中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀及發(fā)展策略

郭芳竹，劉光潔，劉 妍

(長(zhǎng)春師范大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130032)

0 引言

近年來(lái)，人工智能作為新一代的產(chǎn)業(yè)革命和科學(xué)技術(shù)正在興起，有關(guān)人工智能發(fā)展的新模式和新應(yīng)用加速涌現(xiàn)出新，并且深刻影響著世界經(jīng)濟(jì)、生活方式和社會(huì)發(fā)展等方面。

2017年7月國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[1]提出，到 2030 年，我國(guó)人工智能理論、技術(shù)與應(yīng)用總體要達(dá)到世界領(lǐng)先水平，成為世界主要人工智能創(chuàng)新中心。要實(shí)現(xiàn)這一宏偉目標(biāo)，人才培養(yǎng)是重中之重。對(duì)此，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確指出要在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，并逐步開展全民智能教育項(xiàng)目。

1 中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外人工智能教育開展情況

在美國(guó)，計(jì)算機(jī)科學(xué)在初等和中等教育階段被列為重點(diǎn)教育項(xiàng)目。學(xué)校用STEM教育來(lái)開展人工智能教學(xué)[2]，用Scratch等編程軟件創(chuàng)新性地操控機(jī)器人，著重培養(yǎng)學(xué)生在人工智能方面的創(chuàng)新思維。此外，美國(guó)還建立了機(jī)器學(xué)習(xí)與人工智能委員會(huì)，提供人工智能政策咨詢服務(wù)，督促研發(fā)人工智能技術(shù)及人工智能教學(xué)。

日本大力鼓勵(lì)學(xué)生與企業(yè)合作，培養(yǎng)高水平的人工智能人才。在中小學(xué)人工智能教育中，根據(jù)學(xué)生身心發(fā)展階段的不同，螺旋式提升學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)的熱愛和動(dòng)手操作能力[3]。將中小學(xué)信息技術(shù)課程設(shè)置為必修課程，著重培養(yǎng)學(xué)生的編程思維和信息道德。

法國(guó)于2018年出臺(tái)了國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略報(bào)告《AI 造福人類》。其更重視學(xué)生在人工智能方向的專業(yè)訓(xùn)練，著手AI教育領(lǐng)域的科研實(shí)驗(yàn)，加大對(duì)教育技術(shù)的基金投入，讓新型教育產(chǎn)品步入教育市場(chǎng)，加強(qiáng)與互聯(lián)網(wǎng)教育企業(yè)的合作交流。同時(shí)，法國(guó)強(qiáng)調(diào)人工智能產(chǎn)業(yè)要受到法律和道德的雙重約束，讓人工智能教育產(chǎn)業(yè)服務(wù)于教育體系。

新加坡大力推廣少兒編程教育，將計(jì)算機(jī)編程作為一門考試科目。2017年發(fā)布《新加坡人工智能戰(zhàn)略》[4]，提出了“人工智能學(xué)徒計(jì)劃”，目的是培養(yǎng)人工智能學(xué)徒，為更多人才提供就業(yè)機(jī)會(huì)。此外，新加坡還推出了系列兒童人工智能、學(xué)生人工智能、工業(yè)人工智能、人人數(shù)據(jù)分析的視頻課程，幫助全民學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)。

1.2 我國(guó)中小學(xué)人工智能教育開展情況

1.2.1 中小學(xué)人工智能師資情況

繼《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》之后，國(guó)家在2018年4月和9月又先后出臺(tái)了《高等學(xué)校人工智能創(chuàng)新計(jì)劃》和《關(guān)于人工智能背景下中小學(xué)編程教育發(fā)展的建議》，提出要鼓勵(lì)和支持高等師范院校計(jì)算機(jī)學(xué)院設(shè)立人工智能相關(guān)專業(yè)，提升中小學(xué)人工智能教師的數(shù)量和質(zhì)量，為進(jìn)一步落實(shí)“人工智能從娃娃抓起”的理念奠定基礎(chǔ)。從2018年起，先后批復(fù)開設(shè)人工智能本科專業(yè)的院校345所，其中師范院校42所。

