中小學(xué)人工智能教育實(shí)踐共性問題分析

梁建朋 陳秀梅

摘? 要 從中小學(xué)人工智能教育的實(shí)踐出發(fā)，在人工智能教育深入普及的大背景下，整合分析現(xiàn)階段人工智能教育存在的共性問題，以期為中小學(xué)人工智能教育體系構(gòu)建提供參考和幫助。

關(guān)鍵詞 人工智能教育;編程教育;中小學(xué);機(jī)器人;創(chuàng)客教育;STEAM;校本課程

中圖分類號(hào)：G630? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2020）13-0098-03

1 引言

2017年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，其中明確指出：人工智能成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)，應(yīng)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，建設(shè)人工智能學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才，形成我國(guó)人工智能人才高地。全國(guó)中小學(xué)校掀起開展人工智能教育的熱潮，進(jìn)行了大量多樣化的人工智能教育實(shí)踐，這些實(shí)踐在主導(dǎo)機(jī)構(gòu)、運(yùn)行模式、推進(jìn)進(jìn)度設(shè)計(jì)和階段目標(biāo)等方面有較大差異，但在實(shí)踐中凸顯出的問題卻具有相當(dāng)?shù)墓残?。這些共性與中小學(xué)的教學(xué)育人邏輯緊密相關(guān)，涉及認(rèn)知、課程和評(píng)價(jià)等多個(gè)要素，受到人工智能理論演進(jìn)和產(chǎn)業(yè)化現(xiàn)狀的系統(tǒng)影響，反映出人工智能教育的政策引領(lǐng)導(dǎo)向和深入普及化趨勢(shì)，迫切需要進(jìn)行體系化的梳理、分析和反思，找到合理化的解決方法和改進(jìn)策略，為中小學(xué)校和區(qū)域提供參考，規(guī)避已知的共性問題，從而提高人工智能教育推進(jìn)的效率，提升人工智能教育的效益和質(zhì)量，更好地培養(yǎng)人工智能創(chuàng)新人才。

2 概念問題

人工智能教育是指以人工智能的認(rèn)識(shí)、體驗(yàn)、模擬創(chuàng)造和應(yīng)用探索為教學(xué)內(nèi)容的教育活動(dòng)，教學(xué)內(nèi)容豐富且自成體系，具有內(nèi)在的連貫邏輯性[1]。當(dāng)前的教育實(shí)踐中，人工智能教育的概念出現(xiàn)不同程度的混淆和偏頗，導(dǎo)致這種現(xiàn)象的原因少部分是理論認(rèn)知不清晰，大多是由于區(qū)域和學(xué)校操作層面的被動(dòng)需求。部分是為了與已經(jīng)存在的特色課程進(jìn)行整合，充分利用現(xiàn)有的軟硬件資源，避免另起爐灶;部分是為了與高校、企業(yè)等合作方達(dá)成共識(shí)，依賴高校的理論研究重點(diǎn)和企業(yè)的業(yè)務(wù)專長(zhǎng)開展人工智能教育，受到一定的局限;還有部分是為了與地方性質(zhì)的師生競(jìng)賽體系相結(jié)合。比如某市開展市級(jí)機(jī)器人競(jìng)賽或編程競(jìng)賽，該市域之內(nèi)的人工智能教育不可避免地要受到這根“指揮棒”的影響，普遍偏向機(jī)器人教育或編程教育。

概念的混淆主要是與創(chuàng)客教育、STEAM教育等概念混淆。創(chuàng)客教育的關(guān)注點(diǎn)在于創(chuàng)新和創(chuàng)造，是指融合信息技術(shù)，以“做中學(xué)”為主要學(xué)習(xí)方式，以培養(yǎng)各類創(chuàng)新性人才為目的的教育，重點(diǎn)是培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)腦創(chuàng)意和動(dòng)手實(shí)踐的能力，部分創(chuàng)意和數(shù)字化手段涉及人工智能領(lǐng)域，但不能與人工智能教育等同。STEAM教育是集科學(xué)、技術(shù)、工程、藝術(shù)、數(shù)學(xué)等學(xué)科思維、學(xué)科工具于一體的綜合教育，目的是打破學(xué)科界限，通過對(duì)學(xué)科素養(yǎng)的綜合應(yīng)用解決實(shí)際問題，培養(yǎng)綜合性人才，注重培養(yǎng)多元化的學(xué)科交叉思維和豐富多樣的學(xué)科能力。

