中小学人工智能教育现状及发展策略

2022-03-18郭芳竹刘光洁

长春师范大学学报 2022年4期

郭芳竹，刘光洁，刘妍

(长春师范大学计算机科学与技术学院，吉林长春 130032)

0 引言

近年来，人工智能作为新一代的产业革命和科学技术正在兴起，有关人工智能发展的新模式和新应用加速涌现出新，并且深刻影响着世界经济、生活方式和社会发展等方面。

2017年7月国务院印发的《新一代人工智能发展规划》[1]提出，到 2030 年，我国人工智能理论、技术与应用总体要达到世界领先水平，成为世界主要人工智能创新中心。要实现这一宏伟目标，人才培养是重中之重。对此，《新一代人工智能发展规划》明确指出要在中小学阶段设置人工智能相关课程，并逐步开展全民智能教育项目。

1 中小学人工智能教育现状

1.1 国外人工智能教育开展情况

在美国，计算机科学在初等和中等教育阶段被列为重点教育项目。学校用STEM教育来开展人工智能教学[2]，用Scratch等编程软件创新性地操控机器人，着重培养学生在人工智能方面的创新思维。此外，美国还建立了机器学习与人工智能委员会，提供人工智能政策咨询服务，督促研发人工智能技术及人工智能教学。

日本大力鼓励学生与企业合作，培养高水平的人工智能人才。在中小学人工智能教育中，根据学生身心发展阶段的不同，螺旋式提升学生对人工智能技术的热爱和动手操作能力[3]。将中小学信息技术课程设置为必修课程，着重培养学生的编程思维和信息道德。

法国于2018年出台了国家级战略报告《AI 造福人类》。其更重视学生在人工智能方向的专业训练，着手AI教育领域的科研实验，加大对教育技术的基金投入，让新型教育产品步入教育市场，加强与互联网教育企业的合作交流。同时，法国强调人工智能产业要受到法律和道德的双重约束，让人工智能教育产业服务于教育体系。

新加坡大力推广少儿编程教育，将计算机编程作为一门考试科目。2017年发布《新加坡人工智能战略》[4]，提出了“人工智能学徒计划”，目的是培养人工智能学徒，为更多人才提供就业机会。此外，新加坡还推出了系列儿童人工智能、学生人工智能、工业人工智能、人人数据分析的视频课程，帮助全民学习人工智能技术。

1.2 我国中小学人工智能教育开展情况

1.2.1 中小学人工智能师资情况

继《新一代人工智能发展规划》之后，国家在2018年4月和9月又先后出台了《高等学校人工智能创新计划》和《关于人工智能背景下中小学编程教育发展的建议》，提出要鼓励和支持高等师范院校计算机学院设立人工智能相关专业，提升中小学人工智能教师的数量和质量，为进一步落实“人工智能从娃娃抓起”的理念奠定基础。从2018年起，先后批复开设人工智能本科专业的院校345所，其中师范院校42所。

1.2.2 中小学信息技术课程开展现状

目前中小学人工智能课程单独开设正在部分地区试行，绝大多数地区仍然只开设信息技术课程，但在创客课程内容上侧重人工智能，而且各地内容不同，有Arduino创意开发、树莓派和Python编程等。主要内容是让学生了解人工智能是什么及人工智能的应用领域，学会人工智能的初步编程并进行创意开发。在学生心中撒下人工智能的种子，方能切实提升新时代少年的创新思维和能力。

2 中小学人工智能教育存在的不足

2.1 人工智能教育教学资源不均衡

广州等一线城市的中小学已单独开设人工智能课程，正式使用人工智能教材，实验资源完备；部分地区的学校有创客教育实验室，但没有专业的人工智能师资，只有信息技术教师，可以借助部分实验资源，让学生简单了解人工智能；有些地区的中小学没有设立人工智能实验室，甚至全校仅有一名信息技术教师，还是其他学科教师转岗而来。可见，不同地区人工智能的教学资源严重不均衡。

