高中學生人工智能學習情況調(diào)查報告

鐘祖榮 胡淑均 陳捷

為了解中學生對于人工智能知識的掌握情況，以便對開展人工智能的教育和相關(guān)應(yīng)用提出建議，課題組于2019年10～11月組織了此項調(diào)查。調(diào)查使用自編問卷《中學生關(guān)于人工智能的調(diào)查問卷》（高中學生卷），共計26道題目，除了學生基本信息外，主要了解學生關(guān)于人工智能的已有知識經(jīng)驗、學習獲得途徑、學習的意愿希望等三個維度的情況。共發(fā)放問卷594份，收回594份，回收率100%，其中有效問卷576份，有效問卷率97%。我們進行了描述性的統(tǒng)計，部分項目進行了推斷統(tǒng)計。由于個別題目有學生未能填寫而出現(xiàn)系統(tǒng)缺失，所以有的項合計總數(shù)達不到576。調(diào)查的高中生基本情況如圖1，影響因素上，家中有從事IT行業(yè)的家人或親人的有163人，占28.3%。

調(diào)研結(jié)果與分析

調(diào)研結(jié)果我們從學生對人工智能的知識了解、學習途徑、學習愿望三個方面進行陳述和分析。另外，也對不同對象在人工智能學習興趣、人工智能課程興趣、從事相關(guān)工作興趣等方面的差異進行分析。

1. 學生對人工智能的了解

有一道題是調(diào)研學生對人工智能的總體了解程度，其中，一點都不知道的20人，占3.5%;聽過人工智能這個詞但不了解具體內(nèi)容的87人，占15.1%;知道人工智能的一些生活應(yīng)用案例的332人，占57.6%;大概知道人工智能的基本原理的89人，占15.5%;知道人工智能實現(xiàn)方法的42人，占7.3%。這個分布呈現(xiàn)典型的正態(tài)分布。而多數(shù)的情況是只知道一些應(yīng)用案例，這說明總體上處于較簡單的了解水平上。

我們通過一些具體的題目來了解學生對人工智能的認識情況。其中，問到生活中使用的電器是否有人工智能，84%的學生認為一部分有，看來多數(shù)的判斷是對的。

在識別人工智能的功能方面，對于語音助手絕大部分學生都認同，但對于圖像識別和指紋識別是人工智能功能的判斷則低一些，具體情況如表1。這說明至少20%的學生對人工智能的實質(zhì)了解并不清楚。

關(guān)于人工智能涉及的學科有哪些的調(diào)查，學生回答占第一位的是計算機科學，占第二位的是數(shù)學。再次是仿生學、統(tǒng)計學、語言學等。這個結(jié)果可能和人工智能與學科聯(lián)系的緊密程度有關(guān)，有相對直接或者相對間接的，但實際上都涉及。諸如心理學是研究人類智能的，與人工智能關(guān)系密切;倫理學要研究人工智能的倫理問題;醫(yī)學則是研究人工智能與醫(yī)療的關(guān)系問題，如遠程診療、智能醫(yī)療等，屬于應(yīng)用型的交叉學科。

對人工智能的價值判斷，也是其中重要的內(nèi)容，當然這方面可能更多具有主觀性。關(guān)于人工智能帶來的危機，63%的學生支持;總體認為利大于弊的只有32.5%。對于人工智能的作用，學生認為第一位的是取代人類的重復勞動，具體情況如表2。

關(guān)注人工智能在大學的發(fā)展，也可以看作學生對人工智能信息的了解情況。這方面，只有大學計算機專業(yè)設(shè)立人工智能課程一項比例達60%，我們認為這是學生的一種推測，其他方面了解較少，這也屬于正?，F(xiàn)象，具體情況如表3。

關(guān)于人工智能應(yīng)用的情況，屬于體驗和經(jīng)驗范疇。我們了解到有56.3%的學生使用過智能家具，這與學生的生活和家庭有關(guān);有35%的學生使用過機器人，這應(yīng)該與在學校參加相關(guān)活動或課程相關(guān);而無人駕駛，有24.2%的學生使用過，也可能與有的學校有此項目有關(guān);也有23%的學生都沒有接觸過這些設(shè)備。

2.學生了解人工智能的途徑

學生是如何了解人工智能的？我們對渠道進行了調(diào)查。第一位的是媒體，占80%，其次是科普讀物、活動等，來自學校教學的只占到43%，如圖2。

這反映了兩點：一是通過課外渠道，多是了解一些新聞、案例、事件，不是系統(tǒng)性的學習，這與前述學生對人工智能的了解程度大多為了解應(yīng)用案例是一致的、吻合的;二是說明學校教育教學還只在部分學校開展，學校教育在這方面還需要加大力度、擴大規(guī)模。

在了解學校是否開設(shè)人工智能課程時，有6.8%的學生選擇了必修課程，27%的學生選擇了選修課程，這兩項合計為33.9%，而開設(shè)機器人課程的比例為36.6%，嚴格說這還不是人工智能課程。如果把機器人課程也計入，則可達到78.1%。這與示范高中學生占79%應(yīng)有一定關(guān)聯(lián)。有19.8%的學生選擇學校沒有開設(shè)人工智能課程。這可能與部分學校缺乏師資或課程內(nèi)容有關(guān)。

