人工智能基礎(chǔ)教育的困境、反思與策略建議

秦建軍 郭艷玫 郭君紅 戴韻

【摘 要】雖然 ChatGPT 等通用人工智能技術(shù)的發(fā)展引起了廣泛的社會關(guān)注，但人工智能基礎(chǔ)教育卻面臨著諸多困境。本文簡要總結(jié)近年來人工智能基礎(chǔ)教育探索中形成的共識和分歧，理性反思當(dāng)前所面臨的困境和挑戰(zhàn)，最后從親身經(jīng)歷的實踐者角度提出若干策略建議，為未來的人工智能基礎(chǔ)教育提供指導(dǎo)。

【關(guān)鍵詞】人工智能；基礎(chǔ)教育；困境；反思；策略

【中圖分類號】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A

【論文編號】1671-7384（2023）06-005-03

2016-2017年期間，人工智能圍棋程序AlphaGo 先后戰(zhàn)勝了圍棋冠軍李世石和柯潔，引起了公眾對人工智能技術(shù)的廣泛關(guān)注。全球主要國家和地區(qū)紛紛出臺了支持和發(fā)展人工智能技術(shù)的計劃，如美國政府于2016年發(fā)布了《國家人工智能研發(fā)戰(zhàn)略計劃》，英國政府于同年發(fā)布了《人工智能：未來決策制定的機(jī)遇與影響》等。2017年，我國國務(wù)院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，首次將在中小學(xué)開設(shè)人工智能課程的相關(guān)要求寫入國家政府文件。自此規(guī)劃出臺以來，各地區(qū)開展了形式多樣、深入廣泛的中小學(xué)人工智能基礎(chǔ)教育實驗，探索出適應(yīng)不同地區(qū)和學(xué)校特點的教育模式，為長期開展人工智能普及教育打下了堅實的基礎(chǔ)。

經(jīng)過六年多的發(fā)展，2022年底，生成式人工智能ChatGPT再次將前沿人工智能技術(shù)帶入大眾視野，并引發(fā)了更廣泛地討論。站在這一新技術(shù)變革的分水嶺上，我們需要對人工智能基礎(chǔ)教育進(jìn)行反思和調(diào)整。

人工智能基礎(chǔ)教育的現(xiàn)狀與困境

在AlphaGo帶動的人工智能熱以及相關(guān)政策文件的推動下，中小學(xué)人工智能教育從2016年開始受到極大關(guān)注，人工智能已成為中小學(xué)信息科技（信息技術(shù)）課程的重要內(nèi)容。然而，隨著人們對人工智能科技熱點的關(guān)注回歸常態(tài)，以及各地科技教育經(jīng)費投入的不可持續(xù)性等現(xiàn)實問題，對人工智能教育的關(guān)注度正在下降。

經(jīng)過廣泛研討、多地試點以及學(xué)校與廣大一線教師的積極響應(yīng)，讓當(dāng)下的中小學(xué)生了解一些AI的知識和原理已經(jīng)成為各方共識。然而，各地用于開展人工智能教育的學(xué)時差異較大。例如，北京市東城區(qū)的黑芝麻胡同小學(xué)、北京一師附小等學(xué)校從2018年開始試點人工智能教育，東城區(qū)從當(dāng)初的6所人工智能實驗校逐漸擴(kuò)大到多數(shù)學(xué)校的信息科技教師都參與到人工智能教學(xué)中。但是，在很多地區(qū)，教師開設(shè)人工智能課程仍然存在較大困難，數(shù)字鴻溝差距進(jìn)一步拉大的趨勢令人擔(dān)憂。

六年多來，全國各地中小學(xué)開展了形式多樣的人工智能教育探索與實踐活動。山東省、河南省、福建省等地教育主管部門還通過文件形式遴選了若干批人工智能實驗?；蛉斯ぶ悄芙逃囼瀰^(qū)。然而，各地做法千差萬別，面向具體年齡段學(xué)生的人工智能知識結(jié)構(gòu)、教學(xué)方法策略以及評價方法等并未形成真正的共識。因此，人工智能基礎(chǔ)教育整體仍處于從“0”到“1”的探索階段。一些好的經(jīng)驗做法未能得到系統(tǒng)整理和有效推廣，同時也存在著課程資源重復(fù)建設(shè)、教師培養(yǎng)持續(xù)投入不足等問題。