1.2.2 中小學(xué)信息技術(shù)課程開展現(xiàn)狀

目前中小學(xué)人工智能課程單獨(dú)開設(shè)正在部分地區(qū)試行，絕大多數(shù)地區(qū)仍然只開設(shè)信息技術(shù)課程，但在創(chuàng)客課程內(nèi)容上側(cè)重人工智能，而且各地內(nèi)容不同，有Arduino創(chuàng)意開發(fā)、樹莓派和Python編程等。主要內(nèi)容是讓學(xué)生了解人工智能是什么及人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域，學(xué)會(huì)人工智能的初步編程并進(jìn)行創(chuàng)意開發(fā)。在學(xué)生心中撒下人工智能的種子，方能切實(shí)提升新時(shí)代少年的創(chuàng)新思維和能力。

2 中小學(xué)人工智能教育存在的不足

2.1 人工智能教育教學(xué)資源不均衡

廣州等一線城市的中小學(xué)已單獨(dú)開設(shè)人工智能課程，正式使用人工智能教材，實(shí)驗(yàn)資源完備；部分地區(qū)的學(xué)校有創(chuàng)客教育實(shí)驗(yàn)室，但沒有專業(yè)的人工智能師資，只有信息技術(shù)教師，可以借助部分實(shí)驗(yàn)資源，讓學(xué)生簡(jiǎn)單了解人工智能；有些地區(qū)的中小學(xué)沒有設(shè)立人工智能實(shí)驗(yàn)室，甚至全校僅有一名信息技術(shù)教師，還是其他學(xué)科教師轉(zhuǎn)崗而來(lái)?？梢?，不同地區(qū)人工智能的教學(xué)資源嚴(yán)重不均衡。

2.2 人工智能教育教師培養(yǎng)不充分

2.2.1 高校人工智能師范生培養(yǎng)人數(shù)不足

目前中小學(xué)缺少既具備人工智能專業(yè)知識(shí)又具備教育方法的人工智能教師，這主要有以下兩方面原因：一是中小學(xué)人工智能教育不納入中考和會(huì)考的科目范圍，人工智能師范生對(duì)口就業(yè)學(xué)校招聘教師名額較少。師范生就職成功后，在學(xué)校除承擔(dān)信息技術(shù)教學(xué)外，還需要負(fù)責(zé)全校的電腦、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等工作，工作繁重。二是隨著互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，企業(yè)對(duì)計(jì)算機(jī)類人才的需求量日益加大，甚至不惜以高薪“搶人”，致使部分師范生在畢業(yè)之后選擇進(jìn)入企業(yè)工作。有資料表明，現(xiàn)有中小學(xué)信息技術(shù)教師團(tuán)隊(duì)中，僅有不到35%的教師是出身信息技術(shù)專業(yè)的師范生，這些教師可以為學(xué)生講解部分人工智能課程。

2.2.2 在崗人工智能教師的教學(xué)質(zhì)量不高

據(jù)調(diào)查，吉林省某區(qū)現(xiàn)有中小學(xué)31所，信息技術(shù)教師共計(jì)63名，其中具備博士研究生學(xué)歷的僅有2人，具有碩士研究生學(xué)歷10人，具有本科學(xué)歷的教師人數(shù)最多(48人)，本科以下學(xué)歷教師3人。平均每所學(xué)校僅有兩名信息技術(shù)教師。在崗人工智能教師數(shù)量不足，而且教師可持續(xù)發(fā)展的動(dòng)力有待提升。

