我國中小學(xué)人工智能教育的研究綜述

郭可欣 劉俊強

摘要：近年來，隨著人工智能的發(fā)展，人工智能教育已逐步滲透到中小學(xué)教育領(lǐng)域，對我國創(chuàng)新人才的培養(yǎng)具有重要意義。為了進一步了解我國中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展現(xiàn)狀，本文運用文獻分析、內(nèi)容分析等方法，通過對部分期刊近五年論文的篩選，從課程、教學(xué)、相關(guān)研究等視角對我國中小學(xué)人工智能教育研究的文獻進行了較系統(tǒng)的梳理，在此基礎(chǔ)上分析了現(xiàn)階段我國中小學(xué)人工智能教育研究存在的問題以及對未來中小學(xué)人工智能教育發(fā)展與研究的啟示，以期為我國中小學(xué)人工智能教育研究提供參考。

關(guān)鍵詞：中小學(xué);人工智能教育;課程;教學(xué)

中圖分類號：G434 ?文獻標(biāo)識碼：A ?論文編號：1674-2117（2022）02-0074-05

人工智能教育是指以人工智能的認識、體驗、模擬創(chuàng)造和應(yīng)用探索為教學(xué)內(nèi)容的教育活動，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]近年來，我國高度重視人工智能教育，涌現(xiàn)了許多中小學(xué)人工智能教育的相關(guān)研究，但缺少對中小學(xué)人工智能教育研究的系統(tǒng)梳理。

● 中小學(xué)人工智能教育研究的基本情況

本文基于中國知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫，設(shè)定“人工智能教育”為主題、“中小學(xué)、基礎(chǔ)教育”為關(guān)鍵詞進行檢索，選定文獻發(fā)表時間為2016年2月—2021年2月，精簡處理后得到有效文獻140篇。

1.年發(fā)布量

通過分析發(fā)表文獻，可知中小學(xué)人工智能教育的相關(guān)研究總體呈上升趨勢——在2016年涉及量少，自2017年《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》頒布以及“人工智能初步”被列入新課標(biāo)必修模塊后，增幅明顯上升，截至2021年2月份相關(guān)文獻的數(shù)量依然呈現(xiàn)增長趨勢。由此可預(yù)估中小學(xué)人工智能教育依然是研究的熱點問題，這也說明，我國在研究人工智能的同時回歸到了教育本身，較以前更加重視中小學(xué)人工智能課程的開展情況。

2.期刊分布

選擇精簡處理后的140篇有效文獻導(dǎo)出Excel，并導(dǎo)入到Python中運行，統(tǒng)計文獻發(fā)布量大于2的期刊，并對部分期刊刊登的42篇文獻進行分析可知：中小學(xué)人工智能教育的相關(guān)研究具有較強的專業(yè)性、技術(shù)性，在某種程度上屬于教育技術(shù)研究范疇，因此，其發(fā)展需要教育技術(shù)領(lǐng)域的研究者推動和引導(dǎo)。同時，關(guān)于中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展，研究課程與教育現(xiàn)象的相關(guān)文獻也具一定的代表性。

3.關(guān)鍵詞分析

將選取的42篇文獻通過Bicomb書目共現(xiàn)軟件進行關(guān)鍵詞的提取、統(tǒng)計、分析，統(tǒng)計高頻關(guān)鍵詞頻次，將相關(guān)文獻中出現(xiàn)詞頻排在前15位的關(guān)鍵詞視為該領(lǐng)域的高頻關(guān)鍵詞，將數(shù)據(jù)矩陣導(dǎo)入 Ucinet軟件中計算得出關(guān)鍵詞的中介中心性（如下頁表）。由表可見，中小學(xué)人工智能教育領(lǐng)域的研究主要圍繞課程、AI教育、模式、策略等展開。主要涉及教學(xué)設(shè)計、核心素養(yǎng)、信息素養(yǎng)、計算思維、編程教育等核心關(guān)鍵詞。文獻主要集中在中小學(xué)人工智能教育的課程研究、中小學(xué)人工智能教育的教學(xué)研究、中小學(xué)人工智能教育的各資源建設(shè)研究等方面。