新出版的一大批中小學(xué)人工智能教材及教學(xué)用書，成為廣大教師的重要參考，也讓很多科技教師開展人工智能教育有了切實可行的抓手，為中小學(xué)人工智能普及教育提供了有力支撐。然而，這些圖書的體例風(fēng)格千差萬別，包括根據(jù)中小學(xué)生認(rèn)知特點新編寫的人工智能教材、將人工智能前沿知識通識精簡化的科普讀物、偏向編程工具使用的活動類圖書、將大學(xué)人工智能教材簡單刪減移植到中小學(xué)使用的圖書，以及一些不屬于人工智能范疇的內(nèi)容卻被冠以人工智能名字出版的圖書等等。此外，適應(yīng)青少年認(rèn)知水平的人工智能知識與能力培養(yǎng)階梯體系尚未形成。加之重視環(huán)境設(shè)備而輕視內(nèi)容建設(shè)的慣性思維傾向，缺乏對人工智能課堂教學(xué)效果的完整科學(xué)評價機(jī)制，也給信息科技教師在資料和教學(xué)內(nèi)容的選擇方面帶來了很大困擾。

人工智能給生活帶來便利的同時，仍然存在隱私泄露、算法偏見等問題。因此，讓廣大青少年學(xué)習(xí)和了解一些人工智能知識已經(jīng)成為必要的事情，特別是要培養(yǎng)他們肩負(fù)數(shù)字社會的倫理道德責(zé)任，這應(yīng)該成為基礎(chǔ)教育階段的重要使命。但是，僅靠單純的說教并不足以解決人工智能等技術(shù)倫理和風(fēng)險防范的問題，必須要讓他們對技術(shù)背后的工作原理和實現(xiàn)機(jī)制有起碼的認(rèn)知和了解。例如，在2022年3月，某短視頻應(yīng)用軟件在未征得監(jiān)護(hù)人知曉的情況下收集了未成年人的賬戶、面部和聲音特征等信息。讓當(dāng)下的青少年具備基本的人工智能技術(shù)鑒別能力和隱私保護(hù)意識已刻不容緩。

人工智能基礎(chǔ)教育的反思

1.熱點引領(lǐng)下的科技教育理性回歸

過去十多年間，中小學(xué)科技教育的關(guān)注和投入與科技熱點的興起呈現(xiàn)出顯著正相關(guān)關(guān)系，如機(jī)器人、開源、3D打印、VR/AR、人工智能、數(shù)字化等都曾在科技教育領(lǐng)域掀起不小的波瀾。但是，在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域，最近引起廣泛關(guān)注和討論的ChatGPT遠(yuǎn)未超過上一次的人工智能熱。這是信息科技教育乃至中小學(xué)科技教育回歸理性、良性發(fā)展的重要標(biāo)志。我們需要認(rèn)識到，在中小學(xué)階段，人工智能的內(nèi)容是否具有生命力主要取決于學(xué)生掌握這些原理知識的必要性以及課堂教學(xué)的實效，而不應(yīng)該過分依賴科技熱點來推動科技教育的發(fā)展。

2.課程內(nèi)容的優(yōu)化和去偽存真

在人工智能基礎(chǔ)教育的探索初期，很多科技教師第一次接觸人工智能相關(guān)內(nèi)容，因其充滿了神秘感，在教學(xué)時感覺無從下手。由于人工智能熱，一些本來屬于編程、機(jī)器人、開源硬件甚至手工搭建等內(nèi)容被打包到了人工智能課程中，這降低了人工智能教學(xué)門檻，但也導(dǎo)致課程內(nèi)容變得雜亂無章，學(xué)生難以深入學(xué)習(xí)掌握。

隨著人工智能教育關(guān)注度的下降，這些內(nèi)容又重新被獨立出來或被繼續(xù)打包到其他課程中，形成了一種循環(huán)往復(fù)的情況。因此，在新技術(shù)的十字路口，我們需要重新審視之前的探索和嘗試工作，形成相對獨立的人工智能基礎(chǔ)教育知識體系，特別是近年來很多教師設(shè)計開發(fā)了一大批符合區(qū)域條件和青少年認(rèn)知特點的原創(chuàng)人工智能課程，這些優(yōu)秀課程應(yīng)該予以重視，我們應(yīng)該將在各類教學(xué)展示中廣受好評的課程擇優(yōu)納入信息科技教材中。

