國內中小學人工智能課程現狀、問題及推進策略分析

☆劉尚琴

（渤海大學教育與體育學院，遼寧錦州121000）

一、引言

信息技術的發展使得人工智能成為各國普遍關注的問題，2017年美國政府發布了《規劃未來,迎接人工智能時代》[1]，對美國人工智能的發展愿景進行了明確的規劃，并針對當前情況提出了推動人工智能發展的具體對策。2017年7月20日，我國國務院發布文件《國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知》[2]，該“通知”把在中小學推行人工智能，普及人工智能知識作為推動我國人工智能發展的一項重要保障措施。然而，當前我國中小學人工智能課程開設情況如何？當前中小學人工智能課程實施中存在哪些問題？如何更好的推進我國人工智能課程的開展呢？這些問題是發展人工智能教育項目的基礎，需要研究者進一步思考。為此，筆者就國內中小學人工智能類課程開展的情況進行了調查和分析，并對課程開展中存在的問題進行了探究。

二、人工智能課程的內涵

人工智能作為一個研究領域，它不僅是一門技術還是一門可以課程化的學科。人工智能課程可以界定為圍繞人工智能的知識集合組織的學習內容和活動。因此，要明確人工智能課程的內涵需要進一步分析人工智能知識集合的特點。

雖然人工智能領域只有60余年的發展歷史，但是人們也從不同的角度對其含義進行了探究。例如：美國學者Luckin.R認為，人工智能是一個跨領域的學科，主要涉及控制論、信息論、系統論、神經生理學、數學等學科領域的交叉性學科。張劍平在《人工智能技術與“問題解決”》中提出人工智能是計算機科學的一個分支，是計算機對人腦進行的思維活動形式的模仿，以此來解決需要人類專家才能處理的復雜問題——規劃、咨詢等，是智能科學領域涉及到研究、涉及與應用智能系統的分支。鄒蕾提出人工智能是一門綜合性的高技術學科，包含機器智能和智能機器兩個領域，它是一門涉及心理學、認知科學等多學科的綜合型技術學科。還有學者認為人工智能是指智能機器所執行的與人類智能有關的功能，這些智能功能又稱機器智能（Machine Intelligence）。綜合不同學者對人工智能的界定，可以看到人工智能的知識集合有以下幾個特點：第一，知識集合的跨學科性，因此人工智能課程實際上涉及到多種學科的知識。第二，知識集合的技術主體性，雖然涉及多種學科，但人工智能課程與信息技術的聯系最為密切[3]。

因此，中小學教學實踐中的人工智能課程主要表現為基于信息技術課程圍繞人工智能相關知識設計的學習內容和學習活動，同時也包括一些學科課程外的研究性學習活動。從形式上看，它主要表現為信息技術課程中的一些學習章節或校本課程的人工智能探索活動。

三、中小學人工智能課程現狀分析

1.中小學人工智能課程內容體系設置

基于上述分析，中小學人工智能課程主要表現在信息技術課程中的相關內容。因此，分析人工智能課程的發展現狀，就有必要從信息技術課程中有關人工智能部分的課程目標、課程內容兩個方面進行分析。分析中小學階段信息技術課程標準以及典型學校的一些人工智能項目實踐，可以看到當前人工智能課程開設主要表現出以下態勢。

首先，中小學人工智能課程的目標分析。人工智能是一門高技術綜合性的學科，其外延包含了多個領域，基礎教育階段主要是解決一些基礎性的問題。因此本課程旨在培養學生在相關領域的技術技能，尤其是在人工智能編程領域。義務教育課程標準明確提出小學階段學會設計和制作簡單的機器人，體驗“采集信息——處理信息——控制動作”的基本過程；初中階段明確指出設計和制作機器人，體驗并初步學會通過程序設計解決問題的基本過程；在高中階段，學生能熟練使用智能工具軟件，體驗軟件的工作進程，體會課程價值。人工智能的課程目標在不同階段有不同的表述方式，一般來說，有以下三個方面的要求。第一，掌握人工智能的概念及其工作方式，為進一步學習該課程的相關知識和技能奠定基礎；第二，使學生了解和掌握智能機器人內部裝置的作用，例如傳感器和驅動裝置。通過學習簡單的編程培養科學的思維方式，提高邏輯思維能力和解決問題的能力；第三，在學生組裝機器人的過程中訓練學生的合作能力和實踐能力。

其次是中小學人工智能課程內容分析。由于我國的人工智能課程發展起步較晚，在小學階段僅設置了“簡易機器人制作模塊”而且是以選修課程的形式開展。小學部分的人工智能課程教學內容主要是以章節嵌套的形式進行串講。小學教材部分主要以教材項目為依托，將程序設計內容分散講解，少有教材將編程知識作為主體來講。高中教學階段，把人工智能技術相關的內容嵌入到信息技術必修板塊中以章節的形式呈現，還正式的以選修課程的方式頒布了選修5《人工智能初步模塊》，深入地介紹了人工智能部分。教材內容主要包涵了人工智能初探、知識表示及Prolog語言、專家系統、問題求解、人工智能的回顧與展望五個部分。教材內容的設置充分體現了新課程改革的理念，在讓學生了解人工智能學科的總體思路的同時，還強調學生提高運用人工智能解決實際問題的思路[4]。