概念的偏頗主要是將人工智能教育片面等同于機(jī)器人教育或編程教育。在機(jī)器人教育中，除了部分純機(jī)械機(jī)器人或操控機(jī)器人以外，大多與人工智能相關(guān)，比如工程機(jī)器人、傳感機(jī)器人或仿生機(jī)器人。機(jī)器人教育的內(nèi)容是人工智能教育的一部分，是中小學(xué)生認(rèn)識(shí)人工智能并嘗試應(yīng)用探索的有效生動(dòng)的載體[2]。編程教育的內(nèi)容包括Scratch、

Python等編程語(yǔ)言，培養(yǎng)學(xué)生通過編程語(yǔ)言編制或改變程序的能力。編程的高級(jí)應(yīng)用形式是將編寫的程序作用于機(jī)械或結(jié)構(gòu)之中，賦予它們能動(dòng)智慧，替代人類完成工作，從而實(shí)現(xiàn)人工智能。因此，編程教育是人工智能教育的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和核心內(nèi)容，但是同樣不能完全等同于人工智能教育。

3 課程問題

人工智能教育發(fā)展到今天，已經(jīng)經(jīng)歷了進(jìn)校園、進(jìn)教室的環(huán)節(jié)，積累了一定的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，迫切需要進(jìn)行規(guī)范完整的課程建設(shè)，將人工智能教育常態(tài)化，涉及課時(shí)安排、師資建設(shè)、教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)管理等環(huán)節(jié)。目前來(lái)看，人工智能教育課程建設(shè)在各個(gè)環(huán)節(jié)都面臨一定的困難。

在課時(shí)安排方面，普遍采取的做法是以學(xué)校為主體，通過“一校一策”的方式，確定人工智能教育的課時(shí)。這種做法考慮了學(xué)校的辦學(xué)自主性和教學(xué)特殊性，賦予學(xué)校一定的裁量空間，然而具體到操作層面，卻受到多方面的制約。首先，學(xué)校要嚴(yán)格落實(shí)國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)和課時(shí)要求，開齊學(xué)科，開足課時(shí)，課時(shí)周轉(zhuǎn)的空間相對(duì)狹小;其次，學(xué)校的校本課程課時(shí)，時(shí)間相對(duì)固定，必須考慮到學(xué)生的多元需求和校本課程開發(fā)應(yīng)用的整體規(guī)劃，集中開設(shè)人工智能課程存在較大難度;最后，不同學(xué)段、不同年級(jí)的課時(shí)安排還需要綜合考慮學(xué)情特點(diǎn)和教學(xué)內(nèi)容，進(jìn)行適切微調(diào)，對(duì)學(xué)校的教務(wù)管理和教學(xué)內(nèi)容銜接構(gòu)成壓力。

在師資建設(shè)方面主要有兩個(gè)方面的問題。

一是較為普遍的兼職現(xiàn)象。學(xué)校缺少具有人工智能相關(guān)專業(yè)背景、熟練掌握人工智能教學(xué)技能的專業(yè)教師，大多以信息技術(shù)、科學(xué)等學(xué)科教師兼任人工智能教師，專業(yè)化程度不足，備課精力難以集中[3]。

二是培訓(xùn)方式呈現(xiàn)零散狀態(tài)，不成體系。有的區(qū)域或?qū)W校通過購(gòu)買課堂教學(xué)服務(wù)的方式開展人工智能教學(xué)，讓本校的教師進(jìn)行近距離的觀摩學(xué)習(xí);有的區(qū)域或?qū)W校則通過講座、專項(xiàng)培訓(xùn)等方式，對(duì)教師進(jìn)行人工智能培訓(xùn)，主要講授人工智能教育的理論認(rèn)識(shí)和主要內(nèi)容。