● 中小學(xué)人工智能教育的課程研究

1.課程定位

課程建設(shè)是基于社會、學(xué)習(xí)者、知識三者之間矛盾關(guān)系而展開的。要建設(shè)中小學(xué)人工智能教育課程體系，必須正確把握中小學(xué)人工智能課程整體框架。劉棟等基于領(lǐng)域知識的認識，運用泰勒的課程開發(fā)框架構(gòu)建了一種人工智能教育課程群的廣義框架（包含三部分：主干學(xué)科科目組、領(lǐng)域應(yīng)用科目組、基礎(chǔ)學(xué)科科目組），并說明了各科目組與知識領(lǐng)域的映射關(guān)系。[2]于勇等基于對日本中小學(xué)人工智能教育課程體系進行分析，認為現(xiàn)階段我國中小學(xué)人工智能教育體系的建立需與其它現(xiàn)有不同課程進行融合，并根據(jù)學(xué)習(xí)者的認知特點建立分層實施步驟。[3]王本陸等將中小學(xué)人工智能教育界定為：使用數(shù)字終端設(shè)備和基于人工智能技術(shù)的數(shù)字化軟件，以培養(yǎng)“創(chuàng)造力、人文素養(yǎng)和計算思維”為目標(biāo)的跨學(xué)科綜合實踐課程。[4]綜上所述，研究者們觀點的核心都是人工智能教育課程的整體設(shè)計要確保不同領(lǐng)域、不同學(xué)科的交叉融合，這種融合也是未來的一種發(fā)展趨勢。但由于中小學(xué)人工智能教育的內(nèi)容具有一定的復(fù)雜性與煩瑣性，如何將二者進行融合，目前還沒有特別成熟的理論和實踐研究來支撐。

2.課程目標(biāo)

中小學(xué)人工智能課程目標(biāo)規(guī)定著教學(xué)目標(biāo)的指向。從現(xiàn)有的研究結(jié)果來看，研究者對課程目標(biāo)的定位各有偏重。有研究表明，全面推進人工智能教育，主要指向培養(yǎng)學(xué)生的編程能力與計算思維。[5]此類觀點偏重于培養(yǎng)人工智能的專業(yè)人才。張丹等認為人工智能課程目標(biāo)需要從操作技能訓(xùn)練轉(zhuǎn)向信息素養(yǎng)提升，重在培養(yǎng)學(xué)生的信息意識、計算思維、數(shù)字化實踐能力。[6]此類觀點偏重于培養(yǎng)人工智能時代全面發(fā)展的人。方圓媛等認為中小學(xué)階段開設(shè)人工智能課程，不是學(xué)習(xí)編程技術(shù)，也不是使用人工智能產(chǎn)品，而是幫助學(xué)生形成一定的思維能力，學(xué)會解決問題的方式方法，學(xué)會適應(yīng)智能環(huán)境，或為走上AI專業(yè)道路奠基。[7]綜合以上觀點可知，定向于人工智能教育的課程目標(biāo)不僅要培養(yǎng)未來AI專業(yè)人才，更要培養(yǎng)適應(yīng)人工智能時代全面發(fā)展人。

