中小学人工智能教育现状调查及对策研究

王顺晔 王宁 刘大勇 冯越

摘要：近年来，随着智能技术的飞速发展，世界各国纷纷开始部署战略规划，试图抢占人工智能领域研究和时间的高地，中小学的人工智能教育重要性尤为凸显。本文从开展人工智能教育的重大意义着手，分析国內外人工智能教育开展现状，通过问卷调研廊坊市中小学人工智能教育现状及存在的问题，最后就提出了适用于本市的可行性建议。

关键词：人工智能教育;现状调查;对策研究

中图分类号：G420 文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2019）33-0129-03

1人工智能教育的意义

人工智能作为连接未来的教育，面向大众进行普及，特别是在青少年中开展，将在很大程度上带来逻辑思维能力的提升和思维方式的改变，为学生的全面成长，更好适应将来社会打下牢固的基础。

2017年8月，国务院正式发布《新一代人工智能发展规划》，并提出“在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育”。基于廊坊市的地域优势、经济发展态势、“大智移云”战略、京津冀协同和雄安新区的大环境，提升廊坊青少年人工智能实力，储备人工智能人才，教育改革势在必行、志在必得。

2国内外人工智能教育开展现状

人工智能是计算机科学的一个分支，以编程课程改革为起点的人工智能教育已然兴起，世界各国都通过不同的方式开展相关教育普及。

在2013年，美国前总统奥巴马提出“面向所有人的计算机科学”，并向全国中小学生开展编程一小时活动。在韩国，2014年在72所学校试点编程教育作为必修课，2017年扩大到130所，2018年全面进入韩国中小学必修课。2014年为“英国编程年”，英国将编程教育纳入STEAM体系，在中小学全面实施。2017年起，新加坡在中小学考试中加入编程课目。日本也将在2020年开始实行编程教学。

2018年教育部发布的《普通高中课程方案和信息技术学科课程标准（2017版）》中，涵盖人工智能、物联网、大数据处理、算法、开源硬件项目设计等，新课标只是开始，部分省市正在跟进，将信息技术学科纳入高考范围。随着人工智能时代的来临，编程语言已成为人们除母语、外语之后的第三语言，青少年编程教育已成为教育培训行业在文化课培训、艺术培训之外，发展最为迅猛的新兴学科热点。

3中小学人工智能教育现状及存在的问题

3.1廊坊市中小学人工智能教育现状

为了解廊坊市中小学人工智能教育的现状，课题组经过充分论证分别制定了教师和家长两份调查问卷，线上线下两种方式共收回有效问卷296份，其中教师问卷54份，家长问卷241份，线上问卷教师家长分布广泛，线下问卷多以市区内教师和家长为主。教师调查问卷涉及学校的基本情况、教师所了解到信息技术课程的基本情况及其本人对开展人工智能教育的观点。家长调查问卷涉及所了解到的信息技术课程的基本情况、家长的基本情况及其对开展人工智能教育的态度。

首先分析分析教师答卷，小学一般只有60台以下的计算机机房配置，1-3名信息技术教师，而初中和高中因有信息技术的毕业考试所以无论是计算机台数配备还是信息技术师资方面都较好，但仍有72%是兼职教师，31%是专职教师，24%是其他，或兼而有之，专职教师中又有近1/4不是计算机相关专业毕业。无论是小学还是初高中，学校暂时未开设太多人工智能相关知识课程，个别小学聘请校外培训机构老师，讲授图像化编程和机器人课程。学校老师们对人工智能教育接触的较少，88%的老师支持校内开设人工智能类课程，在内容上编程教育和机器人教育平分秋色，机器人方面乐高品牌有更高的渗透，高年级老师更倾向于讲授PYthon程序语言，这也是人工智能时代的主流语言。就授课教师，59%的老师认为希望能培养自己的信息技术教师参与到教学中，可以聘请校外机构教师和高校计算机专业老师和优秀学生兼职参与中小学生培养，有必要邀请企业或高校老师到校给学生做人工智能相关讲座。