3.摒棄科技教育的裝備競賽思維

科技教育中的裝備競賽思維，通常是指將關(guān)注重心放在設(shè)備和硬件環(huán)境條件上，而忽略了解決問題本身的重要性。這種思維方式根深蒂固，導(dǎo)致地區(qū)和學(xué)校之間的投入差異明顯，科技教師也因此存在心理落差，認(rèn)為缺少高昂的教學(xué)設(shè)備和環(huán)境條件就不能進(jìn)行有效的人工智能教學(xué)。然而，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，訓(xùn)練ChatGPT等任務(wù)所需的算力成本大大增加，而在基礎(chǔ)教育階段，這種裝備上的比拼已經(jīng)失去了意義。事實上，我們應(yīng)該注重培養(yǎng)教師的教學(xué)能力和設(shè)計課程的能力，這樣的投入長期回報更加明顯。因此，我們需要摒棄這種裝備競賽思維，重新審視人工智能教育的核心問題。

4.缺乏課堂實效評價的參照系

針對中小學(xué)人工智能教育的實效性評價問題，我們需要建立一套全面的測評參照系，以評估學(xué)生對人工智能知識的掌握程度和運用能力，同時評估教師在教學(xué)實踐中的表現(xiàn)和教育成效。這樣的測評參照系需要包括多個方面的指標(biāo)，如學(xué)生知識掌握程度、創(chuàng)新能力、實踐能力、跨學(xué)科能力等，同時也需要考慮課程的可持續(xù)性和教師的持續(xù)發(fā)展。完善的測評體系，可以有效地引導(dǎo)人工智能教育實現(xiàn)規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化和可持續(xù)發(fā)展，提升學(xué)生和教師的教育質(zhì)量，推動人工智能教育邁向更高水平。

未來人工智能基礎(chǔ)教育的策略建議

1.探索制定人工智能課堂教學(xué)測評量表

經(jīng)過多年的實踐和探索，人工智能教育已經(jīng)有了一些積累和經(jīng)驗，但在評價方面尚缺乏可操作性和權(quán)威性。因此，我們建議探索和制定人工智能課堂教學(xué)測評量表，通過實事求是地調(diào)研、教學(xué)實況分析和客觀科學(xué)評價，制定適用于不同地區(qū)、不同學(xué)?；A(chǔ)以及不同學(xué)段的測評量表。這可以幫助本地區(qū)教研部門和學(xué)校對人工智能教學(xué)質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)評價，同時也便于其他地區(qū)進(jìn)行系統(tǒng)性的借鑒，促進(jìn)人工智能基礎(chǔ)教育的可持續(xù)發(fā)展。

2.建立健全人工智能教師交流和結(jié)對機(jī)制

針對部分地區(qū)教研能力不足、信息科技課程師資隊伍尚不能自主開設(shè)人工智能課程的現(xiàn)狀，我們建議由相關(guān)部門協(xié)調(diào)與經(jīng)驗做法較好地區(qū)建立科技教師的交流和結(jié)對機(jī)制。雙方通過隨堂學(xué)習(xí)、遠(yuǎn)程觀摩、虛擬教研等方式助力教師教學(xué)能力水平提升。對一些師資缺乏地區(qū)，還可嘗試雙師課堂、寒暑期人工智能工作營等形式共享優(yōu)質(zhì)人工智能教育資源。

今年，各地教師培訓(xùn)和經(jīng)驗交流活動日趨頻繁，我們建議教育教研部門應(yīng)該將人工智能教學(xué)內(nèi)容和教法的交流作為一項重要內(nèi)容，通過不同地區(qū)間的人工智能課程觀摩和切磋，幫助更多地區(qū)實現(xiàn)中小學(xué)人工智能課程的從無到有。