從參加人工智能相關(guān)競賽看，68%的學生沒有參加過任何有關(guān)競賽，31%的學生參加過。在這31%的學生中又以智能小車和機器人比賽為主，如圖3。

編程是人工智能的基礎(chǔ)，也是信息技術(shù)課程中的重要內(nèi)容。有76.6%的學生在學校的課程中學習過，此外還有20.3%的學生在課外活動中學習過，有18.2%在校外學習過。

關(guān)于學習人工智能或機器人課程的有趣性，30.9%的學生反映非常有趣，41.8%的學生反映比較有趣，兩項合計達到72.7%，總體看學生是覺得有趣的，一般及以下的合計占25%。

3.學生對人工智能學習的希望

學生對人工智能學習的希望，主要有學習意愿、學習內(nèi)容、應(yīng)用領(lǐng)域和對學校的希望四個方面。

（1）學習意愿。首先是學習人工智能課程的意愿。非常愿意和愿意的合計70%，一般的占23.3%，不太愿意和不愿意的5.8%。如果將“非常愿意”到“不愿意”分別賦分5～1，高中學生學習人工智能相關(guān)課程的意愿平均分為3.95，高于平均分（3分）。

其次是將來從事人工智能領(lǐng)域工作或科研的意愿，非常愿意和愿意的占42.2%，一般的占39.4%，不太愿意和不愿意的占16.8%。如果將“非常愿意”到“不愿意”分別賦分5～1，高中學生將來從事人工智能領(lǐng)域的工作或科研的意愿平均分為3.37，高于平均分（3分）。應(yīng)該說，有此意愿的達到40%以上，平均分達到3.37分，已經(jīng)是很高的比例。某種意義上也反映出學生對未來人工智能應(yīng)用的普遍性認識。

（2）學習內(nèi)容。首先是學習目標上，學生對各項目標內(nèi)容大體在50%以上，依次為編程技能、解決生活問題、計算機操作方法、解決學習中的問題、計算思維，相對而言，算法知識比例較低為41.7%。

其次，在開設(shè)活動方面，排第一位的是體驗人工智能產(chǎn)品，占63.5%，其次是搭建人工智能作品、參觀人工智能企業(yè)。可見學生更希望有實際的體驗、參觀，增加感性的認識。

再次，在感興趣的應(yīng)用領(lǐng)域，比例較高的依次為：智能機器人（57.2%）、虛擬個人助理（50.4%）、語音翻譯（44.3%）、手勢控制（42.6%）、情景感知計算（38.3%），其他比較專門的領(lǐng)域，諸如深度學習、語音識別、計算機視覺等的比例更低一些。這反映出學生更多的偏向應(yīng)用領(lǐng)域。

（3）應(yīng)用領(lǐng)域。調(diào)查結(jié)果顯示，排在前面的還是實際生活領(lǐng)域，如外出時翻譯（70.8%）、網(wǎng)上購物（60.8%）。其次是學習方面，諸如上課學習（50.2%）、課外活動（49%）、做作業(yè)（42.5%）。

（4）對學校的希望。學生的希望依次為人工智能實驗室（63.7%）、學習材料和軟件（54.3%）、人工智能課程（49%），其他如興趣小組（46.2%）、師資（39.4%）等。

4.不同對象對人工智能或機器人課程的興趣與課程學習意愿差異

（1）城鄉(xiāng)差異。如果學校開設(shè)了人工智能或機器人課程，學生對這些課程的興趣從“枯燥無趣”“不太有趣”“一般”“比較有趣”“非常有趣”分別賦分1～5，我們發(fā)現(xiàn)，城區(qū)學生對人工智能課程的興趣平均分為3.98，鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村學生平均分為4.09，略高于城區(qū)學生，但二者差異不顯著（p=0.435>0.05）。

同樣，將學生學習人工智能相關(guān)課程的意愿從“不愿意”到“非常愿意”分別賦分1～5，我們發(fā)現(xiàn)，城區(qū)學生學習人工智能課程的意愿平均分為3.93，鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村學生平均分為4.07，略高于城區(qū)學生，但二者差異不顯著（p=0.365>0.05）

（2）示范高中與非示范高中學生差異。示范性高中與非示范性高中學生學習人工智能課程的興趣的平均分分別為3.97、4.06，非示范性高中學生的人工智能課程學習興趣略高于示范性高中學生;但二者差異并不顯著（t=0.994，p=0.320>0.05）。

在學習人工智能課程的意愿方面，示范性高中與非示范性高中生的平均分分別為3.94、3.97，非示范性高中學生的人工智能課程學習意愿略高于示范性高中生，但二者差異并不顯著（t=-0.379，p=0.705>0.05）。

