国内中小学人工智能课程现状、问题及推进策略分析

☆刘尚琴

（渤海大学教育与体育学院，辽宁锦州121000）

一、引言

信息技术的发展使得人工智能成为各国普遍关注的问题，2017年美国政府发布了《规划未来,迎接人工智能时代》[1]，对美国人工智能的发展愿景进行了明确的规划，并针对当前情况提出了推动人工智能发展的具体对策。2017年7月20日，我国国务院发布文件《国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知》[2]，该“通知”把在中小学推行人工智能，普及人工智能知识作为推动我国人工智能发展的一项重要保障措施。然而，当前我国中小学人工智能课程开设情况如何？当前中小学人工智能课程实施中存在哪些问题？如何更好的推进我国人工智能课程的开展呢？这些问题是发展人工智能教育项目的基础，需要研究者进一步思考。为此，笔者就国内中小学人工智能类课程开展的情况进行了调查和分析，并对课程开展中存在的问题进行了探究。

二、人工智能课程的内涵

人工智能作为一个研究领域，它不仅是一门技术还是一门可以课程化的学科。人工智能课程可以界定为围绕人工智能的知识集合组织的学习内容和活动。因此，要明确人工智能课程的内涵需要进一步分析人工智能知识集合的特点。

虽然人工智能领域只有60余年的发展历史，但是人们也从不同的角度对其含义进行了探究。例如：美国学者Luckin.R认为，人工智能是一个跨领域的学科，主要涉及控制论、信息论、系统论、神经生理学、数学等学科领域的交叉性学科。张剑平在《人工智能技术与“问题解决”》中提出人工智能是计算机科学的一个分支，是计算机对人脑进行的思维活动形式的模仿，以此来解决需要人类专家才能处理的复杂问题——规划、咨询等，是智能科学领域涉及到研究、涉及与应用智能系统的分支。邹蕾提出人工智能是一门综合性的高技术学科，包含机器智能和智能机器两个领域，它是一门涉及心理学、认知科学等多学科的综合型技术学科。还有学者认为人工智能是指智能机器所执行的与人类智能有关的功能，这些智能功能又称机器智能（Machine Intelligence）。综合不同学者对人工智能的界定，可以看到人工智能的知识集合有以下几个特点：第一，知识集合的跨学科性，因此人工智能课程实际上涉及到多种学科的知识。第二，知识集合的技术主体性，虽然涉及多种学科，但人工智能课程与信息技术的联系最为密切[3]。

因此，中小学教学实践中的人工智能课程主要表现为基于信息技术课程围绕人工智能相关知识设计的学习内容和学习活动，同时也包括一些学科课程外的研究性学习活动。从形式上看，它主要表现为信息技术课程中的一些学习章节或校本课程的人工智能探索活动。

三、中小学人工智能课程现状分析

1.中小学人工智能课程内容体系设置

基于上述分析，中小学人工智能课程主要表现在信息技术课程中的相关内容。因此，分析人工智能课程的发展现状，就有必要从信息技术课程中有关人工智能部分的课程目标、课程内容两个方面进行分析。分析中小学阶段信息技术课程标准以及典型学校的一些人工智能项目实践，可以看到当前人工智能课程开设主要表现出以下态势。

首先，中小学人工智能课程的目标分析。人工智能是一门高技术综合性的学科，其外延包含了多个领域，基础教育阶段主要是解决一些基础性的问题。因此本课程旨在培养学生在相关领域的技术技能，尤其是在人工智能编程领域。义务教育课程标准明确提出小学阶段学会设计和制作简单的机器人，体验“采集信息——处理信息——控制动作”的基本过程；初中阶段明确指出设计和制作机器人，体验并初步学会通过程序设计解决问题的基本过程；在高中阶段，学生能熟练使用智能工具软件，体验软件的工作进程，体会课程价值。人工智能的课程目标在不同阶段有不同的表述方式，一般来说，有以下三个方面的要求。第一，掌握人工智能的概念及其工作方式，为进一步学习该课程的相关知识和技能奠定基础；第二，使学生了解和掌握智能机器人内部装置的作用，例如传感器和驱动装置。通过学习简单的编程培养科学的思维方式，提高逻辑思维能力和解决问题的能力；第三，在学生组装机器人的过程中训练学生的合作能力和实践能力。

