程，教師的啟蒙作用不容忽視，老師思想落后如何能培養(yǎng)出具有先進(jìn)思想的學(xué)生。中小學(xué)信息技術(shù)老師別到人工智能先進(jìn)企業(yè)和高校進(jìn)行定期參觀學(xué)習(xí)，只有親身感悟到人工智能先進(jìn)的技術(shù)，才能最終在課堂上傳遞先進(jìn)的科學(xué)思想。并且廊坊市“大智移云”的發(fā)展戰(zhàn)略，應(yīng)用先進(jìn)人工智能技術(shù)的企業(yè)逐漸增加，為參觀學(xué)習(xí)提供了機(jī)會(huì)。

（3）制定系統(tǒng)化、專業(yè)化的教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容，改革教學(xué)方法

人工智能的教學(xué)也不是一蹴而就的，不僅要考慮學(xué)生的認(rèn)知水平、教師的知識(shí)廣度，還要考慮實(shí)驗(yàn)、實(shí)踐環(huán)境。人工智能思想和計(jì)算思維能力要盡早培養(yǎng)，不同的學(xué)段有不同的側(cè)重點(diǎn)，以編程教育作為切人點(diǎn)，小學(xué)階段學(xué)習(xí)Scratch語言，初中和高中可以學(xué)習(xí)人工智能時(shí)代的主流語言Python，有意參加信息學(xué)奧林匹克競(jìng)賽的可以學(xué)習(xí)C++語言。借鑒優(yōu)秀地市中小學(xué)校、培訓(xùn)機(jī)構(gòu)和智能企業(yè)的資源和經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容，同時(shí)也要變革教學(xué)方法，充分考慮學(xué)科的特點(diǎn)，針對(duì)不同教學(xué)知識(shí)點(diǎn)游戲教學(xué)法、項(xiàng)目式教學(xué)法和協(xié)同合作教學(xué)法實(shí)現(xiàn)無縫切換，并在整個(gè)教學(xué)過程中，貫穿創(chuàng)新創(chuàng)造能力培養(yǎng)和計(jì)算思維邏輯思維能力的培養(yǎng)。

（4）借助科普活動(dòng)普惠所有中小學(xué)師生

科普活動(dòng)是向青少年普及人工智能的重要載體，國務(wù)院在《關(guān)于新一代人工能智能發(fā)展規(guī)劃》中提到“支持開展人工智能競(jìng)賽，鼓勵(lì)進(jìn)行形式多樣的人工智能科普創(chuàng)作，鼓勵(lì)科學(xué)家參與人工智能科普”。要發(fā)揮各級(jí)科協(xié)組織、高?？萍脊ぷ髡咧?、科普志愿者、優(yōu)秀科普大學(xué)生，組建人工智能科普專家團(tuán)隊(duì)，搭建中小學(xué)人工智能科普教育線上平臺(tái)，提供在線學(xué)習(xí)資源，并開展創(chuàng)意編程和創(chuàng)客教學(xué)，參觀虛擬科技館等活動(dòng)。線下聯(lián)系人工智能高新企業(yè)和高校實(shí)驗(yàn)室定期到中小學(xué)校開展科普活動(dòng)，展示優(yōu)秀的人工智能科普作品和創(chuàng)意產(chǎn)品，讓孩子們從小埋下科技和創(chuàng)新的種子，樹立遠(yuǎn)大理想，努力學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)。

（5）融合企業(yè)力量

隨著京津冀的不斷發(fā)展，很多高新企業(yè)落戶廊坊，挖掘企業(yè)中人工智能應(yīng)用場(chǎng)景，以學(xué)生參觀等方式讓學(xué)生們真正走人生產(chǎn)生活一線，了解人工智能新技術(shù)給生產(chǎn)生活帶來的改革創(chuàng)新，以激發(fā)學(xué)生們的學(xué)習(xí)興趣和創(chuàng)新思考。另外，在各學(xué)校默默探索時(shí)，企業(yè)和各培訓(xùn)機(jī)構(gòu)已悄然布局，如商湯國際、樂高機(jī)器人、編程貓等，無論是生產(chǎn)型企業(yè)還是教育類機(jī)構(gòu)，在實(shí)踐中不斷完善成熟，對(duì)人工智能教育有獨(dú)到見解，充分發(fā)揮其在技術(shù)和教學(xué)方法上的先進(jìn)性，通過政府購買服務(wù)的方式，校企合作，彌補(bǔ)中小學(xué)校在教學(xué)資源及師資方面的不足，為學(xué)生們創(chuàng)造開放的學(xué)習(xí)環(huán)境。

（6）增加與地方高校的交流合作

高校有服務(wù)的責(zé)任和義務(wù)，校內(nèi)也開設(shè)有人工智能類相關(guān)專業(yè)及課程，尤其是師范院校，充分挖掘師范底色，為中小學(xué)人工智能教育服務(wù)。高校在師資、設(shè)備環(huán)境、知識(shí)儲(chǔ)備、企業(yè)資源等方面有天然的優(yōu)勢(shì)，老師和學(xué)生都可以在教學(xué)體系和教學(xué)內(nèi)容、師資培訓(xùn)、科普宣傳、企業(yè)合作、教學(xué)實(shí)踐等方面提供指導(dǎo)和幫助。具體形式可以是中小學(xué)生校外參觀人工智能實(shí)驗(yàn)室，并在高校計(jì)算機(jī)房開展大范圍的編程教育實(shí)踐，中小學(xué)信息技術(shù)類教師定期培訓(xùn)，計(jì)算機(jī)類高校教師和優(yōu)秀大學(xué)生走進(jìn)中小學(xué)校園開展人工智能科普講座并擔(dān)任課外創(chuàng)新指導(dǎo)教師與校內(nèi)老師一起指導(dǎo)中小學(xué)生參加各類科技及創(chuàng)新類競(jìng)賽。高校還可以邀請(qǐng)企業(yè)開展線上和線下、虛擬和現(xiàn)實(shí)相結(jié)合的一站式參觀和實(shí)踐服務(wù)，使不同學(xué)段的中小學(xué)學(xué)生對(duì)人工智能的發(fā)展和應(yīng)用有更深入的認(rèn)知。

5結(jié)束語

總之，人工智能教育在我國還屬于探索階段，中小學(xué)生信息素養(yǎng)的培養(yǎng)是一個(gè)長期的過程，雖然一些地區(qū)一些學(xué)校已經(jīng)先行一步，取得了豐碩的成果，但總體教育程度、教育范圍仍然欠缺。人工智能相關(guān)課程的開設(shè)，編程教育的全面普及，仍需要各級(jí)各部門聯(lián)動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)青少年計(jì)算思維、邏輯思維的素質(zhì)教育和創(chuàng)新能力培養(yǎng)添磚加瓦。