事實(shí)上，這兩種培訓(xùn)方式應(yīng)當(dāng)結(jié)合起來(lái)進(jìn)行，制訂完善的體系化的培養(yǎng)方案，推動(dòng)教師在認(rèn)識(shí)、技能和教學(xué)方法等方面的全方位提升。

在教學(xué)內(nèi)容設(shè)計(jì)方面，總體呈現(xiàn)出兩種趨勢(shì)：一種是依賴現(xiàn)有的人工智能教育行業(yè)的商家，依靠商家提供的軟硬件模塊，設(shè)置體驗(yàn)式、應(yīng)用式、實(shí)踐導(dǎo)向的教學(xué)內(nèi)容，這樣的教學(xué)內(nèi)容設(shè)置方法過于松散且缺乏邏輯，沒有對(duì)學(xué)生的認(rèn)知過程和認(rèn)知規(guī)律進(jìn)行合理呼應(yīng)，難以形成完整的認(rèn)知鏈條，無(wú)法滿足人工智能教育普及化和常態(tài)化的需求[4];

另一種是與高校、科研機(jī)構(gòu)的專家建立合作關(guān)系，通過編訂叢書、發(fā)布輔導(dǎo)讀物等方式確定教學(xué)內(nèi)容，普遍依循不同學(xué)段的學(xué)生特點(diǎn)，形成一套完整的人工智能教學(xué)內(nèi)容體系，比如華東師范大學(xué)與商務(wù)印書館聯(lián)合推出的“AI上未來(lái)智造者”叢書，總計(jì)多達(dá)十冊(cè)，適用于不同年齡段的學(xué)生，建立了從人工智能認(rèn)識(shí)、體驗(yàn)、模擬、創(chuàng)造到應(yīng)用探索的完整知識(shí)閉環(huán)。這樣的教學(xué)內(nèi)容在科學(xué)性和邏輯性上具有一定的優(yōu)勢(shì)，但是其豐富和全面的內(nèi)容對(duì)配套的軟硬件提出較高的要求，區(qū)域和學(xué)校很難提供完備的支撐環(huán)境。

值得一提的是，這些叢書或讀物并不是教材，沒有按照教材標(biāo)準(zhǔn)審核，難免會(huì)存在錯(cuò)漏。同時(shí)，這些叢書或讀物不具有教材屬性，也讓這些叢書和讀物在學(xué)校的應(yīng)用推廣面臨一定的阻力。

在教學(xué)管理方面，最突出的問題體現(xiàn)在教師工作量的確定和教研的局限性方面。如前文所述，人工智能教師普遍是以兼職形式承擔(dān)人工智能教學(xué)任務(wù)，在人工智能教學(xué)只以興趣班或社團(tuán)活動(dòng)形式開展時(shí)，他們的這部分工作量通常受到忽略，或以最低一檔計(jì)算;在人工智能教育深入普及的趨勢(shì)下，人工智能教育的課時(shí)確定必須與教師工作量的確定相統(tǒng)一，尊重人工智能教師的專業(yè)地位和勞動(dòng)，調(diào)動(dòng)并維護(hù)教師的工作積極性。目前來(lái)看，我國(guó)的教育科研機(jī)構(gòu)中，尚未設(shè)置專門的人工智能教研員。教師的教學(xué)策略、教學(xué)方式、教學(xué)進(jìn)度等方面都缺乏統(tǒng)一的指導(dǎo)和規(guī)范，也沒有定期交流互動(dòng)的平臺(tái)和機(jī)制，大多憑借經(jīng)驗(yàn)和設(shè)想組織教學(xué)，亟待建立常態(tài)化的教研結(jié)構(gòu)，以支持人工智能教育的普及發(fā)展[5]。

