義務(wù)教育階段學生人工智能知識學習情況調(diào)研報告

趙麗 于曉雅 郭君紅

國務(wù)院2017年頒布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出加強人工智能的普及教育和發(fā)展智能教育兩方面任務(wù)。2018年頒布的《關(guān)于全面深化新時代教師隊伍建設(shè)改革的意見》中提出：“教師要主動適應(yīng)信息化、人工智能等新技術(shù)變革，積極有效開展教育教學。”我國人工智能發(fā)展的戰(zhàn)略性決定了人工智能教育的重要性，如何落實此任務(wù)，需要在對現(xiàn)有基礎(chǔ)、經(jīng)驗和面臨的挑戰(zhàn)與困難進行調(diào)研了解的基礎(chǔ)上，提出發(fā)展的思路和對策，以便教育行政層面、區(qū)域?qū)用妗W校層面科學地規(guī)劃、設(shè)計和實施人工智能教育以及推進智能教育。

調(diào)研基本情況

為了了解北京市中小學生對于人工智能知識的掌握情況，以便為開展人工智能教育和相關(guān)應(yīng)用提出建議，我們于2019年10～11月組織了此調(diào)查。采用自編問卷《中小學生關(guān)于人工智能的調(diào)查問卷》，共計21道題，主要涉及學生對人工智能的了解情況、學習渠道、學習愿望等內(nèi)容。共發(fā)出問卷 1370份，回收問卷1370份，回收率100%;有效問卷1354份，有效率 98.83%;無效問卷16份;通過統(tǒng)計軟件SSPS進行了統(tǒng)計分析。

調(diào)研對象基本信息

性別上，男生683人，占50.4%，女生669人，占49.4%;年級上，4～6年級613人，占45.3%，七年級163人，占12%，八年級574人，占42.5%;區(qū)域上，城區(qū)學生763人，占56.35%，郊區(qū)學生588人，占43.43%，家里有從事IT（信息技術(shù)）工作的家人或親人的學生占31.7%。調(diào)查對象來自不同區(qū)域，具體情況如圖1所示。

調(diào)研結(jié)果分析

1.學生對人工智能的了解情況

學生對人工智能的了解程度，我們分五個等級，一點都不知道的很少，僅僅21人，占1.6%;聽過人工智能這個詞但不了解具體內(nèi)容的有167人，占12.3%;知道一些應(yīng)用案例和事件的占大多數(shù)，有625人，占46.2%;大概知道其基本原理的有278人，占20.5%;知道其實現(xiàn)方法的有256人，占18.9%。后兩者是有一定程度了解的，說明在目前階段還是有不少學生對人工智能是有所了解的。那么，學生都是通過什么渠道來了解的呢？調(diào)查顯示，排在第一位的渠道是新聞媒體，有943人，占69.6%;第二位的是科普讀物，有837人，占61.8%;第三位是娛樂活動，有766人，占56.6%。學校教學占比并不高，占41%。這說明，學生自主學習是目前的主要渠道，而學校教學目前還沒有成為主要渠道。

我們對學校是否開設(shè)了相關(guān)課程或興趣小組活動的情況也進行了詢問。結(jié)果顯示，開設(shè)過興趣小組或競賽類機器人課程的占38.8%，開設(shè)過人工智能選修課程的占21.7%，人工智能在學校是必修課程的僅僅占10.2%。這也印證了上述關(guān)于了解人工智能渠道的情況，說明學校在推進人工智能教育方面還不夠普遍，目前還只是少數(shù)。

參加比賽也是學生了解人工智能的一種途徑，符合學生喜歡活動、制作的心理特點。我們列出6種選項。調(diào)查表明，沒有參加過人工智能比賽的占58%;參加過的占41.7%。在參加過的學生中，參加的次數(shù)不同，參加一次的占24.2%，參加2次的占10.4%，還有少量的參加3～5次。參加人工智能比賽的具體情況如圖2所示。

編程也是人工智能學習的基礎(chǔ)。我們對學生學習編程的情況進行了解，結(jié)果顯示，沒有學習過編程的占22%，在學校課程中學習過編程的占49.3%，在校外機構(gòu)學習的占31.9%，在學校興趣小組中學習的占21.9%。

針對學生對實際知識的了解，其中問到生活中使用的各種電器是否有人工智能，82.9%的學生認為一部分有，還有12%的學生認為都有，4.7%的學生認為都沒有。在學生使用過的設(shè)備中，使用過智能家電的占61.9%，居第一位;其次是機器人，占45.5%，居第二位;再次是無人駕駛設(shè)備，占28.8%。