其次是中小学人工智能课程内容分析。由于我国的人工智能课程发展起步较晚，在小学阶段仅设置了“简易机器人制作模块”而且是以选修课程的形式开展。小学部分的人工智能课程教学内容主要是以章节嵌套的形式进行串讲。小学教材部分主要以教材项目为依托，将程序设计内容分散讲解，少有教材将编程知识作为主体来讲。高中教学阶段，把人工智能技术相关的内容嵌入到信息技术必修板块中以章节的形式呈现，还正式的以选修课程的方式颁布了选修5《人工智能初步模块》，深入地介绍了人工智能部分。教材内容主要包涵了人工智能初探、知识表示及Prolog语言、专家系统、问题求解、人工智能的回顾与展望五个部分。教材内容的设置充分体现了新课程改革的理念，在让学生了解人工智能学科的总体思路的同时，还强调学生提高运用人工智能解决实际问题的思路[4]。

2.中小学人工智能课程教学方式

以中学阶段为例分析人工智能类课程教学方法的基本情况。首先，人工智能类课程教材教法主要建议以建构主义思想为指导，旨在提高学生实际操作能力。马超等人曾对中学人工智能课程教学中常采用的三种模式进行了介绍。在实际教学中，中小学人工智能课程分为理论教学和实践教学两部分。理论教学方面主要采取课堂教授的形式，实践教学环节则在机房完成；但由于当前课程资源以及各方面的局限，该课程主要以课堂讲授为中心，实践环节较为薄弱。

3.中小学人工智能课程的评价方法

教育部中小学信息技术课程标准中对信息技术课程的评价方式做出了明确的规定：要求综合运用各种综合性评价方式；要求将评价过程和教学相结合，动态把握，及时引导中小学生情感态度与价值观的形成。在应试教育的背景下，没有被纳入升学考试的学科在课程评价方面并未得到教师、学校和教研机构的重视。目前中小学的人工智能课程的评价方式以终结性考试为主。总的来说，由于人工智能课程并未被教研机构、学校和教师所重视，其课程评价大多流于形式，评价方式单一，并未的学生的学习过程进行有效的评价，这与基础教育课程改革中的传统评价形式是一致的。因此课程改革中兴起的一些评价理念和评价方法也可以有效的应用到人工智能的课堂教学中。第一，关于过程评价。教师在课堂教学过程中，需对班级同学设立健全的学生成长记录袋，做好形成性评价。第二，关于理论评价。关于课程的基础知识和原理知识，可以采取试卷或者问答的方式进行。第三，关于实践能力评价。需结合课程知识以提交作品的方式来进行评价。

四、存在问题原因分析

1.课程价值认识有待提高

在人工智能课程的开展过程中，教师对于该课程价值认识需要有所提高。在我国应试教育的大背景下，除语数外等应试课程受到学校管理者和教师的重视之外，其他的课程均处于教学的支配地位。而学校管理者和教师对于课程的态度问题直接影响该学校课程的财力投入、教师教学和学生学习的积极性。处于支配地位的课程在实际教学中常常会被应试学科的教师占课，学生上课睡觉的现象也时有发生。计算机专业的教师对于人工智能课程中枯燥的理论知识可以游刃有余的进行讲解，对于非计算机专业毕业的教师来说，人工智能课程教学的难度非常大。我国专门开设人工智能课程的师范院校寥寥无几，因此，这也造成中小学教师对于人工智能课程产生了畏难情绪以及不够重视的心态。

2.课程实施遭冷遇

以中学阶段为例分析中学人工智能课程模块的实施情况。首先，在中学阶段人工智能部分内容主要以选修部分和章节嵌入的形式开展教学，章节嵌入必修部分只占必修教材的4%-5%，所占比例极小。其次，选修模块的实施极度不平衡。通过文献查阅分析可知，学生选修的部分主要是多媒体技术应用和网络技术应用模块，其他模块遭到同学冷遇，人工智能部分更甚之，由于其本身开发难度大、学校硬件设施不足等原因基本被排除在选修课之外。如此一来，人工智能课程选修部分形同虚设。

3.专业化师资匮乏

课程的实施者是教师，所以师资情况直接决定该课程实施的结果。教师是课程的实施者和评价者，若课程教学没有对应专业的教师作为支撑力量，课程是难以开展的。在我国，相对应培养人工智能课程的师范院校很少，导致熟悉这一课程和能进行人工智能部分教学的教师很少。虽然国家针对现状也组织进行了一部分的师资培训，但因为经费的缺乏以及临时培训导致最终的效果并不佳。

4.教学资源供给不足

高中阶段的教材大多是沿袭大学教材，造成与高中生的学习认知习惯、教师教学水平和人工智能部分教学方式衔接不当。另外，教学教材和教学参考资料也不够丰富。由于我国人工智能起步较晚，该领域的网络资源不多，表现出专题特色不够、开发者单一等特点。

五、人工智能类课程推进的策略分析

1.“政府监管+学校引导+教师提升”——提高课程认识

笔者针对改变教育工作者对于实施人工智能课程的态度提出三点建议。首先地方政府部门应担当起相应的监管责任。除了加大对中小学人工智能课程方面的财力投入外，更需为中小学的人工智能课程开展发布相应的地方教育监管政策，对地方中小学人工智能课程的开展情况进行检查。