3.課程內(nèi)容

課程內(nèi)容是課程建設(shè)的重點，因此課程內(nèi)容體系受到了諸多研究者的關(guān)注。陳凱泉等認為應(yīng)根據(jù)學(xué)段以體驗、操作、設(shè)計為側(cè)重點將人工智能課程定位為技術(shù)類課程，認為小學(xué)設(shè)置的相關(guān)內(nèi)容應(yīng)圍繞程序設(shè)計與感受機器人，獲得感性經(jīng)驗;初中應(yīng)培養(yǎng)機器人制作與應(yīng)用技能，解決學(xué)習(xí)與生活中的問題;高中應(yīng)了解程序設(shè)計思想與基本編程方法，發(fā)展學(xué)生個性，形成人工智能信息文化能力。[8]謝忠新等參考了皮亞杰的認知發(fā)展規(guī)律理論設(shè)計了中小學(xué)人工智能的課程目標(biāo)，并據(jù)此從感悟、體驗、創(chuàng)新三個側(cè)重點提出了相應(yīng)的課程內(nèi)容體系。[9]王本陸等從人工智能課程專業(yè)性的角度出發(fā)，將人工智能課程內(nèi)容設(shè)置為從邊緣到中心逐級增強的課程層系統(tǒng)。[10]

通過上述研究者的研究可以看出，雖然研究者們提出的課程內(nèi)容角度不同、學(xué)段劃分不同、課程定位不同，但是“體驗”“創(chuàng)新”是這些課程內(nèi)容體系中的共同組成要素。有鑒于此，“體驗”是中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容設(shè)計的靈魂，體驗可以引發(fā)興趣，在中小學(xué)階段人工智能內(nèi)容的設(shè)計要避免復(fù)雜，主要是保護和發(fā)展學(xué)習(xí)者的人工智能興趣，培養(yǎng)人工智能素養(yǎng)以及培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

4.課程資源

課程資源是進行人工智能教育的實施載體，在課程建設(shè)中有著重要的地位。有研究表明，人工智能教育裝備之間需彼此配合，如智能編程平臺和智能機器人的配合才能實現(xiàn)人工智能的體驗教學(xué)與實踐教學(xué)。[11]同時，有研究提出，教材是最有影響力的課程資源，是開展教學(xué)的重要依據(jù)和示范。[12]到 2020年7月，我國已開發(fā)出45本有關(guān)中小學(xué)人工智能教育相關(guān)的教材。[13]盡管到目前為止我國仍缺乏人工智能課程資源，但這些研究與政策的頒布為課程資源的建設(shè)提供了著手的方向與角度。

5.課程評價

從參與評價主體來講，中小學(xué)人工智能課程評價可以從實施者、設(shè)計者、管理者、學(xué)習(xí)者等方面進行較為全面的評價，但就實施情況而言，課程評價主體比較單一。從評價方式來講，詹澤慧等基于對高中四冊《人工智能初步》教材的內(nèi)容分析，認為評價方式應(yīng)以基于項目的學(xué)習(xí)評價為主、知識檢測為輔，更關(guān)注學(xué)生高階能力的發(fā)展[14]，還有研究者認為評價方式應(yīng)以過程性評價中的問題提出、課堂互動以及總結(jié)性評價中的知識自檢、自評總結(jié)為主。[15]從使用評價工具來講，各研究者只是發(fā)現(xiàn)了課程中缺乏“評價量規(guī)”等工具的使用等問題，但并未給出具體解決措施。綜上所述，到目前為止，對中小學(xué)人工智能課程評價的關(guān)注度不高，對評價主體、評價內(nèi)容、評價方式、評價工具等還未形成一個相對完整的體系。

