中小學(xué)人工智能教育的現(xiàn)實問題與發(fā)展路徑

魏星

【摘 要】隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，中小學(xué)人工智能教育也在諸多中小學(xué)被廣泛探索與實踐。本研究以河北省保定市為例，通過問卷和訪談對中小學(xué)人工智能教育的教材、課程、師資、實驗環(huán)境、實施情況、未來展望等多個方面的現(xiàn)狀與問題進(jìn)行調(diào)查，以期為中小學(xué)推進(jìn)人工智能教育提供案例樣本與發(fā)展建議。

【關(guān)鍵詞】中小學(xué)；人工智能教育；現(xiàn)實問題；發(fā)展路徑

【中圖分類號】G434? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】B

【論文編號】1671-7384（2024）02、03-063-03

2017年，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出要在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，并逐步開展全民人工智能教育。隨后，教育部接連發(fā)布《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》《教育信息化2.0行動計劃》《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》等具體指導(dǎo)性文件，不斷引領(lǐng)中小學(xué)人工智能教育的科學(xué)發(fā)展。本研究通過問卷調(diào)研與現(xiàn)場訪談，力圖調(diào)研保定市中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀，厘清人工智能教育過程中存在的現(xiàn)實問題，解決學(xué)校、家長及教師的一些困惑，提出科學(xué)的人工智能教育發(fā)展建議。

本次調(diào)查共發(fā)放35份，實際回收35份，有效問卷為35份，有效率100%。35所學(xué)校涵蓋了市直學(xué)校（小學(xué)2所、初中2所、高中3所）、市區(qū)學(xué)校（小學(xué)8所、初中6所，高中4所）、農(nóng)村學(xué)校（小學(xué)6所、初中4所）。

調(diào)研的基本原則

1.全面性原則

中小學(xué)生對人工智能概念的認(rèn)知水平和理解準(zhǔn)確度存在群體與地區(qū)差異。為此，問卷在發(fā)放時針對市直學(xué)校、市區(qū)學(xué)校、農(nóng)村學(xué)校分別精準(zhǔn)投放，對于高中學(xué)校又針對省級示范性高中和普通高中進(jìn)行區(qū)別，保證問卷參與學(xué)校的全面性與代表性。

2.有效性原則

為了保證問卷的有效性，調(diào)研人員在教師開始網(wǎng)絡(luò)答卷前進(jìn)行說明和講解，使參與教師明晰本次問卷調(diào)研的意義與認(rèn)真、客觀回答問題的重要性，消除由于客觀校情導(dǎo)致的人工智能教育較為落后學(xué)校教師的主觀顧慮。同時，為了驗證調(diào)查對象填寫情況的真實性，調(diào)研人員隨機(jī)抽取幾所填寫數(shù)據(jù)較好的學(xué)校進(jìn)行實地查看，核對各類填寫信息正確與否。

3.多元性原則

多元性原則體現(xiàn)在調(diào)查方法多元和調(diào)查維度多元。調(diào)查方法綜合采用了問卷、訪談、實地考察相結(jié)合的方法；調(diào)查維度從學(xué)校人工智能教育的教材、課程、師資、實驗環(huán)境、實施情況、未來展望等多個方面反映學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀。

存在的問題分析

1.人工智能課程開設(shè)情況不一

在調(diào)研的全部35所學(xué)校中，有10所學(xué)校只開設(shè)了教育部要求的信息技術(shù)課，沒有設(shè)置任何人工智能課程；有15所學(xué)校創(chuàng)建了學(xué)生編程興趣小組；有10所學(xué)校利用人工智能教學(xué)設(shè)備開設(shè)了人工智能課程。其中，保定師范附屬學(xué)校初中部在前期全校普及編程教育的基礎(chǔ)上，2020年開創(chuàng)性地使用了學(xué)院制培養(yǎng)方式，在新初一設(shè)置人工智能學(xué)院，學(xué)生在完成教育部規(guī)定的課標(biāo)學(xué)習(xí)內(nèi)容外，每周還會學(xué)習(xí)2節(jié)人工智能入門課程。

在開設(shè)人工智能課程（包括編程課）的學(xué)校，有13所是本校教師授課，有8所是依托人工智能教學(xué)設(shè)備（或編程網(wǎng)站）的配套網(wǎng)絡(luò)課程進(jìn)行授課，有4所學(xué)校是在課后服務(wù)中引入校外相關(guān)課程。在人工智能教育的學(xué)生覆蓋方面，5所學(xué)校是全校學(xué)生全覆蓋，20所學(xué)校是通過課后服務(wù)學(xué)生選課方式進(jìn)行。