我們建議在建立科技教師交流和結(jié)對機(jī)制的過程中，重視教師專業(yè)發(fā)展和知識更新，例如組織人工智能教育領(lǐng)域的研修班、在線課程、講座等，讓教師學(xué)習(xí)新的教學(xué)方法、技術(shù)和知識，提高他們的專業(yè)素養(yǎng)和能力。同時，各地區(qū)應(yīng)鼓勵和支持教師開展創(chuàng)新性的教學(xué)實踐和教學(xué)研究，為人工智能教育的改進(jìn)和發(fā)展提供更多的實證研究和經(jīng)驗借鑒。此外，我們還可以探索建立以教育教研部門為核心的人工智能教師社區(qū)，為教師提供持續(xù)的交流、分享和合作機(jī)會。

3.鼓勵按照大單元設(shè)計人工智能課程

針對人工智能教學(xué)內(nèi)容的分散性和動態(tài)更新特點，我們鼓勵科技教師按照大單元的方式設(shè)計人工智能課程內(nèi)容。這種設(shè)計方法可以更好地組織和規(guī)劃課程內(nèi)容，并在內(nèi)容設(shè)計與教學(xué)組織方面提供更多抓手。例如，在北京市東城區(qū)小學(xué)人工智能課程中，他們開設(shè)了“知識表示與推理”單元，涵蓋了生活中的二進(jìn)制、LED表示二進(jìn)制、早期表情符、尼姆游戲、數(shù)據(jù)與知識、二進(jìn)制與圖形表示、數(shù)碼照片中的像素、人工生命、LED表示知識、語義網(wǎng)等內(nèi)容，這樣的設(shè)計不僅遵循從孩子視角看人工智能的認(rèn)知規(guī)律，突出了計算思維的主線，還體現(xiàn)了相關(guān)知識的趣味性和實用性。因此，我們推薦教師們采用類似的設(shè)計方法，在課程的組織和教學(xué)中更好地貫徹人工智能的本質(zhì)。

4.推廣不插電人工智能課程與活動

為了讓人工智能基礎(chǔ)教育具有普適性，我們需要正視各學(xué)校教學(xué)環(huán)境和設(shè)備條件的差異，避免在課程設(shè)置上過度依賴軟硬件門檻。因此，我們建議在課堂教學(xué)活動中推廣不插電的人工智能課程。北京市東城區(qū)在人工智能教育探索中發(fā)現(xiàn)，面對學(xué)生人數(shù)增加以及功能教室壓縮的現(xiàn)實，多數(shù)小學(xué)人工智能課程都設(shè)計了插電和不插電兩種體系，通過紙面活動或少量電腦演示即可完成教學(xué)。如像素畫、尼姆游戲、折紙算法、你畫我猜等不插電人工智能活動都深受孩子們歡迎。這種方法可以大大減輕學(xué)校設(shè)備投入壓力，同時也提高了課程教學(xué)的實際可行性。

5.建設(shè)全國人工智能教學(xué)課例庫

人工智能的相關(guān)內(nèi)容具有更新速度快、術(shù)語眾多、知識跨度大等特點，各地開展相關(guān)科技教育存在不平衡、不充分等問題。為了改進(jìn)教學(xué)質(zhì)量，我們建議由各地教育主管部門和教研部門牽頭，定期從本地區(qū)的人工智能課程中選取優(yōu)秀課例，鼓勵跨學(xué)校之間分享大單元教學(xué)設(shè)計課程，遵守課標(biāo)和相關(guān)文件規(guī)定，科學(xué)劃分學(xué)段和前置課程。同時，我們建議國家智慧教育平臺統(tǒng)一發(fā)布優(yōu)秀課程課例，根據(jù)師生反饋情況動態(tài)調(diào)整更新，形成全國范圍的人工智能基礎(chǔ)教學(xué)課例庫。這將促進(jìn)人工智能教育的全面發(fā)展，提高學(xué)生的信息素養(yǎng)和創(chuàng)新能力。

總之，隨著人工智能技術(shù)的不斷發(fā)展，人工智能基礎(chǔ)教育的內(nèi)容和方法也需要不斷更新和改進(jìn)。各地應(yīng)該不斷探索新的教學(xué)模式、教學(xué)資源和教學(xué)評價方法，進(jìn)一步促進(jìn)人工智能基礎(chǔ)教育的發(fā)展。我們相信，在全社會的共同努力下，我國的人工智能基礎(chǔ)教育一定會取得更加顯著的成效，為我國未來的科技創(chuàng)新和發(fā)展奠定堅實的基礎(chǔ)。