4 評(píng)價(jià)問題

對(duì)人工智能教育的評(píng)價(jià)，可以分成教學(xué)效果評(píng)價(jià)、教學(xué)過程評(píng)價(jià)和人工智能競(jìng)賽活動(dòng)三個(gè)大的方面。目前有較多實(shí)踐支撐的，只有人工智能競(jìng)賽活動(dòng)一項(xiàng)，對(duì)人工智能教學(xué)效果和教學(xué)過程的評(píng)價(jià)有一些理論層面的探討，在一些先行區(qū)域的實(shí)施方案中也有提及。比如上海市嘉定區(qū)推進(jìn)《人工智能基礎(chǔ)（高中版）》教材試用，制定了試用教學(xué)方案，提出要建立配套的學(xué)生學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)資源。總體來(lái)看，國(guó)內(nèi)暫時(shí)沒有成熟的可參照的人工智能教學(xué)評(píng)價(jià)量表和指標(biāo)體系出臺(tái)。

在實(shí)踐較多的人工智能競(jìng)賽活動(dòng)中，也漸漸出現(xiàn)一些苗頭性問題。如某些市域或區(qū)域的人工智能競(jìng)賽活動(dòng)，與行業(yè)中的商家進(jìn)行合作，由商家提供競(jìng)賽所需的軟硬件支持。然而在人工智能教學(xué)中，程序語(yǔ)言和軟硬件環(huán)境是具有多樣性的，這就導(dǎo)致部分學(xué)生學(xué)習(xí)的人工智能操作知識(shí)與競(jìng)賽的需求出現(xiàn)脫節(jié)，出現(xiàn)“所學(xué)非所賽”的尷尬。本質(zhì)而言，這是競(jìng)賽活動(dòng)受到人工智能教育行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)過度影響的后遺癥，客觀上導(dǎo)致通過人工智能競(jìng)賽活動(dòng)對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)效果進(jìn)行評(píng)價(jià)存在一定程度的不公平。此外，人工智能競(jìng)賽活動(dòng)中，有些編程比賽或者創(chuàng)意比賽活動(dòng)只需要提供作品，無(wú)須進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)制作和操作演示，作品的真實(shí)作者難以核查和溯源，存在規(guī)則上的漏洞。

值得一提的是，對(duì)人工智能教育教學(xué)本身的評(píng)價(jià)雖然仍處在起步階段，但利用人工智能技術(shù)對(duì)教育質(zhì)量、教學(xué)過程進(jìn)行智能管理和評(píng)價(jià)，已經(jīng)成為教育領(lǐng)域的熱點(diǎn)[6]。區(qū)域?qū)用娼ㄔO(shè)“智慧大腦”“大數(shù)據(jù)中心”等平臺(tái)，學(xué)校層面開展智能課堂觀察、教學(xué)語(yǔ)音分析、教學(xué)互動(dòng)捕捉等探索嘗試，一定程度上提升了教學(xué)評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)化和科學(xué)化水平。

5 結(jié)語(yǔ)

習(xí)近平總書記提出，教育要把培養(yǎng)擔(dān)當(dāng)民族復(fù)興大任的時(shí)代新人作為重要職責(zé)。教育的本質(zhì)是育人，培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)社會(huì)、建設(shè)社會(huì)的關(guān)鍵能力，為國(guó)家輸送人才。人工智能是全球關(guān)注的新高地，也是國(guó)家之間、民族之間新的競(jìng)技場(chǎng)。我國(guó)的人才儲(chǔ)備并不樂觀，美國(guó)Diffbot數(shù)據(jù)公司2019年12月發(fā)布的一份報(bào)告說(shuō)，全球人工智能人才近三分之一集中在美國(guó)，相比之下，僅有3.5%的人才在中國(guó)。另?yè)?jù)工信部教育與考試中心透露，中國(guó)人工智能人才缺口超過500萬(wàn)人，國(guó)內(nèi)的供求比例達(dá)到1：10，供需嚴(yán)重失衡。因此，貫徹《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，深入普及開展人工智能教育，具有相當(dāng)?shù)钠惹行浴Ｔ诜e極實(shí)踐的基礎(chǔ)上，要善于發(fā)現(xiàn)問題，積極解決問題，建構(gòu)起規(guī)范、系統(tǒng)、全面的中小學(xué)人工智能教育體系，為學(xué)生的未來(lái)成長(zhǎng)奠基，也為推動(dòng)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。

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