再分析家长们的答卷，53%的家长对人工智能了解一点，31%是一点不了解。并且家长们对学校开设的信息技术类课程的满意度欠缺，满意占15%，一般占56%，不满意占29%。另外仅4%的学生参加校外人工智能类的学习，多以机器人课程为主，个别孩子参加在线编程课程的学习。家长们支持学校开设人工智能类课程，从编程教育开始逐渐渗透到机器人课程，就任课教师方面家长和老师们的有出入，如图1所示。家长希望除校内信息技术老师外可聘请高校计算机专业老师和优秀学生完成，老师们则是除校内信息技术老师，更寄希望于校外培训机构。

3.2存在的主要问题

（1）教育大环境欠缺，各教育单位重视程度不够

从调查问卷反映出学校老师对人工智能教育理解不够深入，自然鲜少对学生们讲起，家长们对人工智能教育不重视，对孩子学习信息技术类课程关注度不够，仍然是语数英或高考科目导向。再者家长的重视程度也与其从事的职业和学历层次直接相关。

信息学奥赛也可管中窥豹，表1是2018年到2019年的信息学奥林匹克竞赛国家集训队50人名单省市分布。2018年华北地区仅有4人人选，2019年仅有2人人选，都不及浙江学军中学的人选人数（5人），浙江省入围人数较多，进步最大，這也与浙江省广泛开展的青少年人工智能科普活动密不可分。河北省信息学奥赛省队的学校分布情况，如表2所示，主要集中在石家庄二中和衡水中学，其他中学鲜有机会。廊坊市暂无信息学竞赛的考点，报名参赛人数有限。信息学奥赛的各类种子选手都通过降分或自主招生被名校人工智能类专业录取，进入像清华大学“姚班”“智班”，重点人才重点培养。信息学奥赛反映出信息技术课程教育存在严重的不均衡现象。各教育部门对编程教育重视程度欠缺，信息人才挖掘不深人，对人工智能技术宣传力度欠缺，没有形成浓厚的学习氛围。

（2）教学师资欠缺

通过调查问卷和学生到中小学实习反馈可知，大多数小学没有专职的信息技术老师，由科学老师或负责学校网络老师兼任。初高中一般有4-6名信息技术教师，完成授课及会考任务，但其中近1/4是非计算机类专业毕业。在中小学，语数英等主科教师较受重视，定期参加培训的较多，而信息技术老师鲜少有机会参与培训、出差学习等。这也是教育部门对中小学信息技术教师重视程度欠缺的体现。

（3）教学内容陈旧、教学资源单一、教学环境不能满足教学需求

市区内学校和乡镇学校差距较大，部分乡镇小学不开设科学或信息技术类课程，没有计算机机房，甚至市区内的小学机房计算机容量也不能满足一个自然班正常上课，要两人共同完成上机作业。教学内容也都是传统的计算机操作、画画，完成作业后可以打游戏，先进的人工智能类课程没有渗透到学生课堂中。校外培训机构参与校内编程课程中，进校园选拔真正感兴趣的学生在校外参与培训，并参加相关竞赛。

4中小学人工智能教育对策及建议

针对以上的调查研究及总结分析出存在的问题，吸取发达地区的先进经验，寻找适合于我市的对策分析，主要从以下几方面开展：

（1）教育主管部门统筹规划和政策落实

人工智能教育的顺利实施，离不开教育、科技等部门的通力合作，企业和高校的支持也尤为重要。2019年4月商汤科技与河北省教育厅签署战略合作协议，双方拟在“人工智能+教育”领域展开合作，旨在共同推进河北省“智慧教育示范区”建设，助力河北省教育现代化发展。各级教育主管部门制定具体的实施方案和细节，具体到哪些城市的哪些中学以何种方式展开具体的合作，通过政府购买服务，搭建学习资源平台，最终普惠所有青少年。可以借鉴全国首个地市级人工智能教育基地落成的晋中市，商汤在该市16所优质高中开展人工智能教育，这项举措同样会带动小学和初中开展相匹配的课程，形成从编程教育、机器人教育到人工智能教育的系统化教育环境。