值得注意的是，高中階段由于2017年信息技術(shù)新課程標(biāo)準(zhǔn)的出臺，“人工智能初步”被列入選擇性必修課程，其定位為：為學(xué)生個性化發(fā)展而設(shè)計的課程，學(xué)生可根據(jù)自身的發(fā)展需要進(jìn)行選學(xué)。各中小學(xué)受學(xué)校辦學(xué)理念和人工智能硬件設(shè)備所限，人工智能課程開設(shè)情況呈現(xiàn)兩極化，市直屬高中學(xué)校由于統(tǒng)一配備了人工智能實驗室進(jìn)而在市教育局統(tǒng)一要求下開設(shè)了人工智能課程，其他高中校無一開設(shè)人工智能課程。

2.人工智能教師的專業(yè)水平有待提升

在被調(diào)研教師中，小學(xué)組教師60%學(xué)歷為專科，初中組教師50%學(xué)歷為本科，研究生學(xué)歷僅為10%；從任課教師所學(xué)專業(yè)來看，前三名為計算機(jī)、教育技術(shù)學(xué)、物理學(xué)；從學(xué)校教師的參與度來看，普通學(xué)科教師的熱情較低，人工智能課程基本是信息技術(shù)或者科學(xué)教師所專屬；從教師自己對于人工智能知識與能力評價來看，無人選擇精通，10人較為精通，剛接觸者25人。

3.人工智能課程體系不完備

2021年11月中央電化教育館的《中小學(xué)人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》，旨在為中小學(xué)人工智能課程建設(shè)提供參考、為編寫人工智能教材提供建議、為開展中小學(xué)人工智能素養(yǎng)評價提供支持。但是，中小學(xué)由于受教師專業(yè)能力所限，極少有自己開發(fā)的人工智能校本課程，所開設(shè)的人工智能課程全部依賴于相應(yīng)的人工智能平臺與硬件設(shè)備公司提供，所使用的教材基本都是硬件設(shè)備的配套學(xué)習(xí)資料。教師對人工智能的科學(xué)理解方面存在局限性，這也阻礙了校際間的互動與交流。

4.人工智能教育受重視程度較弱

調(diào)研顯示，被調(diào)查的35所學(xué)校中只有7所學(xué)校購置了人工智能硬件設(shè)備，有3所學(xué)校購買了編程體系化課程。市直屬中小學(xué)2022年9月份集體配置了科大訊飛的人工智能套件。其余學(xué)校人工智能設(shè)施設(shè)備的購置規(guī)模較少，高中學(xué)校全部屬于零起點。

在教師的待遇方面，由于任課教師不是主要學(xué)科教師或不是班主任和缺乏支教經(jīng)歷，人工智能學(xué)科教師在績效認(rèn)定和職稱評定方面分值遠(yuǎn)低于其他學(xué)科教師。在專業(yè)化成長方面，教師相應(yīng)的外出學(xué)習(xí)和培訓(xùn)機(jī)會明顯不足，線下只是參加年度省市級學(xué)生信息素養(yǎng)評選各項目備戰(zhàn)培訓(xùn)；線上也只是依靠個人意愿參加一些網(wǎng)絡(luò)直播學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的系統(tǒng)性和專業(yè)性較差。

問題成因

1.缺乏強(qiáng)有力的激勵政策

雖然人工智能三年蟬聯(lián)高考報考熱度增幅最高專業(yè)，也成為各大高校積極上馬的新熱點學(xué)科?？墒牵瑢τ谥行W(xué)來說，人工智能課程屬于高度前瞻性創(chuàng)新課程，其發(fā)展很大程度上還需依靠政策推動，需要在各類教育督導(dǎo)評估、信息化發(fā)展文件中突出顯現(xiàn)。由于缺乏相關(guān)的激勵性政策，縣級教育主管部門對信息化投入的傾向性依然是傳統(tǒng)的班級信息化設(shè)備和學(xué)生信息科技教室計算機(jī)的更新?lián)Q代。由于相應(yīng)的人工智能實驗室設(shè)備缺少投入，學(xué)校相關(guān)教學(xué)陷入巧婦難為無米之炊的困境。