● 中小學(xué)人工智能教育的教學(xué)研究

人工智能屬于計算機學(xué)科的分支，將其知識納入中小學(xué)課程，對于學(xué)習(xí)者而言具有一定難度。并且作為綜合實踐類課程，傳統(tǒng)的授遞教學(xué)模式已不適合。因此，國內(nèi)研究者在2008年就提出了以真實性為關(guān)鍵的情境化教學(xué)模式、以問題探索為核心的基于問題的教學(xué)模式、以案例為難點的基于案例的教學(xué)模式[16]，這些教學(xué)模式的主要目的就是增強學(xué)習(xí)者的體驗性。經(jīng)過進一步的探索，有研究者基于體驗性，針對人工智能教育的跨學(xué)科與實踐的應(yīng)用性，提出了任務(wù)驅(qū)動式、融入游戲化機制的探究式教學(xué)[17]，這些教學(xué)模式使跨學(xué)科知識在體驗、實踐應(yīng)用中習(xí)得，使教學(xué)效果更加有效。研究發(fā)現(xiàn)，更多的研究者在討論基于“項目—任務(wù)—活動”的項目式教學(xué)模式，此模式在體驗、應(yīng)用的基礎(chǔ)上，更強調(diào)發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力、人文素養(yǎng)、計算思維等。[18]可見，研究者們認為在選擇中小學(xué)人工智能教育的教學(xué)模式時，要以體驗性、實踐性為基礎(chǔ)，在項目中融合多學(xué)科知識，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主動性，最終目的是發(fā)展學(xué)習(xí)者的核心能力。

相較于中小學(xué)人工智能教育課程層面的研究，教學(xué)層面的研究文獻數(shù)量相對較少，研究視角也相對局限，僅停留在教學(xué)模式的探討上。

● 中小學(xué)人工智能教育的其他相關(guān)研究

研究者們除了探討中小學(xué)人工智能課程和教學(xué)研究之外，還在以下幾個方面進行了研究和探索。

第一，從改進課程實施相關(guān)建議看，相關(guān)研究者認為課程標(biāo)準、課程設(shè)置、教材選用、資金保障、人工智能課程如何與其他學(xué)科融合等方面是現(xiàn)階段人工智能教育面臨的難題。因此，教育行政部門應(yīng)采取措施，發(fā)揮自身引導(dǎo)作用，組織各類教育人員研制完整的中小學(xué)人工智能課程標(biāo)準體系，研發(fā)教材，并且提供相應(yīng)的政策資金支持。

第二，從外部資源建設(shè)與利用看，研究者對于中小學(xué)如何與高校、企業(yè)、社會機構(gòu)合作，如何改善人工智能教育生態(tài)圈有共同的看法，認為學(xué)校可基于教育生態(tài)圈的理念，通過與其他企業(yè)、社會機構(gòu)合作，建設(shè)人工智能平臺、學(xué)習(xí)空間等，實現(xiàn)資源共享，隨時可學(xué)。[19]

第三，從師資隊伍建設(shè)看，張志新[20]、張珊珊[21]等認為教育部門應(yīng)建立中小學(xué)人工智能教師資格認定制度，并從職前職后兩個角度進行討論：從職前教育看，目前還沒有專門培養(yǎng)人工智能師資的專業(yè);從職后教育看，中小學(xué)可進行各類教師培訓(xùn)項目，如“國培”“省培”等提高教師相關(guān)業(yè)務(wù)能力。又有研究者認為，中小學(xué)很難招聘到精通人工智能和教育的跨學(xué)科人才，培養(yǎng)人工智能師范專業(yè)教師又不具現(xiàn)實性，信息技術(shù)教師仍然是人工智能課程開發(fā)與建設(shè)的主力軍。[22]盡管研究者研究的師資建設(shè)方向不同，但不論何種培養(yǎng)方式，都能夠推進人工智能師資隊伍的建設(shè)。

● 問題及啟示

綜上所述，盡管中小學(xué)人工智能教育越來越受到人們關(guān)注，以往也對中小學(xué)人工智能課程、教學(xué)、策略等進行了研究，但現(xiàn)有研究仍存在一些問題。