（2）师资培训常态化

人工智能时代信息技术发展迅速，熟练操作计算机已无法胜任课堂教学，老师向学生讲授的不仅是操作步骤，更重要的是引导学生思考，培养学生的创新精神，计算思维和逻辑思维的培养也要贯穿信息技术教学全过程，教师的启蒙作用不容忽视，老师思想落后如何能培养出具有先进思想的学生。中小学信息技术老师别到人工智能先进企业和高校进行定期参观学习，只有亲身感悟到人工智能先进的技术，才能最终在课堂上传递先进的科学思想。并且廊坊市“大智移云”的发展战略，应用先进人工智能技术的企业逐渐增加，为参观学习提供了机会。

（3）制定系统化、专业化的教学体系和教学内容，改革教学方法

人工智能的教学也不是一蹴而就的，不仅要考虑学生的认知水平、教师的知识广度，还要考虑实验、实践环境。人工智能思想和计算思维能力要尽早培养，不同的学段有不同的侧重点，以编程教育作为切人点，小学阶段学习Scratch语言，初中和高中可以学习人工智能时代的主流语言Python，有意参加信息学奥林匹克竞赛的可以学习C++语言。借鉴优秀地市中小学校、培训机构和智能企业的资源和经验设计教学体系和教学内容，同时也要变革教学方法，充分考虑学科的特点，针对不同教学知识点游戏教学法、项目式教学法和协同合作教学法实现无缝切换，并在整个教学过程中，贯穿创新创造能力培养和计算思维逻辑思维能力的培养。

（4）借助科普活动普惠所有中小学师生

科普活动是向青少年普及人工智能的重要载体，国务院在《关于新一代人工能智能发展规划》中提到“支持开展人工智能竞赛，鼓励进行形式多样的人工智能科普创作，鼓励科学家参与人工智能科普”。要发挥各级科协组织、高校科技工作者之家、科普志愿者、优秀科普大学生，组建人工智能科普专家团队，搭建中小学人工智能科普教育线上平台，提供在线学习资源，并开展创意编程和创客教学，参观虚拟科技馆等活动。线下联系人工智能高新企业和高校实验室定期到中小学校开展科普活动，展示优秀的人工智能科普作品和创意产品，让孩子们从小埋下科技和创新的种子，树立远大理想，努力学习科学知识。

（5）融合企业力量

随着京津冀的不断发展，很多高新企业落户廊坊，挖掘企业中人工智能应用场景，以学生参观等方式让学生们真正走人生产生活一线，了解人工智能新技术给生产生活带来的改革创新，以激发学生们的学习兴趣和创新思考。另外，在各学校默默探索时，企业和各培训机构已悄然布局，如商汤国际、乐高机器人、编程猫等，无论是生产型企业还是教育类机构，在实践中不断完善成熟，对人工智能教育有独到见解，充分发挥其在技术和教学方法上的先进性，通过政府购买服务的方式，校企合作，弥补中小学校在教学资源及师资方面的不足，为学生们创造开放的学习环境。

（6）增加与地方高校的交流合作

高校有服务的责任和义务，校内也开设有人工智能类相关专业及课程，尤其是师范院校，充分挖掘师范底色，为中小学人工智能教育服务。高校在师资、设备环境、知识储备、企业资源等方面有天然的优势，老师和学生都可以在教学体系和教学内容、师资培训、科普宣传、企业合作、教学实践等方面提供指导和帮助。具体形式可以是中小学生校外参观人工智能实验室，并在高校计算机房开展大范围的编程教育实践，中小学信息技术类教师定期培训，计算机类高校教师和优秀大学生走进中小学校园开展人工智能科普讲座并担任课外创新指导教师与校内老师一起指导中小学生参加各类科技及创新类竞赛。高校还可以邀请企业开展线上和线下、虚拟和现实相结合的一站式参观和实践服务，使不同学段的中小学学生对人工智能的发展和应用有更深入的认知。

5结束语

总之，人工智能教育在我国还属于探索阶段，中小学生信息素养的培养是一个长期的过程，虽然一些地区一些学校已经先行一步，取得了丰硕的成果，但总体教育程度、教育范围仍然欠缺。人工智能相关课程的开设，编程教育的全面普及，仍需要各级各部门联动，为实现青少年计算思维、逻辑思维的素质教育和创新能力培养添磚加瓦。