2.人工智能學(xué)科教師專業(yè)知識與技能不足

高等教育階段人工智能專業(yè)出現(xiàn)的時間比較晚。河北省高校人工智能專業(yè)2019年得到設(shè)置批復(fù)，2020年才開始招生，所以至今沒有人工智能專業(yè)畢業(yè)生。原有的信息技術(shù)、科學(xué)學(xué)科教師由于專業(yè)的局限性，無法適應(yīng)人工智能教育需求。而且，由于人工智能課程的創(chuàng)新性和靈活性較強(qiáng)，教師原有的知識儲備無法應(yīng)對人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展、硬件設(shè)備的迭代和學(xué)生的創(chuàng)新思維，所以導(dǎo)致教師對人工智能教育產(chǎn)生焦慮甚至抵觸情緒。

3.人工智能專業(yè)教師培訓(xùn)較少

人工智能如何賦能教育高質(zhì)量發(fā)展正在被廣大教育技術(shù)學(xué)者競相研究和創(chuàng)新實踐，而教師的人工智能專業(yè)知識和人工智能教學(xué)技能培訓(xùn)則嚴(yán)重不足。

以保定市高中信息技術(shù)教師的全員網(wǎng)絡(luò)課程學(xué)習(xí)為例，在學(xué)習(xí)內(nèi)容選擇中，人工智能方面只有《基于計算思維能力培養(yǎng)的人工智能教學(xué)實踐》和《從專家系統(tǒng)到知識圖譜——人工智能發(fā)展歷史》兩門課程。前者重點講授了初中階段的圖形化編程，后者則是人工智能簡史介紹，無法滿足高中人工智能課程的教學(xué)要求。

4.系統(tǒng)性、普適性課程稀缺，校際間互動較難

由于中小學(xué)人工智能教育出現(xiàn)的時間較晚，且目前沒有統(tǒng)一的普適性的課程或教材，使得大部分學(xué)校領(lǐng)導(dǎo)對于人工智能教育的科學(xué)認(rèn)知還處于啟蒙階段。目前，各中小學(xué)人工智能課程的開設(shè)還處于各自為戰(zhàn)階段，其課程來源渠道有三種：依托硬件廠商所開發(fā)的課程、引入相關(guān)培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的課程、自己創(chuàng)新的校本課程。課程的“五花八門”使得學(xué)校的優(yōu)秀應(yīng)用成果無法得到廣泛推廣。

5.相關(guān)中高考升學(xué)通道不銜接

中高考的變化一直以來都是初中和高中教育改革的指揮棒和風(fēng)向標(biāo)。自2020年起，高中學(xué)段高考自主招生考試轉(zhuǎn)變?yōu)椤皬?qiáng)基計劃”，選拔綜合素質(zhì)優(yōu)秀或者基礎(chǔ)學(xué)科拔尖的學(xué)生。各高?！皬?qiáng)基計劃”的報名條件通常為兩類：第一類為高考成績優(yōu)異的考生，第二類為榮獲全國青少年學(xué)科奧林匹克競賽（數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物學(xué)、信息學(xué)）全國決賽一、二等獎?！皬?qiáng)基計劃”報名條件的改變使得原本的電腦作品制作、機(jī)器人、創(chuàng)客、人工智能等項目評選逐漸被高中學(xué)校所忽視，而僅聚焦于圍繞程序設(shè)計的信息學(xué)競賽。

近年來，北京、天津等地優(yōu)質(zhì)高中在招收特長生方面逐步添加了信息技術(shù)相關(guān)專業(yè)特長生。2020年6月5日《衡水日報》報道：主城區(qū)公辦高中在自主招生時招收音樂、體育、美術(shù)和信息技術(shù)特長生。保定市直到2023年僅有保定市第三中學(xué)和保定中學(xué)有科技特長生，由于缺乏特長生的高中升學(xué)通道政策，導(dǎo)致人工智能教育在小學(xué)熱火朝天，而在絕大部分初中則冷冷清清。

中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展策略

1.細(xì)化標(biāo)準(zhǔn)，做好區(qū)域性頂層設(shè)計

《中小學(xué)人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)框架》指出，人工智能素養(yǎng)應(yīng)包括人工智能與人類、人工智能與社會、人工智能技術(shù)、人工智能系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)，并需要依據(jù)“理解人工智能技術(shù)原理、制定解決人工智能問題的方案并實現(xiàn)目標(biāo)、溝通與協(xié)作”三個實踐原則衡量學(xué)生的人工智能技術(shù)與工程素養(yǎng)。各區(qū)域教育主管部門應(yīng)該在充分研讀相關(guān)文件的基礎(chǔ)上結(jié)合區(qū)域人工智能軟硬件水平、師生信息素養(yǎng)能力細(xì)化素養(yǎng)框架，形成區(qū)域人工智能教學(xué)方案的頂層設(shè)計。