對人工智能功能的調(diào)查顯示，90.8%的學生認為語音助手是，78.4%的學生認為圖像識別是，75.2%的學生認為指紋識別是。可見部分學生對人工智能的功能還缺乏準確的了解，其實這些都是人工智能的功能。

對于人工智能危害的看法，66.4%的學生認為人工智能會對人類帶來巨大挑戰(zhàn)，26.9%的學生認為人工智能利大于弊，僅有5.8%的學生認為沒有威脅，能夠給人類帶來巨大好處。那么人工智能可以幫助人類從事哪些工作呢？調(diào)查結(jié)果顯示，學生認為第一位的是可以幫助人類從事重復(fù)性勞動，占82%;其次是在危險領(lǐng)域的工作，占77.5%;再次是陪護、陪伴領(lǐng)域，占61.2%，游戲和競技領(lǐng)域合計占61.8%。

2.學生人工智能學習的需求和愿望

關(guān)于是否愿意學習人工智能相關(guān)課程，調(diào)查結(jié)果顯示，57.7%的學生非常愿意，23.6%的學生愿意，合計為81.3%;而一般的占13.9%，不太愿意和不愿意的僅占4%。可見絕大多數(shù)學生愿意學習相關(guān)課程。

將來是否希望從事人工智能領(lǐng)域相關(guān)工作或科研，有33.9%的學生非常愿意，23.9%的學生愿意，說明有近一半的學生愿意從事相關(guān)工作。一般的占30.1%，不愿意和不太愿意的占11.3%。

學生希望從人工智能或機器人課程中學到什么？調(diào)查結(jié)果顯示，按占比排序，第一位是編程技能，第二位是計算機操作方法，第三位是解決學習中的問題，第四位是計算思維，第五位是解決生活中的問題，最后是算法知識，具體情況如表1。可見，學生學習大體上包括兩類目的，一類是學習相關(guān)的技能和思維方法，二是解決學習和生活中的問題，前者是能力上的目的，后者是實際應(yīng)用的目的。

那么，學生希望人工智能課程設(shè)計哪些內(nèi)容和活動呢？從內(nèi)容上看，依次為圖像識別（54.9%）、語音識別（53.8%）、算法設(shè)計（40.4%）。從活動上看，依次為體驗人工智能產(chǎn)品（70.2%）、搭建人工智能作品（61.2%）、參觀人工智能企業(yè)（50%）。相對而言，學生對活動的興趣更大一些。

前面談到學生學習的一類目的是實際應(yīng)用。那么學生希望運用到哪些具體場合？調(diào)查結(jié)果如圖3。看得出來，靠前的是生活中的使用，學習中的使用比較靠后。

學生對學校的希望，依次為有人工智能實驗室（73.9%）、有學習材料和軟件（67.2%）、有人工智能課程（64.1%）、有興趣小組（62.1%）、有承擔人工智能課程的教師（52.5%）。

3.學習人工智能課程意愿和將來從事人工智能工作或科研意愿相關(guān)分析

通過分析調(diào)查數(shù)據(jù)得出，義務(wù)教育階段學生學習人工智能課程意愿與將來從事人工智能工作或科研意愿具有非常顯著的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)為0.579，p=0.00<0.01。

4.各因素對學生課程學習意愿和工作意愿的影響

（1）性別對學生學習人工智能課程意愿和將來從事人工智能工作或科研意愿的獨立樣本T分析

分析調(diào)查數(shù)據(jù)得出，男生學習人工智能相關(guān)課程的意愿平均分為4.4290，女生為4.2583，男生高于女生，且差異非常顯著（t=3.404，p=.001）。在將來從事人工智能工作或科研意愿上，男生（3.9423）高于女生（3.5961），且二者差異非常顯著（t=5.730，p=.000<0.01），男生將來更愿意從事人工智能工作或科研。如表2、表3所示。

（2）有無從事IT（信息技術(shù)）工作的家人或親人對學生學習人工智能課程意愿和將來從事人工智能工作或科研意愿的獨立樣本T分析

在學習人工智能課程意愿上，有從事IT（信息技術(shù)）工作的家人或親人的學生平均分（4.4671）比沒有從事IT（信息技術(shù)）工作的家人或親人的學生平均分（4.2877）高0.17939，且二者之間差異顯著（t=3.542，p=0.000<0.01）。