1.對中小學(xué)人工智能課程的定位界定不清

我國多數(shù)研究者認為人工智能課程主要是培養(yǎng)人的創(chuàng)造力、人文素養(yǎng)和計算思維。但是教師在課程實施過程中卻著重培養(yǎng)了學(xué)習(xí)者的操作技能，產(chǎn)生這種情況的原因主要是對人工智能課程定位不清?，F(xiàn)階段定位主要存在以下幾個誤區(qū)：①將人工智能課程等同于計算機技術(shù)課程;②將創(chuàng)客教育、機器人教育、STEAM教育的內(nèi)容都歸納為人工智能教育課程;③將人工智能課程狹義理解為Python等編程語言課程。由于對課程定位的不清，人工智能課程的培養(yǎng)目標(biāo)也出現(xiàn)了偏差。因此，在未來的研究中可以對人工智能的課程定位進行深入探索。例如，將中小學(xué)人工智能教育的各種概念進行分類，以便對課程進行準確定位，使中小學(xué)人工智能教育的培養(yǎng)目標(biāo)不易發(fā)生偏離;還可以將STEM教育、創(chuàng)客教育、機器人教育的教育理念融合到中小學(xué)人工智能課程中，但這種融合不等于過分模仿，過分模仿會導(dǎo)致中小學(xué)人工智能課程定位泛化。

2.對中小學(xué)人工智能教育的師資隊伍建設(shè)方向不明確

研究者認為，中小學(xué)人工智能教師可由信息技術(shù)教師擔(dān)任，但絕大部分信息技術(shù)教師具備的專業(yè)知識與能力還未能達到人工智能專業(yè)教師的要求。又由于人工智能所學(xué)領(lǐng)域廣、內(nèi)容更新快，技術(shù)應(yīng)用多，需不斷學(xué)習(xí)，非專業(yè)人工智能教師很難確保人工智能課程的順利實施。同時兼任兩職的信息技術(shù)教師，是該學(xué)習(xí)人工智能知識、技術(shù)，還是保障教學(xué)順利實施？怎樣兼顧？本文認為可探討一種“雙師型”的信息技術(shù)教師，各中小學(xué)可請高等院校人工智能專業(yè)的教師進入中小學(xué)兼職授課，并向本校的信息技術(shù)教師講授人工智能知識，以此推動中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展。我國也可制定相關(guān)政策來解決教師的培養(yǎng)問題，如在高校開設(shè)專門的人工智能教師專業(yè)，填補人工智能教育教師的缺口。

3.對中小學(xué)人工智能教育的實踐研究偏少

從文獻角度分析，我國中小學(xué)人工智能教育仍以理論層面的探討為主，如許多研究者都著重于從理論上分析中小學(xué)人工智能教育課程應(yīng)與學(xué)科課程融合，但普遍缺乏實踐探索，沒有形成比較成熟的實踐研究成果。因此，有必要將理論的相關(guān)研究成果運用到人工智能教育的課程實施中，把定量研究與定性研究相結(jié)合，避免空中閣樓、紙上談兵，用實踐研究成果指導(dǎo)教學(xué)實踐。

4.對中小學(xué)人工智能教育課程的評價關(guān)注度不高

從現(xiàn)有的文獻來看，中小學(xué)人工智能教育的評價體系是一個比較新的領(lǐng)域。現(xiàn)有的中小學(xué)人工智能課程教學(xué)評價主體比較單一，評價內(nèi)容簡化，評價工具缺乏。2020年國務(wù)院印發(fā)了《深化新時代教育評價改革總體方案》，提出了教育評價需改進結(jié)果評價，強化過程評價，探索增值評價，健全綜合評價，充分利用信息技術(shù)，提高教育評價的科學(xué)性、專業(yè)性、客觀性[23]，可見，科學(xué)的評價體系對教育有著至關(guān)重要的作用。因此，在未來的研究中，研究者可依據(jù)此文件對中小學(xué)人工智能教育中各評價問題進行深入探索，如可基于課程培養(yǎng)目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程資源等宏觀層面進行全方位、多元化的評價，也可探討某個領(lǐng)域如學(xué)生對知識內(nèi)容建構(gòu)過程的評價，關(guān)注學(xué)生課前、課中、課后的知識體系動態(tài)變化，制訂適合的評價量表進行測量，逐漸健全完善評價體系。

參考文獻：

[1]王海芳，李鋒.人工智能應(yīng)用于教育的新進展[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2008，18（S1）：18-20.