2.夯實基礎(chǔ)，培育多層次師資隊伍

由于各區(qū)域、各學(xué)校的人工智能教師的學(xué)歷、專業(yè)、研究興趣等背景因素導(dǎo)致人工智能教師的教學(xué)能力有顯著差異。為此，在師資隊伍建設(shè)方面要堅持普適性與專業(yè)性共進(jìn)，一方面要通過大規(guī)模人工智能全員初級班培訓(xùn)使所有信息科技教師了解人工智能基本原理與實用技能；另一方面，在培訓(xùn)與交流的同時選拔專業(yè)基礎(chǔ)好、積極性高的教師進(jìn)入人工智能高級班學(xué)習(xí)，逐步形成梯隊化、多層次的人工智能教學(xué)隊伍。

3.創(chuàng)新課程，開展多元化開發(fā)模式

中小學(xué)人工智能教學(xué)有較強(qiáng)的學(xué)段區(qū)分特征，在設(shè)計課程時需要注重知識的螺旋式、遞進(jìn)式發(fā)展，如“小學(xué)重在感悟，激發(fā)探究熱情和積極性；初中重在體驗，思考如何利用人工智能解決問題；高中偏重于創(chuàng)造，注重創(chuàng)造力、想象力、整體思考，以及動手能力的提升”。在具體的課程設(shè)計與開發(fā)時可以有三種模式：（1）教育主管部分與專業(yè)廠商共同開發(fā)，如商湯科技與河北省教育廳結(jié)合河北省人工智能教育實際開發(fā)的系列化書籍《人工智能入門》就是一次很好的嘗試。（2）專業(yè)學(xué)術(shù)團(tuán)隊與人工智能公司協(xié)作開發(fā)，如北京師范大學(xué)與騰訊等項目團(tuán)隊依托教育部產(chǎn)學(xué)合作協(xié)同育人等項目，持續(xù)研發(fā)針對不同學(xué)段的系列中小學(xué)人工智能課程資源。（3）教育主管部門匯聚優(yōu)質(zhì)課程資源。教育部教育技術(shù)與資源發(fā)展中心（中央電化教育館）創(chuàng)建的“中小學(xué)人工智能教育服務(wù)平臺”匯聚了大量的專家報告、區(qū)域案例、課例分享和豐富的教學(xué)資源包，為廣大教師更新人工智能教育理念與提升教學(xué)技能提供全面支撐。

4.創(chuàng)新示范，建立新時代教學(xué)理念

截至目前，中央電化教育館通過兩次評選確定了人工智能課程規(guī)模化應(yīng)用50個試點區(qū)和528所試點學(xué)校。各級教育主管部門激勵性政策有力推動了學(xué)校校長的現(xiàn)代化教學(xué)理念的形成。保定師范附屬學(xué)校通過三年的“人工智能學(xué)院”培養(yǎng)，5個人工智能班級的學(xué)生在校內(nèi)教師與校外導(dǎo)師的雙重指導(dǎo)下不僅在編程實踐、人工智能項目開發(fā)等方面有較好成績，而且在“停課不停學(xué)”、跨學(xué)科學(xué)習(xí)、小組合作學(xué)習(xí)中都有良好表現(xiàn)。

5.激發(fā)內(nèi)能，創(chuàng)建多平臺交流機(jī)會

建立?。ㄊ?、縣）級人工智能教育云平臺。該平臺內(nèi)容應(yīng)包含最新師生人工智能知識與技能書籍導(dǎo)讀、中小學(xué)人工智能教學(xué)案例匯集、區(qū)域級人工智能名師網(wǎng)絡(luò)工作室成果發(fā)布、人工智能設(shè)備展示、師生人工智能作品展示以及人工智能教育新聞等。通過平臺不斷匯聚區(qū)域內(nèi)人工智能優(yōu)質(zhì)課程資源和應(yīng)用案例，為眾多處于迷茫期的中小學(xué)提供示范引領(lǐng)和專業(yè)借鑒。

總之，雖然中小學(xué)人工智能教育整體還處于起步階段，但是隨著人工智能裝備的不斷普及，人工智能學(xué)科教師專業(yè)素養(yǎng)的不斷提升，信息科技學(xué)科特別是義務(wù)教育階段信息科技學(xué)科的全面推進(jìn)，人工智能教育必然會一路生花、行穩(wěn)致遠(yuǎn)。

注：本文系保定市教育科學(xué)研究“十四五”規(guī)劃2022年度課題“保定市中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀及發(fā)展策略研究”（課題編號：2204115）研究成果

作者單位：河北保定市電化教育和裝備技術(shù)中心

編? ?輯：馮安華