义务教育阶段学生人工智能知识学习情况调研报告

赵丽 于晓雅 郭君红

国务院2017年颁布了《新一代人工智能发展规划》，提出加强人工智能的普及教育和发展智能教育两方面任务。2018年颁布的《关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》中提出：“教师要主动适应信息化、人工智能等新技术变革，积极有效开展教育教学。”我国人工智能发展的战略性决定了人工智能教育的重要性，如何落实此任务，需要在对现有基础、经验和面临的挑战与困难进行调研了解的基础上，提出发展的思路和对策，以便教育行政层面、区域层面、学校层面科学地规划、设计和实施人工智能教育以及推进智能教育。

调研基本情况

为了了解北京市中小学生对于人工智能知识的掌握情况，以便为开展人工智能教育和相关应用提出建议，我们于2019年10～11月组织了此调查。采用自编问卷《中小学生关于人工智能的调查问卷》，共计21道题，主要涉及学生对人工智能的了解情况、学习渠道、学习愿望等内容。共发出问卷 1370份，回收问卷1370份，回收率100%;有效问卷1354份，有效率 98.83%;无效问卷16份;通过统计软件SSPS进行了统计分析。

调研对象基本信息

性别上，男生683人，占50.4%，女生669人，占49.4%;年级上，4～6年级613人，占45.3%，七年级163人，占12%，八年级574人，占42.5%;区域上，城区学生763人，占56.35%，郊区学生588人，占43.43%，家里有从事IT（信息技术）工作的家人或亲人的学生占31.7%。调查对象来自不同区域，具体情况如图1所示。

调研结果分析

1.學生对人工智能的了解情况

学生对人工智能的了解程度，我们分五个等级，一点都不知道的很少，仅仅21人，占1.6%;听过人工智能这个词但不了解具体内容的有167人，占12.3%;知道一些应用案例和事件的占大多数，有625人，占46.2%;大概知道其基本原理的有278人，占20.5%;知道其实现方法的有256人，占18.9%。后两者是有一定程度了解的，说明在目前阶段还是有不少学生对人工智能是有所了解的。那么，学生都是通过什么渠道来了解的呢？调查显示，排在第一位的渠道是新闻媒体，有943人，占69.6%;第二位的是科普读物，有837人，占61.8%;第三位是娱乐活动，有766人，占56.6%。学校教学占比并不高，占41%。这说明，学生自主学习是目前的主要渠道，而学校教学目前还没有成为主要渠道。

我们对学校是否开设了相关课程或兴趣小组活动的情况也进行了询问。结果显示，开设过兴趣小组或竞赛类机器人课程的占38.8%，开设过人工智能选修课程的占21.7%，人工智能在学校是必修课程的仅仅占10.2%。这也印证了上述关于了解人工智能渠道的情况，说明学校在推进人工智能教育方面还不够普遍，目前还只是少数。

参加比赛也是学生了解人工智能的一种途径，符合学生喜欢活动、制作的心理特点。我们列出6种选项。调查表明，没有参加过人工智能比赛的占58%;参加过的占41.7%。在参加过的学生中，参加的次数不同，参加一次的占24.2%，参加2次的占10.4%，还有少量的参加3～5次。参加人工智能比赛的具体情况如图2所示。

编程也是人工智能学习的基础。我们对学生学习编程的情况进行了解，结果显示，没有学习过编程的占22%，在学校课程中学习过编程的占49.3%，在校外机构学习的占31.9%，在学校兴趣小组中学习的占21.9%。

针对学生对实际知识的了解，其中问到生活中使用的各种电器是否有人工智能，82.9%的学生认为一部分有，还有12%的学生认为都有，4.7%的学生认为都没有。在学生使用过的设备中，使用过智能家电的占61.9%，居第一位;其次是机器人，占45.5%，居第二位;再次是无人驾驶设备，占28.8%。

对人工智能功能的调查显示，90.8%的学生认为语音助手是，78.4%的学生认为图像识别是，75.2%的学生认为指纹识别是。可见部分学生对人工智能的功能还缺乏准确的了解，其实这些都是人工智能的功能。

对于人工智能危害的看法，66.4%的学生认为人工智能会对人类带来巨大挑战，26.9%的学生认为人工智能利大于弊，仅有5.8%的学生认为没有威胁，能够给人类带来巨大好处。那么人工智能可以帮助人类从事哪些工作呢？调查结果显示，学生认为第一位的是可以帮助人类从事重复性劳动，占82%;其次是在危险领域的工作，占77.5%;再次是陪护、陪伴领域，占61.2%，游戏和竞技领域合计占61.8%。

2.学生人工智能学习的需求和愿望

关于是否愿意学习人工智能相关课程，调查结果显示，57.7%的学生非常愿意，23.6%的学生愿意，合计为81.3%;而一般的占13.9%，不太愿意和不愿意的仅占4%。可见绝大多数学生愿意学习相关课程。

将来是否希望从事人工智能领域相关工作或科研，有33.9%的学生非常愿意，23.9%的学生愿意，说明有近一半的学生愿意从事相关工作。一般的占30.1%，不愿意和不太愿意的占11.3%。

学生希望从人工智能或机器人课程中学到什么？调查结果显示，按占比排序，第一位是编程技能，第二位是计算机操作方法，第三位是解决学习中的问题，第四位是计算思维，第五位是解决生活中的问题，最后是算法知识，具体情况如表1。可见，学生学习大体上包括两类目的，一类是学习相关的技能和思维方法，二是解决学习和生活中的问题，前者是能力上的目的，后者是实际应用的目的。

