中小学人工智能课程实施现状与对策

申丽君

【摘要】人工智能课程具有交叉学科知识和重视实践操作两大特点。本文分析了中小学人工智能课程现状，对人工智能课程存在的问题进行了分析，并根据发现的问题，提出了课程、师资、设备、教育资源四个方面的应对策略。

【关键词】教育;人工智能;人工智能课程

信息化时代，人工智能已经被应用到各个领域，如家居、零售、交通、医疗、教育、安防等，但是当前人工智能技术在各个领域的应用仅仅是弱人工智能阶段，还需要更多的AI人才投身于人工智能的研发中，才能实现人工智能更多领域的应用和更多功能的突破。当今，人工智能已成为国际竞争的新焦点，为了抢抓人工智能发展的重大战略机遇，2017年国务院制定了《新一代人工智能发展规划》。因此，中小学开设人工智能课程是适应智能化时代的需要，是人工智能发展的重要保障[1]。

人工智能作为一门新兴学科，在教育领域掀起了一阵阵浪潮，并以星星燎原之势向中小学迅速蔓延。各地中小学积极开展人工智能创客教育，探索人工智能的教学方法与模式。但是，目前中小学人工智能课程的实施仍然存在着种种困难。

一、人工智能课程

美国麻省理工学院的温斯顿教授认为：“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”清华大学林尧瑞教授等人认为：“人工智能是研究如何制造出人造的智能机器或智能系统，来模拟人类智能活动的能力，以延伸人类智能的科学。”

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。本文所谈及的人工智能教育没有局限于编程软件的学习使用，涉及机器人、模式识别、自然语言处理和各种开源硬件等内容和工具，区别于传统信息技术Python、Scratch等编程软件的教育[2]。

二、人工智能课程特点

（一）交叉学科知识

学习人工智能课程，学生不仅需要掌握计算机编程方面的知识，还需要具备物理、数学等学科的知识。多学科知识融会贯通，共同为人工智能课程提供知识支撑，才能保证人工智能课程的顺利开展。人工智能课程涉及知识点多、理论性强、内容抽象，对学生的数学基础和逻辑思维能力要求较高，并且人工智能涉及的学科知识较多，有物理、数学、计算机科学等，所以人工智能教材编写时还要考虑与其他学科知识的衔接[3]。

（二）重视实践操作

人工智能课程注重动手实操，其将理论知识与实际操作相结合，旨在将学生的想法和创意转变成现实。动手操作能够增加学生的体验感，吸引学生的注意力，提高学生的学习兴趣，使学生乐此不疲，这也是人工智能课程与传统课程最大的区别和特色。

三、中小学人工智能教育课程实施的现状

（一）课程设置滞后

现阶段虽然部分地区已经出版人工智能方面的教材，但是绝大部分地区仍然不能系统地开设人工智能课程，人工智能知识的渗透主要还是依赖于信息技术课堂学习编程语言和软件，具有片面性，不能真正让学生体验从虚拟到现实的转换。

（二）专业教师匮乏

人工智能是一门新兴学科，教师并没有经过系统的培训学习，甚至有些教师并不了解人工智能，真正系统了解人工智能并能胜任人工智能课程教学的教师少之又少。原因在于两方面：一方面，中小学教师中接触过人工智能方面知识的微乎其微，尽管有少数教师投身创客教育，对人工智能有所研究，但只是对零星的散碎知识的了解和学习，缺乏人工智能系统理论知识做支撑，无法迅速成长为人工智能课程的专业教师;另一方面，高校输出的人工智能专业人才进入中小学教师队伍的少之又少。因此教师队伍的匮乏，成为阻碍人工智能课程实施的巨大障碍。

（三）硬件设施不足

现阶段部分地区中小学教材已经涉及机器人项目学习，如光线传感调亮度、灯光闪烁有规律、智能风扇新体验、声波测距比障碍等项目，但是人工智能教学的配套设备问题，大部分学校没有解决，普遍现象是编程软件配套，硬件设备缺乏，学生只能单纯进行编程学习的体验，不能结合实物进行体验，无法锻炼手动实践能力，这不利于人工智能教育的落实。目前，人工智能硬件设备价格比较昂贵，由于资金有限，一般学校里只能引进少量设备，一般用于社团活动中，仅有少数学生能够使用设备进行探究学习。这也就阻碍了人工智能课程面向全体学生的普及教育。