在職人工智能教師對(duì)本課程的認(rèn)可度不高，他們認(rèn)為人工智能課程在中小學(xué)并非主流學(xué)科，因而教學(xué)積極性不高，教學(xué)改革動(dòng)力不足，只追求完成教學(xué)任務(wù)，不考慮教學(xué)質(zhì)量，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)缺乏引導(dǎo)。

2.3 人工智能教育課程開發(fā)不完善

關(guān)于中小學(xué)人工智能課程的開發(fā)，無(wú)論是國(guó)家級(jí)課程、地方課程還是校本課程，都缺乏完善的課程體系，教學(xué)內(nèi)容過(guò)于碎片化，教育內(nèi)容難以確定，目標(biāo)難以明晰。另外，每個(gè)學(xué)段間的人工智能教育內(nèi)容聯(lián)系不夠緊密，這不利于學(xué)生計(jì)算思維的培養(yǎng)與技能學(xué)習(xí)，同時(shí)也使得教師難以把握學(xué)情，導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)效果之間有落差。因此，亟需制定統(tǒng)一的中小學(xué)人工智能教學(xué)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)，加快課程體系開發(fā)。

2.4 人工智能教育受重視程度較低

學(xué)生家長(zhǎng)對(duì)人工智能課程的不了解、不重視，直接導(dǎo)致學(xué)生對(duì)人工智能課程學(xué)習(xí)的消極和敷衍態(tài)度。我們?cè)谀持袑W(xué)外隨機(jī)采訪了多名家長(zhǎng)，其中60%的家長(zhǎng)根本沒聽說(shuō)過(guò)人工智能或者創(chuàng)客教育，也不知道人工智能課程具體包括哪些內(nèi)容；25%的家長(zhǎng)對(duì)人工智能有一定的了解，但不全面；僅有5%的家長(zhǎng)了解人工智能教育并十分支持學(xué)校大力開展相關(guān)課程；另有10%的家長(zhǎng)拒絕訪談。由于人工智能課程并不影響升學(xué)考試的結(jié)果，多數(shù)學(xué)生家長(zhǎng)認(rèn)為在中小學(xué)開設(shè)人工智能課程不是非常必要的。

3 中小學(xué)人工智能教育發(fā)展的建議

3.1 加大人工智能教育的資金投入

為了推進(jìn)中小學(xué)人工智能教學(xué)資源建設(shè)，政府應(yīng)加大對(duì)落后地區(qū)中小學(xué)人工智能教育的資金投入，為當(dāng)?shù)貙W(xué)校配備人工智能教學(xué)實(shí)驗(yàn)室等相關(guān)資源。對(duì)于不發(fā)達(dá)地區(qū)，國(guó)家應(yīng)支持不同學(xué)校的學(xué)生跨校學(xué)習(xí)，共同使用一個(gè)人工智能教學(xué)實(shí)驗(yàn)室，分批次進(jìn)行操作。隨著教育技術(shù)的發(fā)展，教師的教法和學(xué)生的學(xué)法也發(fā)生了變化。線上線下混合式教學(xué)使學(xué)生從傳統(tǒng)的課堂學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)向了不受時(shí)間和空間約束的學(xué)習(xí)，并且線上錄播課程可以讓學(xué)生反復(fù)觀看學(xué)習(xí)。國(guó)家鼓勵(lì)創(chuàng)建線上共享的自主學(xué)習(xí)平臺(tái)，將知識(shí)點(diǎn)通過(guò)媒體手段以通俗易懂的形式向?qū)W生呈現(xiàn)，為學(xué)生提供學(xué)習(xí)所需的豐富電子資源以及能與教師直接進(jìn)行交流的網(wǎng)上論壇，使偏遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生也能共享到與城市學(xué)生同樣的學(xué)習(xí)資源。

