中小學人工智能教育的現實問題與發展路徑

魏星

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

【關鍵詞】中小學；人工智能教育；現實問題；發展路徑

【中圖分類號】G434? ?【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2024）02、03-063-03

2017年，國務院發布《新一代人工智能發展規劃》，提出要在中小學階段設置人工智能相關課程，并逐步開展全民人工智能教育。隨后，教育部接連發布《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》《教育信息化2.0行動計劃》《義務教育信息科技課程標準（2022年版）》等具體指導性文件，不斷引領中小學人工智能教育的科學發展。本研究通過問卷調研與現場訪談，力圖調研保定市中小學人工智能教育現狀，厘清人工智能教育過程中存在的現實問題，解決學校、家長及教師的一些困惑，提出科學的人工智能教育發展建議。

本次調查共發放35份，實際回收35份，有效問卷為35份，有效率100%。35所學校涵蓋了市直學校（小學2所、初中2所、高中3所）、市區學校（小學8所、初中6所，高中4所）、農村學校（小學6所、初中4所）。

調研的基本原則

1.全面性原則

中小學生對人工智能概念的認知水平和理解準確度存在群體與地區差異。為此，問卷在發放時針對市直學校、市區學校、農村學校分別精準投放，對于高中學校又針對省級示范性高中和普通高中進行區別，保證問卷參與學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，調研人員在教師開始網絡答卷前進行說明和講解，使參與教師明晰本次問卷調研的意義與認真、客觀回答問題的重要性，消除由于客觀校情導致的人工智能教育較為落后學校教師的主觀顧慮。同時，為了驗證調查對象填寫情況的真實性，調研人員隨機抽取幾所填寫數據較好的學校進行實地查看，核對各類填寫信息正確與否。

3.多元性原則

多元性原則體現在調查方法多元和調查維度多元。調查方法綜合采用了問卷、訪談、實地考察相結合的方法；調查維度從學校人工智能教育的教材、課程、師資、實驗環境、實施情況、未來展望等多個方面反映學科發展現狀。

存在的問題分析

1.人工智能課程開設情況不一

在調研的全部35所學校中，有10所學校只開設了教育部要求的信息技術課，沒有設置任何人工智能課程；有15所學校創建了學生編程興趣小組；有10所學校利用人工智能教學設備開設了人工智能課程。其中，保定師范附屬學校初中部在前期全校普及編程教育的基礎上，2020年開創性地使用了學院制培養方式，在新初一設置人工智能學院，學生在完成教育部規定的課標學習內容外，每周還會學習2節人工智能入門課程。

在開設人工智能課程（包括編程課）的學校，有13所是本校教師授課，有8所是依托人工智能教學設備（或編程網站）的配套網絡課程進行授課，有4所學校是在課后服務中引入校外相關課程。在人工智能教育的學生覆蓋方面，5所學校是全校學生全覆蓋，20所學校是通過課后服務學生選課方式進行。

值得注意的是，高中階段由于2017年信息技術新課程標準的出臺，“人工智能初步”被列入選擇性必修課程，其定位為：為學生個性化發展而設計的課程，學生可根據自身的發展需要進行選學。各中小學受學校辦學理念和人工智能硬件設備所限，人工智能課程開設情況呈現兩極化，市直屬高中學校由于統一配備了人工智能實驗室進而在市教育局統一要求下開設了人工智能課程，其他高中校無一開設人工智能課程。

2.人工智能教師的專業水平有待提升

在被調研教師中，小學組教師60%學歷為專科，初中組教師50%學歷為本科，研究生學歷僅為10%；從任課教師所學專業來看，前三名為計算機、教育技術學、物理學；從學校教師的參與度來看，普通學科教師的熱情較低，人工智能課程基本是信息技術或者科學教師所專屬；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《中小學人工智能技術與工程素養框架》，旨在為中小學人工智能課程建設提供參考、為編寫人工智能教材提供建議、為開展中小學人工智能素養評價提供支持。但是，中小學由于受教師專業能力所限，極少有自己開發的人工智能校本課程，所開設的人工智能課程全部依賴于相應的人工智能平臺與硬件設備公司提供，所使用的教材基本都是硬件設備的配套學習資料。教師對人工智能的科學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

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

在教師的待遇方面，由于任課教師不是主要學科教師或不是班主任和缺乏支教經歷，人工智能學科教師在績效認定和職稱評定方面分值遠低于其他學科教師。在專業化成長方面，教師相應的外出學習和培訓機會明顯不足，線下只是參加年度省市級學生信息素養評選各項目備戰培訓；線上也只是依靠個人意愿參加一些網絡直播學習，學習的系統性和專業性較差。

