中小學開展人工智能教育的困境與建議

王賢燦

【摘 要】中小學開展人工智能教育的重要性和必要性不言而喻。本文分析了當前中小學人工智能教育面臨的主要問題，明確了中小學人工智能教育的學科定位，提出了中小學開展人工智能教育在教學組織、課程建設、師資隊伍培養、課時規劃、學習效果評估等幾個方面的建議，并提出了區域人工智能教育資源共建共享的建議。

【關鍵詞】中小學;人工智能;教育

近些年來，人工智能人才的培養是一個被廣泛熱議的話題。2018年，日本發布了《人工智能戰略草案》，全面推進培養日本中學生的數字素養和人工智能專業人才。2018年，英國上議院公布名為《AI in the UK： ready， willing and able？》的報告指出，對人工智能相關工作崗位的需求意味著人工智能培訓將成為“終生需求”。2019年，美國國家科學基金會發布了《人工智能研究院建設計劃》，“智能教育”是支持的重點。2020年，歐盟委員會發布了《人工智能白皮書》，全力“塑造歐洲數字未來”。

在我國，國務院在2017年印發的《新一代人工智能發展規劃》中指出，實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學軟件、游戲的開發和推廣。

國內中小學開展人工智能教育的歷史

2003年，我國教育部制訂的《普通高中技術課程標準（實驗）》中設置了“人工智能初步”選修模塊（表1）。2017年12月，新修訂的《普通高中信息技術課程標準》《普通高中通用技術課程標準》在課程中設置了人工智能相關知識（表2）。同年印發的《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》設計了人工智能相關主題活動。目前，小學科學、普通高中信息技術、普通高中通用技術和中小學綜合實踐活動等已將人工智能教育相關內容納入到課程內容之中。

之后，陸續有關于人工智能教育的書籍面世，很多學校開始開設人工智能課程，還有的學校成為“人工智能教育實驗基地學校”。

中小學開展人工智能教育面臨的難點

1.人工智能教育尚未成為獨立的課程

目前，在教育部頒發的各類課程文件中，尚未出現“人工智能課程”這樣的表述。關于人工智能教育的最新表述，出現在教育部對政協委員提案的回復中。“小學科學、初中科學、普通高中信息技術、普通高中通用技術和中小學綜合實踐活動等已將人工智能教育相關內容納入課程內容之中。”

2.人工智能教育教材少，義務教育階段教材內容尚沒有標準

2019年12月16日，教育部印發了《中小學教材管理辦法》《職業院校教材管理辦法》和《普通高等學校教材管理辦法》的通知。其中第一章第二條明確了“中小學教材是指根據國家課程方案編寫的、供義務教育學校和普通高中學校使用的教學用書，以及作為教材內容組成部分的教學材料（主要包括教材配套的音視頻、圖冊和活動手冊等）”。目前，國家對人工智能教育的課程標準只在《普通高中技術課程標準（實驗）》中有體現，在義務教育階段尚未明確相關的課程標準。所以，目前達到國家課程標準的人工智能教材只有在高中階段使用的《信息技術選擇性必修4——人工智能初步》。

3.人工智能教育涉及的學科多，而能勝任的教師少

目前，在中小學教授人工智能的教師，學科背景比較復雜，有數學教師、物理教師、信息技術教師、通用技術教師和綜合實踐教師。人工智能教育師資培訓還未成體系，人工智能的發展又非常迅速，現有中小學人工智能教師水平得不到持續提高。在教學方法上，人工智能教育屬于技術類教育，基本上采用的都是項目式學習方法。在學生學習過程中的項目設定、分組、評價等方面，很多教師還沒有達到完整駕馭人工智能教育課堂的目的。

4.缺少課時

絕大多數地區的中高考中都沒有將信息技術學科列入考試科目，這樣的考試要求下，信息技術學科在大家心目中的地位普遍不高。課時是中小學的稀缺資源。在課時資源有限的情況下，中小學校按時足量開齊信息技術課都尚要多方呼吁和爭取，人工智能課程進學校面臨的課時問題就更突出了。很多學校基本上都是采用社團課、四點半課程等進行人工智能課程的學習。加之人工智能教育涉及的內容多，所需要的基礎知識、基礎理論又特別繁雜，如何在非常有限的時間內將人工智能課程系統地呈現、教授給學生，成為大家共同面臨的問題。

5.學生水平相差很大，實施個性化教學壓力大

截至2020年12月，我國網民規模達9.89億，手機網民規模達9.86億，互聯網普及率達70.4%。其中，40歲以下網民超過50%，學生網民最多，占比為21.0%。但中小學生的信息技術水平相差很大。除了上文提到的因為學校對信息技術課程教學重視程度不同造成了信息技術水平差異外，家庭因素也是造成信息技術水平差異很重要的因素。有的家庭很重視學生前沿技術的學習，通過興趣班、培訓班等途徑對學生進行了人工智能方面的培訓，這類學生人工智能應用水平比一般同齡學生的水平高很多;有的家庭認為技術學習不重要，完全放棄。

學生水平參差不齊，給人工智能教學帶來了巨大的不便。如何分析人工智能學習水平、如何分層教學、如何進行有針對性地教學，成為人工智能教育中不得不思考的問題。

6.學生缺少成就感

人工智能教育與升學的關系不大，對升學的幫助也很有限，家長、學生對學習人工智能的熱情有限。在人工智能教育課程內容的選擇上，部分學校選擇了以編程為主的課程，學生因任務與自身的學習生活相關度不大，且需要不斷地調試，很難通過編程產生成就感;部分學校選擇了以創客為主的課程，學生面對一堆零件，很難得到物品創造產生的獲得感。很多學校因為場地、展示空間、評價方式等限制，學生的成果無法得到教師和同伴的點評，也很難獲得成就感。