2.中小學人工智能課程教學方式

以中學階段為例分析人工智能類課程教學方法的基本情況。首先，人工智能類課程教材教法主要建議以建構主義思想為指導，旨在提高學生實際操作能力。馬超等人曾對中學人工智能課程教學中常采用的三種模式進行了介紹。在實際教學中，中小學人工智能課程分為理論教學和實踐教學兩部分。理論教學方面主要采取課堂教授的形式，實踐教學環節則在機房完成；但由于當前課程資源以及各方面的局限，該課程主要以課堂講授為中心，實踐環節較為薄弱。

3.中小學人工智能課程的評價方法

教育部中小學信息技術課程標準中對信息技術課程的評價方式做出了明確的規定：要求綜合運用各種綜合性評價方式；要求將評價過程和教學相結合，動態把握，及時引導中小學生情感態度與價值觀的形成。在應試教育的背景下，沒有被納入升學考試的學科在課程評價方面并未得到教師、學校和教研機構的重視。目前中小學的人工智能課程的評價方式以終結性考試為主?？偟膩碚f，由于人工智能課程并未被教研機構、學校和教師所重視，其課程評價大多流于形式，評價方式單一，并未的學生的學習過程進行有效的評價，這與基礎教育課程改革中的傳統評價形式是一致的。因此課程改革中興起的一些評價理念和評價方法也可以有效的應用到人工智能的課堂教學中。第一，關于過程評價。教師在課堂教學過程中，需對班級同學設立健全的學生成長記錄袋，做好形成性評價。第二，關于理論評價。關于課程的基礎知識和原理知識，可以采取試卷或者問答的方式進行。第三，關于實踐能力評價。需結合課程知識以提交作品的方式來進行評價。

四、存在問題原因分析

1.課程價值認識有待提高

在人工智能課程的開展過程中，教師對于該課程價值認識需要有所提高。在我國應試教育的大背景下，除語數外等應試課程受到學校管理者和教師的重視之外，其他的課程均處于教學的支配地位。而學校管理者和教師對于課程的態度問題直接影響該學校課程的財力投入、教師教學和學生學習的積極性。處于支配地位的課程在實際教學中常常會被應試學科的教師占課，學生上課睡覺的現象也時有發生。計算機專業的教師對于人工智能課程中枯燥的理論知識可以游刃有余的進行講解，對于非計算機專業畢業的教師來說，人工智能課程教學的難度非常大。我國專門開設人工智能課程的師范院校寥寥無幾，因此，這也造成中小學教師對于人工智能課程產生了畏難情緒以及不夠重視的心態。

2.課程實施遭冷遇

以中學階段為例分析中學人工智能課程模塊的實施情況。首先，在中學階段人工智能部分內容主要以選修部分和章節嵌入的形式開展教學，章節嵌入必修部分只占必修教材的4%-5%，所占比例極小。其次，選修模塊的實施極度不平衡。通過文獻查閱分析可知，學生選修的部分主要是多媒體技術應用和網絡技術應用模塊，其他模塊遭到同學冷遇，人工智能部分更甚之，由于其本身開發難度大、學校硬件設施不足等原因基本被排除在選修課之外。如此一來，人工智能課程選修部分形同虛設。

3.專業化師資匱乏

課程的實施者是教師，所以師資情況直接決定該課程實施的結果。教師是課程的實施者和評價者，若課程教學沒有對應專業的教師作為支撐力量，課程是難以開展的。在我國，相對應培養人工智能課程的師范院校很少，導致熟悉這一課程和能進行人工智能部分教學的教師很少。雖然國家針對現狀也組織進行了一部分的師資培訓，但因為經費的缺乏以及臨時培訓導致最終的效果并不佳。

4.教學資源供給不足

高中階段的教材大多是沿襲大學教材，造成與高中生的學習認知習慣、教師教學水平和人工智能部分教學方式銜接不當。另外，教學教材和教學參考資料也不夠豐富。由于我國人工智能起步較晚，該領域的網絡資源不多，表現出專題特色不夠、開發者單一等特點。

五、人工智能類課程推進的策略分析

1.“政府監管+學校引導+教師提升”——提高課程認識

筆者針對改變教育工作者對于實施人工智能課程的態度提出三點建議。首先地方政府部門應擔當起相應的監管責任。除了加大對中小學人工智能課程方面的財力投入外，更需為中小學的人工智能課程開展發布相應的地方教育監管政策，對地方中小學人工智能課程的開展情況進行檢查。