問題成因

1.缺乏強有力的激勵政策

雖然人工智能三年蟬聯高考報考熱度增幅最高專業，也成為各大高校積極上馬的新熱點學科。可是，對于中小學來說，人工智能課程屬于高度前瞻性創新課程，其發展很大程度上還需依靠政策推動，需要在各類教育督導評估、信息化發展文件中突出顯現。由于缺乏相關的激勵性政策，縣級教育主管部門對信息化投入的傾向性依然是傳統的班級信息化設備和學生信息科技教室計算機的更新換代。由于相應的人工智能實驗室設備缺少投入，學校相關教學陷入巧婦難為無米之炊的困境。

2.人工智能學科教師專業知識與技能不足

高等教育階段人工智能專業出現的時間比較晚。河北省高校人工智能專業2019年得到設置批復，2020年才開始招生，所以至今沒有人工智能專業畢業生。原有的信息技術、科學學科教師由于專業的局限性，無法適應人工智能教育需求。而且，由于人工智能課程的創新性和靈活性較強，教師原有的知識儲備無法應對人工智能技術的飛速發展、硬件設備的迭代和學生的創新思維，所以導致教師對人工智能教育產生焦慮甚至抵觸情緒。

3.人工智能專業教師培訓較少

人工智能如何賦能教育高質量發展正在被廣大教育技術學者競相研究和創新實踐，而教師的人工智能專業知識和人工智能教學技能培訓則嚴重不足。

以保定市高中信息技術教師的全員網絡課程學習為例，在學習內容選擇中，人工智能方面只有《基于計算思維能力培養的人工智能教學實踐》和《從專家系統到知識圖譜——人工智能發展歷史》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要求。

4.系統性、普適性課程稀缺，校際間互動較難

由于中小學人工智能教育出現的時間較晚，且目前沒有統一的普適性的課程或教材，使得大部分學校領導對于人工智能教育的科學認知還處于啟蒙階段。目前，各中小學人工智能課程的開設還處于各自為戰階段，其課程來源渠道有三種：依托硬件廠商所開發的課程、引入相關培訓機構的課程、自己創新的校本課程。課程的“五花八門”使得學校的優秀應用成果無法得到廣泛推廣。

5.相關中高考升學通道不銜接

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向標。自2020年起，高中學段高考自主招生考試轉變為“強基計劃”，選拔綜合素質優秀或者基礎學科拔尖的學生。各高校“強基計劃”的報名條件通常為兩類：第一類為高考成績優異的考生，第二類為榮獲全國青少年學科奧林匹克競賽（數學、物理、化學、生物學、信息學）全國決賽一、二等獎。“強基計劃”報名條件的改變使得原本的電腦作品制作、機器人、創客、人工智能等項目評選逐漸被高中學校所忽視，而僅聚焦于圍繞程序設計的信息學競賽。

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

中小學人工智能教育的發展策略

1.細化標準，做好區域性頂層設計

《中小學人工智能技術與工程素養框架》指出，人工智能素養應包括人工智能與人類、人工智能與社會、人工智能技術、人工智能系統設計與開發，并需要依據“理解人工智能技術原理、制定解決人工智能問題的方案并實現目標、溝通與協作”三個實踐原則衡量學生的人工智能技術與工程素養。各區域教育主管部門應該在充分研讀相關文件的基礎上結合區域人工智能軟硬件水平、師生信息素養能力細化素養框架，形成區域人工智能教學方案的頂層設計。

2.夯實基礎，培育多層次師資隊伍

由于各區域、各學校的人工智能教師的學歷、專業、研究興趣等背景因素導致人工智能教師的教學能力有顯著差異。為此，在師資隊伍建設方面要堅持普適性與專業性共進，一方面要通過大規模人工智能全員初級班培訓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，在培訓與交流的同時選拔專業基礎好、積極性高的教師進入人工智能高級班學習，逐步形成梯隊化、多層次的人工智能教學隊伍。

3.創新課程，開展多元化開發模式

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

4.創新示范，建立新時代教學理念

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模化應用50個試點區和528所試點學校。各級教育主管部門激勵性政策有力推動了學校校長的現代化教學理念的形成。保定師范附屬學校通過三年的“人工智能學院”培養，5個人工智能班級的學生在校內教師與校外導師的雙重指導下不僅在編程實踐、人工智能項目開發等方面有較好成績，而且在“停課不停學”、跨學科學習、小組合作學習中都有良好表現。

5.激發內能，創建多平臺交流機會

建立省（市、縣）級人工智能教育云平臺。該平臺內容應包含最新師生人工智能知識與技能書籍導讀、中小學人工智能教學案例匯集、區域級人工智能名師網絡工作室成果發布、人工智能設備展示、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域內人工智能優質課程資源和應用案例，為眾多處于迷茫期的中小學提供示范引領和專業借鑒。

總之，雖然中小學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，人工智能學科教師專業素養的不斷提升，信息科技學科特別是義務教育階段信息科技學科的全面推進，人工智能教育必然會一路生花、行穩致遠。

注：本文系保定市教育科學研究“十四五”規劃2022年度課題“保定市中小學人工智能教育現狀及發展策略研究”（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中心

編? ?輯：馮安華