（四）受众少，学时短

目前，中小学开设人工智能课程多采用社团课的形式，只有少数学生能参与社团活动，人工智能课程的学生覆盖面有限;除通过社团课的形式开展外，就是通过参加各种人工智能比赛，相比社团课，参加比赛的学生数额要更小一些，因此人工智能课程成了只有少数学生能学习的稀缺资源。除此之外，一般社团课为一学期，学时较短，授课内容受学时限制，知识覆盖面小，而且一般人工智能社团课程内容多为社团教师独立开发，课程内容不成体系。一般社团开设时，学生对于人工智能知识热情高涨，社团课一结束，学生就不再接触人工智能知识，人工智能教育就处于搁置。

四、中小学人工智能课程实施的对策

根据中小学人工智能课程实施中发现的四个方面的问题，本文从课程、师资、设施、教学资源这四个方面有针对性地提出了应对策略。

（一）研发人工智能课程教材

研发具有指导性的人工智能课程教材，是当前人工智能课程实施的迫切需求。“巧妇难为无米之炊”，中小学一线教师在缺乏人工智能指导教材的情况下开设人工智能课程，无形中加大了工作难度，不利于人工智能大面积地在中小学推广普及。因此，研发人工智能课程教材成为推动人工智能课程实施的重要助力。

（二）打造双师双聘教师队伍

中小学人工智能课程落实过程中面临的另一难题便是缺乏人工智能专业教师。中小学信息技术教师虽然具备一定的计算机专业功底，但是普遍缺乏人工智能专业知识，因此培养和引进人工智能专业教师是中小学人工智能課程实施的迫切任务[4]。一方面，学校可以通过邀请高校人工智能专家，开展人工智能专题讲座，培养教师的人工智能素养，内容包涵人工智能的发展与应用、人工智能现状和趋势、解析人工智能、机器学习概述、智能感知与模式识别的概述等。这能使教师对人工智能有整体的认知，了解人工智能发展历程，知晓人工智能研究的主要内容，快速掌握人工智能专业理论知识。另一方面，学校可以开展人工智能专题培训，内容可包含开源硬件培训、机器人培训、树莓派Python编程培训、无人机培训等，主要目的在于增强教师人工智能实践操作能力，使教师快速成长为兼具人工智能专业理论知识和实操能力的人工智能专业教师。

人工智能专业教师的培养是一个渐进的过程，非一日之功，因此除培养人工智能专业教师外，学校还需要引进人工智能人才为人工智能教育提供服務，如可以与社会人工智能企业合作，聘请企业的人工智能专业人才定期到学校授课，也就是所谓的双师双聘策略，从而促进人工智能课程更好更快地开展。

（三）完善人工智能硬件设施

随着人工智能课程在中小学的实施，人工智能硬件设施的配备亟待解决。一方面，学校可通过财政拨款的方式，统一购买一批硬件设施，以备使用;另一方面，学校可以通过与机构联合的方式，由人工智能专业研发机构提供硬件设备，把最新研发的人工智能设备引进中小学课堂，改善学校教学内容陈旧、更新慢的问题[5]。除此之外，学校还可以进行家校合作，鼓励少数热爱人工智能学生的家长，自发配备人工智能设备，对孩子进行专业培养。

（四）共享人工智能教育资源

中小学人工智能课程是一个新生课程，各地中小学校都刚刚开始研究探索人工智能课程的实施，因此人工智能教育资源还属于稀缺资源。不少中小学教师拿到教材后，还处于初探阶段，需要观摩一些公开课资源，进行参考借鉴。因此，人工智能教育优质资源的共享，能够极大地提高教师的教学效率，促进教师的快速成长，推动人工智能教育的发展[6]。学校可以通过搭建人工智能课程共享平台，把更多的优秀案例进行分享，供大家交流学习。这样，不仅教师可以学习优秀案例，学生也可以直接学习人工智能的相关知识。

【参考文献】

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.

刘尚琴.国内中小学人工智能课程现状、问题及推进策略分析[J].中小学电教，2018（05）：37-40.

熊璋，李锋. 人工智能教育：我们的责任与使命[N]. 中国教育报，2019-05-25（003）.

唐汉卫. 人工智能时代教育将如何存在[J].教育研究，2018（11）：18-24.

贾积有.人工智能与教育的辩证关系[J]. 上海师范大学学报，2018（05）： 25-33.

徐晔.从“人工智能教育”走向“教育人工智能”的路径探究[J].中国电化教育，2018（12）： 81-87.