那么，学生希望人工智能课程设计哪些内容和活动呢？从内容上看，依次为图像识别（54.9%）、语音识别（53.8%）、算法设计（40.4%）。从活动上看，依次为体验人工智能产品（70.2%）、搭建人工智能作品（61.2%）、参观人工智能企业（50%）。相对而言，学生对活动的兴趣更大一些。

前面谈到学生学习的一类目的是实际应用。那么学生希望运用到哪些具体场合？调查结果如图3。看得出来，靠前的是生活中的使用，学习中的使用比较靠后。

学生对学校的希望，依次为有人工智能实验室（73.9%）、有学习材料和软件（67.2%）、有人工智能课程（64.1%）、有兴趣小组（62.1%）、有承担人工智能课程的教师（52.5%）。

3.学习人工智能课程意愿和将来从事人工智能工作或科研意愿相关分析

通过分析调查数据得出，义务教育阶段学生学习人工智能课程意愿与将来从事人工智能工作或科研意愿具有非常显著的相关性，相关系数为0.579，p=0.00<0.01。

4.各因素对学生课程学习意愿和工作意愿的影响

（1）性别对学生学习人工智能课程意愿和将来从事人工智能工作或科研意愿的独立样本T分析

分析调查数据得出，男生学习人工智能相关课程的意愿平均分为4.4290，女生为4.2583，男生高于女生，且差异非常显著（t=3.404，p=.001）。在将来从事人工智能工作或科研意愿上，男生（3.9423）高于女生（3.5961），且二者差异非常显著（t=5.730，p=.000<0.01），男生将来更愿意从事人工智能工作或科研。如表2、表3所示。

（2）有无从事IT（信息技术）工作的家人或亲人对学生学习人工智能课程意愿和将来从事人工智能工作或科研意愿的独立样本T分析

在学习人工智能课程意愿上，有从事IT（信息技术）工作的家人或亲人的学生平均分（4.4671）比没有从事IT（信息技术）工作的家人或亲人的学生平均分（4.2877）高0.17939，且二者之间差异显著（t=3.542，p=0.000<0.01）。

在将来从事人工智能工作或科研意愿上，有从事IT（信息技术）工作的家人或亲人的学生平均分（3.9085）比没有从事IT（信息技术）工作的家人或亲人的学生平均分（3.7068）高0.20167，且二者之间差异显著（t=3.175， p=0.002<0.01）。

（3）学段与学生学习人工智能课程意愿和将来从事人工智能工作或科研意愿的方差分析

小学1～3年级、小学4～6年级、初中一年级（7年级）、初中二年级（8年级）四个学段学生学习人工智能课程意愿平均分分别为5.0000、4.4149、4.3148、4.2757，人工智能課程学习意愿随年级升高而降低。各组之间的差异显著（F=2.637，p=0.048）。事后两两比较，组与组之间差异不显著。

在将来从事人工智能工作或科研意愿上，小学1～3年级、小学4～6年级、初中一年级（7年级）、初中二年级（8年级）四个学段的学生意愿平均分分别为4.5000、3.8430、3.7099、3.7086，也呈现出从事人工智能相关工作或科研意愿随年级升高而降低的现象。方差分析发现，各组间差异不显著（F=1.874，p=0.132）。

调查结论与建议

1.结论

少数学生对人工智能有较深入的了解，大多数学生只有比较粗略的了解，而且这种了解多是对应用情景的了解，对生活中常见的人工智能的功能有所了解，但对人工智能缺乏准确的认识，存在一些不准确的认识。

目前学生对人工智能的了解渠道主要是通过新闻媒体、课外兴趣小组等自主学习方式，通过学校课程或活动了解的比例还不高。

多数学生对学习人工智能有意愿，在目标和内容上注重应用，在学习方式上看重体验与活动，在学习条件上提出了若干希望。

2.建议

在开展人工智能教育的途径上，除了继续鼓励学生通过新闻媒体、课外阅读等课外渠道自主学习外，要逐渐在学校开设人工智能课程，通过设置专门的课程进行普遍且较为系统的人工智能教育。

在设计人工智能课程的目标时，一方面强调计算思维、操作技能的培养，强调素养取向;另一方面要注重人工智能知识与技能在学习和生活中的运用，强调应用取向，让学生在实际应用中感受人工智能的价值。

在人工智能课程内容的设计上，一是要针对学生存在的一些不太科学准确的观点进行纠偏，使前概念与科学概念进行比较从而修正;二是针对年龄特点，多安排直观的内容，如图像识别、语音识别等内容，同时介绍具体应用场景背后的基础理论。

在人工智能课程的教学方法上，建议以体验和操作为主，引起具体的学习兴趣，便于学生更好掌握，这也是学生的选择。同时还可以组织各种机器人的竞赛活动。当然，基本的知识学习也是不可缺少的。

在人工智能教育的条件上，政府要投入一定的经费，通过政策给予引领，加强人工智能教育的条件建设;学校则要重视人工智能实验室的建设，重视软件、资源等建设，为开展人工智能教育提供比较充足的保障。同时也要营造一种学习人工智能的环境。调研中显示，家中有从事信息技术的家人和亲人的，学生都会产生更大的学习愿望和工作愿望。但这不是学生可以选择的，因此，学校创造了较好的学习环境，就可以替代这种特殊的家庭作用。

在人工智能课程的应用上，要注意引导学生把人工智能的知识技术运用到生活场景和学习场景中，目前学生注意力侧重生活场景，对学习场景的应用还关注不够，了解不多，这也需要学校的引导。

注：本文系北京市教育委员会社科计划一般课题“中小学人工智能教育与智能教育应用对策研究”（SM201850061002）的研究成果之一

作者单位：北京教育学院