5.不同對象將來從事人工智能領(lǐng)域工作或科研意愿差異

（1）城鄉(xiāng)差異。將學生將來從事人工智能領(lǐng)域工作或科研意愿從“不愿意”到“非常愿意”分別賦分1～5，城區(qū)學生將來從事人工智能領(lǐng)域工作或科研意愿平均分為3.36，鄉(xiāng)鎮(zhèn)農(nóng)村學生平均分為3.40，略高于城區(qū)學生，但二者差異不顯著（p=0.81>0.05）。

（2）示范高中與非示范高中學生差異。示范高中學生將來從事人工智能領(lǐng)域工作或科研意愿平均分為3.36，非示范高中學生平均分為3.42，略高于示范高中學生，但二者差異不顯著（p=0.6>0.05）。

6.家中是否有從事信息技術(shù)工作的親人對學生人工智能興趣、學習人工智能課程的意愿以及將來從事人工智能領(lǐng)域工作或科研意愿的差異分析

數(shù)據(jù)顯示，家中有從事信息技術(shù)的親人的學生學習人工智能課程的興趣和學習人工智能課程的意愿、將來從事人工智能領(lǐng)域工作或科研意愿的平均分分別為4.08、4.02、3.59;而家中沒有從事信息技術(shù)的親人的學生上述三組數(shù)據(jù)分別為3.95、3.91、3.28，都低于家中有從事信息技術(shù)的親人的學生。但在對學校開設(shè)的人工智能課程的興趣和學習人工智能課程的意愿上差異并不顯著，但在將來愿意從事人工智能領(lǐng)域工作或科研上差異顯著（t=3.301，p=0.01<0.05）。

7.對人工智能課程的興趣與學習人工智能課程的意愿、學習人工智能課程的意愿與將來從事人工智能領(lǐng)域工作或科研意愿的相關(guān)分析

人工智能課程的興趣與學習人工智能課程的意愿相關(guān)分析。數(shù)據(jù)顯示，高中學生對人工智能課程的興趣與學習人工智能課程的意愿相關(guān)系數(shù)為0.721，非常顯著（p=.000<0.01）。

學習人工智能課程的意愿與將來從事人工智能領(lǐng)域工作或科研意愿的相關(guān)分析。高中學生學習人工智能課程的意愿與將來從事人工智能領(lǐng)域工作或科研意愿的相關(guān)系數(shù)為0.665，非常顯著（p=.000<0.01）。

調(diào)查結(jié)論與教學建議

1.調(diào)查結(jié)論

（1）高中學生對人工智能的了解大多還是對應(yīng)用案例的了解，在對人工智能的功能應(yīng)用、相關(guān)學科、價值判斷等方面的了解部分是正確合理的，部分則不夠正確合理。（2）高中學生學習的途徑是多樣的，媒體是了解學習的重要渠道。學校多數(shù)開設(shè)了相關(guān)課程或內(nèi)容，多數(shù)學生覺得課程學習有趣。參加過相關(guān)比賽的是少數(shù)。（3）大多數(shù)學生對于學習人工智能有意愿，且40%的學生愿意從事相關(guān)的工作或科研。（4）學生愿意學習的領(lǐng)域偏重應(yīng)用的方面，對于基礎(chǔ)的東西比例較低。學生更喜歡體驗、參觀、制作等方式學習。（5）學生希望學校在人工智能的實驗室、課程、資源等方面是具備條件的。（6）高中學生學習人工智能課程的興趣與學習人工智能課程的意愿顯著相關(guān)，學習人工智能課程的意愿與將來從事相關(guān)工作的意愿顯著相關(guān)。（7）在學習人工智能課程的興趣、意愿、將來從事相關(guān)工作的意愿等方面，高中學生沒有城鄉(xiāng)差異、沒有示范校和非示范校之間的差異。（8）家中有從事IT行業(yè)的家人或親人，對學生將來從事人工智能相關(guān)工作或科研有顯著影響。

2.教學建議

（1）加強高中人工智能課程建設(shè)。加強師資培訓，確保所有學校都能開設(shè)人工智能課程，選用好的教材，保證人工智能課程的課時。教研和培訓部門做好相應(yīng)支持和指導。

（2）學校要建設(shè)好實驗室，提供較豐富的軟件和資源供學生學習。人工智能實驗室是學生學習人工智能的重要場所和設(shè)施，應(yīng)該根據(jù)人工智能技術(shù)的多方面內(nèi)容進行建設(shè)，使學生獲得多方面的體驗感受。

（3）加強人工智能教學改進，注重興趣培養(yǎng)，注重學生在應(yīng)用方面的學習，注重學生的參觀體驗。

（4）注重因材施教，對今后有意愿從事相關(guān)工作的學生提供更多指導和資源，為其今后選報相關(guān)高校及專業(yè)、從事相關(guān)工作打下更堅實的基礎(chǔ)。

注：本文系北京市教育委員會社科計劃一般課題“中小學人工智能教育與智能教育應(yīng)用對策研究”（SM201850061002）的研究成果之一

作者單位：北京教育學院