其次学校要组织教师开展领会和学习信息技术课程标准的研讨会，引导更多的教师重视人工智能课程，消除教师对于该课程的神秘感和实施该课程的畏惧感。只有在学校管理者重视人工智能课程的情况下，该课程的教学氛围才会有所改变，从而才能有效实施人工智能课程。再次，教师也应注重自身的专业发展，提高业务水平能力，将终身学习的理念贯彻到底。智能时代的飞速发展对于教师的自我学习，自我意识的提升提出了新的要求。

2.基于“创客思想”——创新课程教学

笔者基于“创客教育思想”解决人工智能课程实施过程遭到“冷遇”的难题。郑茜[5]提到，创客教育具有目标与情景的整合性、知识与资源的跨界性、设计与工具的专业性、学习过程回归自然性等特点。

创客教育所具有的四大特点对于解决人工智能课程遭到“冷遇”的难题提供了新思路：首先，人工智能课程本身具有的特点是跨学科性，而创客教育中学生所需建构的知识也不仅仅局限于一个学科。因此在进行人工智能课程教学时，可以利用“创客课题”的方式，考虑学生原有的知识储备和感兴趣的领域，使学生能够最大程度利用已有知识来解决问题[6]。其次，课程内容联系实际生活，激发学生学习课程的内在动机。教师改变传统的课程教授方法，对教材进行深度整合，让学生体验人工智能技术飞速发展带来的最新体验，让课程的每一次教学实践都能成为一次令人称奇的创客体验。同时，还要及时进行内容更新，创造性地开展课程教学。人工智能课程是一门与现实联系紧密的课程。这需要教师在实施教学时，及时进行课程内容的更新。针对学生的年龄特点、课程知识背景因材施教，最大程度地调动学生的积极性。

3“.院校培养”+“在职培训”+“分工合作”——解决师资匮乏

首先高等院校师范专业的发展必须紧跟时代的步伐，结合社会发展的需要加紧开设人工智能类师范专业。只有从源头解决师资问题，才能更好地解决基础教育中人工智能类师资紧缺的现状。其次，学校在开展教师培训时将人工智能类模块加入培训内容，组织教师进行经验交流，还可以组织该课程的讲课大赛，吸引教师参加赛事，讨论优秀教学案例，组织专家点评或者一线优秀教师点评，从而加强人工智能类课程师资队伍的建设，提高课程的教学质量。最后，由于人工智能课程具有跨学科性强这一显著特点，而人工智能课程专业毕业的教师是极其少的，因此需要教师间的分工合作。学校可以根据该课程教师所擅长的不同领域让教师选择不同的章节进行教学。

4“.重课程开发”+“建专题性网站”+“MOOC平台”——搭建资源平台

针对人工智能类课程资源匮乏的现状，笔者提出以下三点建议：首先，笔者认为应该重视一线优秀教师的课程开发能力，调动他们对该课程的教学积极性。只有一线教师最了解学生的学习情况，教师作为课程资源的利用者、课程内容的实施者，对于课程内容如何最大化地利用具有极大的发言权。其次，笔者认为还应该重视网络资源的构建，建设人工智能专题性的网站。在教师资源稀缺的情况下充分发挥网络资源共享的作用。这样不仅可以为广大人工智能教师提供有效的交流平台，还可以缩小地区之间的人工智能课程教育的差距。最后，笔者认为需要提高MOOC学习平台的利用率。国内关于人工智能课程的线上资源匮乏，可以寻求国外的资源，而MOOC等学习平台的利用，有助于解决人工智能课程资源匮乏的问题。

一方面，中小学人工智能课程的开展为我国人工智能技术的发展提供了推动力量；另一方面人工智能技术在社会层面的广泛应用也会极大地丰富学校人工智能课程的内涵。中小学人工智能课程的发展之路并不都是一路平坦，面临着各种各样的难题，需要我们积极面对。但是，笔者相信在国家、各级各类教育行政机构、学校的相互合作协调下，我国的人工智能课程会在不久的将来有着更好的发展。

[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]国务院.新一代人工智能发展规划[DB/OL].[2017-08-24].http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

[3]艾伦.中小学人工智能课程定位分析[J].中国现代教育装备,2017(20):1-5.

[4]王斐.人工智能在中学教育教学中的应用现状分析[J].中国医学教育技术,2013,27(04):397-400.

[5]郑茜.创客背景下中学信息技术教学的创新探索与实践[J].现代教育技术,2016,26(02):121-126.

[6]郑燕林,李卢一.技术支持的基于创造的学习——美国中小学创客教育的内涵、特征与实施路径[J].开放教育研究,2014(06):42-49.