做好人工智能教育的建議

1.明確人工智能教育的課程定位

參考《普通高中信息技術課程標準》，根據不同學段學生的特征，將中小學人工智能教育的課程分為必修、選擇性必修、選修三個類型，確定不同層次的課程目標和內容（表3）。

2.一校一策，系統思考，將人工智能教育融合到學校的教育教學中

在人工智能教育組織上，堅持校本化原則。根據學校實際擬定人工智能教育思路，做好學校人工智能教育的頂層設計。學校成立專門的人工智能教育推進小組，確定學校人工智能教育的目標，并根據目標將相應的措施進行分解，全面規劃設計統籌人工智能教育過程中面臨的課時、課程、場地、教師、經費等問題。

在人工智能教育內容編排上，堅持項目化原則。人工智能教育涉及的內容非常多，在進行課程選擇和設計時，必須堅持項目化。這樣既有利于學生根據自身情況進行選擇，又可以讓學生通過一個個項目的完成來不斷滿足求知欲。

在人工智能教育實施上，堅持綜合化原則。人工智能與人類生活聯系越來越緊密，它讓生活變得更加快速和符合人性。人工智能教育只有瞄準為人類生活提供更多便利這一目標，加強與其他學科結合才能更有生命力。例如，新冠肺炎疫情在全球大爆發時，人工智能技術在疫情預測、病毒基因測序、溫度感應、醫學影像、病人護理等方面大放異彩。我們在人工智能教育過程中，可以與語文學科合作，用人工智能的自然語言處理技術，開發出自動信件回復系統;可以與歷史學科合作，用歷史學科的研究方法來研究人工智能的歷史，推測人工智能的將來;可以與數學學科合作，應用數學學習中的概率統計知識，試圖模擬疫情預測;可以與生物學科相結合，試圖用圖像識別技術開發出病毒識別系統;可以與政治學科合作，用哲學的觀點來研究人工智能對人類的影響等等。

根據學校特色，堅持特色化的原則，精準施策，打造人工智能特色項目。例如，學校在空間設計、實驗室設置等方面有優勢，可以將相關的空間改建或新建為人工智能體驗空間;學校在編程教育上形成了一定的培養體系，在人工智能項目選擇上，可以多在人工智能編程上想辦法;學校在科技制作和科技發明上有突破，我們可以請師生們開拓人工智能的發明創造領域等。通過人工智能特色化的打造，積累經驗，以點帶面，形成良好的人工智能教育示范效應。

在人工智能教育的評價上，堅持創意物化原則。學校應盡可能提供學生展示、評價的機會和舞臺。例如，從學生對項目的分析開始，我們可以將學生的分析過程拍攝出來，用展板、多媒體展示平臺等媒介向全校展示;學生開發出來的應用或者游戲，學校可以推廣到全校，提供必要的設備設施供學生們挑戰;學生創造出來的各種機器人、各種系統，學校可以設置專門的作品墻來擺放，也可以將這些機器人和系統應用到日常的管理中，供師生品評等。

3.建設人工智能教育區域一體化合作機制

資源平臺一體化。算力、算法、數據是人工智能的三大基石。建立人工智能實驗平臺和計算平臺需要強大的人力、物力和財力，相關的賬號、數據等標準比較難統一，后期的平臺維護也是一個巨大的挑戰。因此，有必要以區域為單位打造區域共享、資源豐富的人工智能教育平臺。區域共享的人工智能平臺既能滿足區域內人工智能教育對算力的要求，也可以依托該平臺建立各類人工智能系統測試環境，還可以將它打造為人工智能教學平臺超市供各學校自主選擇。

體驗空間一體化。中小學場地有限，如果每所學校建設一間專門的人工智能體驗室，無疑會耗費巨大的人力和物力。人工智能技術發展快，更新迭代快，這給后期人工智能體驗室的更新和維護帶來了巨大的挑戰。一個區域可以統一建設一間示范性的人工智能體驗空間，面向全區域中小學開放。區域也可以統一和人工智能企業合作，將人工智能企業統一授牌為師生的體驗實訓基地。

師資培訓一體化。人工智能教育隨著人工智能技術的發展不停地更新與迭代，師資的培養和共用是非常有必要的。可以以區域為單位建一個人工智能教師共用池，全區域根據學校的需求和教師的實際情況進行教師培訓和教師調配，以形成良好的名師示范效應和教師資源共享。

評價方式一體化。按照現有中小學教育行政管理構架，義務教育階段的考評一般是由縣市來實施，高中階段的考評一般由省市來實施。因此，有必要建立區域統一的人工智能教育評價體系。依托統一的人工智能教育評價體系，更有利于區域人工智能人才選拔，便于更高學段的學校進行人工智能人才的分層培養。

教育要面向現代化，面向世界，面向未來。站在現在的歷史節點上，面對百年未有之大變局，為了培養適應未來發展的建設者和接班人，我們必須重視中小學人工智能教育，必須正視中小學人工智能教育中面臨的困境，發揮主觀能動性，積極探索實踐，讓教育擁抱人工智能。

參考文獻

劉俊波，樂進軍. 中小學人工智能課程建設初探[J]. 基礎教育課程，2020（1）.

關于政協十三屆全國委員會第三次會議第3330號（教育類331號）提案答復的函（教科技提案〔2020〕427號） [EB/OL]. http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/xxgk_jyta/jyta_kjs/202012/t20201215_505691.html.