其次學校要組織教師開展領會和學習信息技術課程標準的研討會，引導更多的教師重視人工智能課程，消除教師對于該課程的神秘感和實施該課程的畏懼感。只有在學校管理者重視人工智能課程的情況下，該課程的教學氛圍才會有所改變，從而才能有效實施人工智能課程。再次，教師也應注重自身的專業發展，提高業務水平能力，將終身學習的理念貫徹到底。智能時代的飛速發展對于教師的自我學習，自我意識的提升提出了新的要求。

2.基于“創客思想”——創新課程教學

筆者基于“創客教育思想”解決人工智能課程實施過程遭到“冷遇”的難題。鄭茜[5]提到，創客教育具有目標與情景的整合性、知識與資源的跨界性、設計與工具的專業性、學習過程回歸自然性等特點。

創客教育所具有的四大特點對于解決人工智能課程遭到“冷遇”的難題提供了新思路：首先，人工智能課程本身具有的特點是跨學科性，而創客教育中學生所需建構的知識也不僅僅局限于一個學科。因此在進行人工智能課程教學時，可以利用“創客課題”的方式，考慮學生原有的知識儲備和感興趣的領域，使學生能夠最大程度利用已有知識來解決問題[6]。其次，課程內容聯系實際生活，激發學生學習課程的內在動機。教師改變傳統的課程教授方法，對教材進行深度整合，讓學生體驗人工智能技術飛速發展帶來的最新體驗，讓課程的每一次教學實踐都能成為一次令人稱奇的創客體驗。同時，還要及時進行內容更新，創造性地開展課程教學。人工智能課程是一門與現實聯系緊密的課程。這需要教師在實施教學時，及時進行課程內容的更新。針對學生的年齡特點、課程知識背景因材施教，最大程度地調動學生的積極性。

3“.院校培養”+“在職培訓”+“分工合作”——解決師資匱乏

首先高等院校師范專業的發展必須緊跟時代的步伐，結合社會發展的需要加緊開設人工智能類師范專業。只有從源頭解決師資問題，才能更好地解決基礎教育中人工智能類師資緊缺的現狀。其次，學校在開展教師培訓時將人工智能類模塊加入培訓內容，組織教師進行經驗交流，還可以組織該課程的講課大賽，吸引教師參加賽事，討論優秀教學案例，組織專家點評或者一線優秀教師點評，從而加強人工智能類課程師資隊伍的建設，提高課程的教學質量。最后，由于人工智能課程具有跨學科性強這一顯著特點，而人工智能課程專業畢業的教師是極其少的，因此需要教師間的分工合作。學?？梢愿鶕撜n程教師所擅長的不同領域讓教師選擇不同的章節進行教學。

4“.重課程開發”+“建專題性網站”+“MOOC平臺”——搭建資源平臺

針對人工智能類課程資源匱乏的現狀，筆者提出以下三點建議：首先，筆者認為應該重視一線優秀教師的課程開發能力，調動他們對該課程的教學積極性。只有一線教師最了解學生的學習情況，教師作為課程資源的利用者、課程內容的實施者，對于課程內容如何最大化地利用具有極大的發言權。其次，筆者認為還應該重視網絡資源的構建，建設人工智能專題性的網站。在教師資源稀缺的情況下充分發揮網絡資源共享的作用。這樣不僅可以為廣大人工智能教師提供有效的交流平臺，還可以縮小地區之間的人工智能課程教育的差距。最后，筆者認為需要提高MOOC學習平臺的利用率。國內關于人工智能課程的線上資源匱乏，可以尋求國外的資源，而MOOC等學習平臺的利用，有助于解決人工智能課程資源匱乏的問題。

一方面，中小學人工智能課程的開展為我國人工智能技術的發展提供了推動力量；另一方面人工智能技術在社會層面的廣泛應用也會極大地豐富學校人工智能課程的內涵。中小學人工智能課程的發展之路并不都是一路平坦，面臨著各種各樣的難題，需要我們積極面對。但是，筆者相信在國家、各級各類教育行政機構、學校的相互合作協調下，我國的人工智能課程會在不久的將來有著更好的發展。

[1]Preparing For The Future of Artificial Intelligence[DB/OL].[2016-12-20].https://www.whitehouse.gov/sites/default/files/whitehouse_files/microsites/ostp/NSTC/preparing_for_the_future_of_ai.pdf.

[2]國務院.新一代人工智能發展規劃[DB/OL].[2017-08-24].http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[3]艾倫.中小學人工智能課程定位分析[J].中國現代教育裝備,2017(20):1-5.

[4]王斐.人工智能在中學教育教學中的應用現狀分析[J].中國醫學教育技術,2013,27(04):397-400.

[5]鄭茜.創客背景下中學信息技術教學的創新探索與實踐[J].現代教育技術,2016,26(02):121-126.

[6]鄭燕林,李盧一.技術支持的基于創造的學習——美國中小學創客教育的內涵、特征與實施路徑[J].開放教育研究,2014(06):42-49.