3.2 提升人工智能教師的教學(xué)水平

作為走在科技前沿的教師，要隨時(shí)關(guān)注人工智能領(lǐng)域的風(fēng)向標(biāo)，注重專業(yè)知識(shí)的拓展。學(xué)校應(yīng)鼓勵(lì)教師定期參加培訓(xùn)，更新教師知識(shí)體系，激發(fā)教師的主體能動(dòng)性。同時(shí)，學(xué)校要重視對(duì)人工智能教師心理素質(zhì)的培養(yǎng)，做好教師的意識(shí)形態(tài)工作。

重視高等學(xué)校人工智能師范專業(yè)的人才培養(yǎng)是十分必要的。對(duì)于設(shè)置人工智能專業(yè)的高等師范院校，政府應(yīng)加大支持力度，適當(dāng)增加高校師范專業(yè)的招生人數(shù)。高校要認(rèn)真落實(shí)國(guó)家制定的培養(yǎng)人工智能教師的標(biāo)準(zhǔn)，注重師范生培養(yǎng)。學(xué)生在校學(xué)習(xí)期間，要進(jìn)入中小學(xué)進(jìn)行教育見習(xí)、教育實(shí)習(xí)和教育研習(xí)，不斷提高自身的專業(yè)能力和教學(xué)水平。

中小學(xué)要嚴(yán)格把控教師的教學(xué)質(zhì)量，綜合評(píng)定教師教學(xué)效果。教師可結(jié)合學(xué)生特點(diǎn)，創(chuàng)設(shè)情境，營(yíng)造氛圍輕松、助于思考的課堂，將人工智能專業(yè)知識(shí)有效地傳授學(xué)生，有效地調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。同時(shí)，教師可以運(yùn)用以賽促學(xué)的方式，加深學(xué)生對(duì)創(chuàng)客及人工智能的認(rèn)識(shí)。

3.3 完善人工智能課程體系

中小學(xué)應(yīng)確立人工智能課程教學(xué)目標(biāo)，豐富教學(xué)內(nèi)容，組織人工智能課程的優(yōu)秀教師、高校知名學(xué)者以及企業(yè)專家共同參與人工智能課程的開發(fā)，開發(fā)出一套適合中小學(xué)生身心發(fā)展的人工智能課程體系。學(xué)校在開設(shè)人工智能課程之前要先做好定位，組織校內(nèi)外教師進(jìn)行校本教材開發(fā)，結(jié)合區(qū)域特色開辦校本課程。人工智能雖然是新興學(xué)科。但它并不是一門孤立的學(xué)科，教師在教學(xué)過(guò)程中要關(guān)注人工智能課程和其他學(xué)科之間的聯(lián)系，站在學(xué)生的角度去考慮，如何通過(guò)人工智能課程促進(jìn)學(xué)生的身心和智力發(fā)展，使人工智能課程變得更具科學(xué)性和知識(shí)性。

3.4 宣傳人工智能教育的重要性

人工智能正在影響社會(huì)的各行各業(yè)，是引領(lǐng)未來(lái)的先進(jìn)技術(shù)。中小學(xué)可以在家長(zhǎng)會(huì)上進(jìn)行人工智能課程內(nèi)容的科普工作，讓學(xué)生家長(zhǎng)充分認(rèn)識(shí)到開設(shè)人工智能課程的必要性。人工智能課程可以有效地加強(qiáng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。在人工智能課上，學(xué)生經(jīng)過(guò)小組合作與探討，能夠提升合作意識(shí)以及交往能力，激發(fā)邏輯性思維和創(chuàng)新性思維。

4 結(jié)語(yǔ)

中小學(xué)人工智能課程作為新興課程，存在教學(xué)資源分布不均衡、教學(xué)水平不高等諸多問(wèn)題，課程體系有待進(jìn)一步完善。在中小學(xué)普及人工智能教育任重而道遠(yuǎn)，只有立足教學(xué)一線，廣泛調(diào)研，認(rèn)真梳理，盡快出臺(tái)中小學(xué)人工智能課程標(biāo)準(zhǔn)，才能深入推進(jìn)人工智能教育政策的實(shí)施。