在將來從事人工智能工作或科研意愿上，有從事IT（信息技術(shù)）工作的家人或親人的學生平均分（3.9085）比沒有從事IT（信息技術(shù)）工作的家人或親人的學生平均分（3.7068）高0.20167，且二者之間差異顯著（t=3.175， p=0.002<0.01）。

（3）學段與學生學習人工智能課程意愿和將來從事人工智能工作或科研意愿的方差分析

小學1～3年級、小學4～6年級、初中一年級（7年級）、初中二年級（8年級）四個學段學生學習人工智能課程意愿平均分分別為5.0000、4.4149、4.3148、4.2757，人工智能課程學習意愿隨年級升高而降低。各組之間的差異顯著（F=2.637，p=0.048）。事后兩兩比較，組與組之間差異不顯著。

在將來從事人工智能工作或科研意愿上，小學1～3年級、小學4～6年級、初中一年級（7年級）、初中二年級（8年級）四個學段的學生意愿平均分分別為4.5000、3.8430、3.7099、3.7086，也呈現(xiàn)出從事人工智能相關(guān)工作或科研意愿隨年級升高而降低的現(xiàn)象。方差分析發(fā)現(xiàn)，各組間差異不顯著（F=1.874，p=0.132）。

調(diào)查結(jié)論與建議

1.結(jié)論

少數(shù)學生對人工智能有較深入的了解，大多數(shù)學生只有比較粗略的了解，而且這種了解多是對應(yīng)用情景的了解，對生活中常見的人工智能的功能有所了解，但對人工智能缺乏準確的認識，存在一些不準確的認識。

目前學生對人工智能的了解渠道主要是通過新聞媒體、課外興趣小組等自主學習方式，通過學校課程或活動了解的比例還不高。

多數(shù)學生對學習人工智能有意愿，在目標和內(nèi)容上注重應(yīng)用，在學習方式上看重體驗與活動，在學習條件上提出了若干希望。

2.建議

在開展人工智能教育的途徑上，除了繼續(xù)鼓勵學生通過新聞媒體、課外閱讀等課外渠道自主學習外，要逐漸在學校開設(shè)人工智能課程，通過設(shè)置專門的課程進行普遍且較為系統(tǒng)的人工智能教育。

在設(shè)計人工智能課程的目標時，一方面強調(diào)計算思維、操作技能的培養(yǎng)，強調(diào)素養(yǎng)取向;另一方面要注重人工智能知識與技能在學習和生活中的運用，強調(diào)應(yīng)用取向，讓學生在實際應(yīng)用中感受人工智能的價值。

在人工智能課程內(nèi)容的設(shè)計上，一是要針對學生存在的一些不太科學準確的觀點進行糾偏，使前概念與科學概念進行比較從而修正;二是針對年齡特點，多安排直觀的內(nèi)容，如圖像識別、語音識別等內(nèi)容，同時介紹具體應(yīng)用場景背后的基礎(chǔ)理論。

在人工智能課程的教學方法上，建議以體驗和操作為主，引起具體的學習興趣，便于學生更好掌握，這也是學生的選擇。同時還可以組織各種機器人的競賽活動。當然，基本的知識學習也是不可缺少的。

在人工智能教育的條件上，政府要投入一定的經(jīng)費，通過政策給予引領(lǐng)，加強人工智能教育的條件建設(shè);學校則要重視人工智能實驗室的建設(shè)，重視軟件、資源等建設(shè)，為開展人工智能教育提供比較充足的保障。同時也要營造一種學習人工智能的環(huán)境。調(diào)研中顯示，家中有從事信息技術(shù)的家人和親人的，學生都會產(chǎn)生更大的學習愿望和工作愿望。但這不是學生可以選擇的，因此，學校創(chuàng)造了較好的學習環(huán)境，就可以替代這種特殊的家庭作用。

在人工智能課程的應(yīng)用上，要注意引導(dǎo)學生把人工智能的知識技術(shù)運用到生活場景和學習場景中，目前學生注意力側(cè)重生活場景，對學習場景的應(yīng)用還關(guān)注不夠，了解不多，這也需要學校的引導(dǎo)。

注：本文系北京市教育委員會社科計劃一般課題“中小學人工智能教育與智能教育應(yīng)用對策研究”（SM201850061002）的研究成果之一

作者單位：北京教育學院