[2]柳棟，馬濤，容梅，等.中小學(xué)人工智能課程群建設(shè)的一種跨領(lǐng)域開放框架[J].中國電化教育，2020（12）：16-21+28.

[3]于勇，徐鵬，劉未央.我國中小學(xué)人工智能教育課程體系現(xiàn)狀及建議——來自日本中小學(xué)人工智能教育課程體系的啟示[J].中國電化教育，2020（08）：93-99.

[4][10]王本陸，千京龍，盧億雷，等.簡論中小學(xué)人工智能課程的建構(gòu)[J].教育研究與實驗，2018（04）：37-43.（并不是本文所限定的研究對象，但觀點被多人引用，與教育技術(shù)學(xué)研究者觀點相一致，故本文加入此觀點，下同）

[5][8][17]陳凱泉，何瑤，仲國強.人工智能視域下的信息素養(yǎng)內(nèi)涵轉(zhuǎn)型及AI教育目標(biāo)定位——兼論基礎(chǔ)教育階段AI課程與教學(xué)實施路徑[J].遠程教育雜志，2018，36（01）：61-71.

[6][22]張丹，崔光佐.中小學(xué)階段的人工智能教育研究[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2020，30（01）：39-44.

[7]方圓媛，黃旭光.中小學(xué)人工智能教育：學(xué)什么，怎么教——來自“美國K-12人工智能教育行動”的啟示[J].中國電化教育，2020（10）：32-39.

[9]謝忠新，曹楊璐，李盈.中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容設(shè)計探究[J].中國電化教育，2019（04）：17-22.

[11]劉俊波，樂進軍.中小學(xué)人工智能課程建設(shè)初探[J].基礎(chǔ)教育課程，2020（01）：16-20.

[12]趙慧臣，張娜鈺，閆克樂，等.高中人工智能教材的特征、反思與改進[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2019，29（11）：12-18.

[13]王東麗，周德青，王亞如，等.中小學(xué)人工智能教材綜述——基于45本已出版教材的分析[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2021，31（02）：19-25.

[14]詹澤慧，鐘柏昌.高中人工智能教育應(yīng)該教什么和如何教——基于四本《人工智能初步》教材的內(nèi)容分析[J].電化教育研究，2020，41（06）：68-74+82.

[15]李天宇.基于STEAM教育的中小學(xué)人工智能教育研究——以“機器會思考嗎”一課為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2021，31（01）：90-97.

[16]馬超，張義兵，趙慶國.高中《人工智能初步》教學(xué)的三種常用模式[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2008（08）：51-53.

[18]余燕芳，李藝.基于計算思維的項目式教學(xué)課程構(gòu)建與應(yīng)用研究——以高中信息技術(shù)課程《人工智能初步》為例[J].遠程教育雜志，2020，38（01）：95-103.

[19]趙飛龍，鐘錕，劉敏.人工智能科普教育探究——以初中“語音合成”課為例[J].現(xiàn)代教育技術(shù)，2018，28（05）：5-11.

[20]張志新，杜慧，高露，等.發(fā)達地區(qū)中小學(xué)人工智能課程建設(shè)現(xiàn)狀、問題與對策——以某“新一線”城市為例探討[J].中國電化教育，2020（09）：40-49.

[21]張珊珊，杜曉敏，張安然.中小學(xué)開展人工智能教育的挑戰(zhàn)、重點和策略[J].中國電化教育，2020（11）：67-72+96.

[23]中共中央 國務(wù)院印發(fā)《深化新時代教育評價改革總體方案》[EB/OL].（2020-10-13）. http：//www.gov.cn/zhengce/2020-10/13/content_5551032.htm.

作者簡介：郭可欣（1997—），女，哈爾濱師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)碩士研究生;劉俊強（1965—），男，哈爾濱師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，副院長。