2.2 人工智能教育教师培养不充分

2.2.1 高校人工智能师范生培养人数不足

目前中小学缺少既具备人工智能专业知识又具备教育方法的人工智能教师，这主要有以下两方面原因：一是中小学人工智能教育不纳入中考和会考的科目范围，人工智能师范生对口就业学校招聘教师名额较少。师范生就职成功后，在学校除承担信息技术教学外，还需要负责全校的电脑、网络维护等工作，工作繁重。二是随着互联网的快速发展，企业对计算机类人才的需求量日益加大，甚至不惜以高薪“抢人”，致使部分师范生在毕业之后选择进入企业工作。有资料表明，现有中小学信息技术教师团队中，仅有不到35%的教师是出身信息技术专业的师范生，这些教师可以为学生讲解部分人工智能课程。

2.2.2 在岗人工智能教师的教学质量不高

据调查，吉林省某区现有中小学31所，信息技术教师共计63名，其中具备博士研究生学历的仅有2人，具有硕士研究生学历10人，具有本科学历的教师人数最多(48人)，本科以下学历教师3人。平均每所学校仅有两名信息技术教师。在岗人工智能教师数量不足，而且教师可持续发展的动力有待提升。

在职人工智能教师对本课程的认可度不高，他们认为人工智能课程在中小学并非主流学科，因而教学积极性不高，教学改革动力不足，只追求完成教学任务，不考虑教学质量，对学生学习缺乏引导。

2.3 人工智能教育课程开发不完善

关于中小学人工智能课程的开发，无论是国家级课程、地方课程还是校本课程，都缺乏完善的课程体系，教学内容过于碎片化，教育内容难以确定，目标难以明晰。另外，每个学段间的人工智能教育内容联系不够紧密，这不利于学生计算思维的培养与技能学习，同时也使得教师难以把握学情，导致教学目标与教学效果之间有落差。因此，亟需制定统一的中小学人工智能教学内容标准，加快课程体系开发。

2.4 人工智能教育受重视程度较低

学生家长对人工智能课程的不了解、不重视，直接导致学生对人工智能课程学习的消极和敷衍态度。我们在某中学外随机采访了多名家长，其中60%的家长根本没听说过人工智能或者创客教育，也不知道人工智能课程具体包括哪些内容；25%的家长对人工智能有一定的了解，但不全面；仅有5%的家长了解人工智能教育并十分支持学校大力开展相关课程；另有10%的家长拒绝访谈。由于人工智能课程并不影响升学考试的结果，多数学生家长认为在中小学开设人工智能课程不是非常必要的。

3 中小学人工智能教育发展的建议

3.1 加大人工智能教育的资金投入

为了推进中小学人工智能教学资源建设，政府应加大对落后地区中小学人工智能教育的资金投入，为当地学校配备人工智能教学实验室等相关资源。对于不发达地区，国家应支持不同学校的学生跨校学习，共同使用一个人工智能教学实验室，分批次进行操作。随着教育技术的发展，教师的教法和学生的学法也发生了变化。线上线下混合式教学使学生从传统的课堂学习转向了不受时间和空间约束的学习，并且线上录播课程可以让学生反复观看学习。国家鼓励创建线上共享的自主学习平台，将知识点通过媒体手段以通俗易懂的形式向学生呈现，为学生提供学习所需的丰富电子资源以及能与教师直接进行交流的网上论坛，使偏远地区的学生也能共享到与城市学生同样的学习资源。

3.2 提升人工智能教师的教学水平

作为走在科技前沿的教师，要随时关注人工智能领域的风向标，注重专业知识的拓展。学校应鼓励教师定期参加培训，更新教师知识体系，激发教师的主体能动性。同时，学校要重视对人工智能教师心理素质的培养，做好教师的意识形态工作。

重视高等学校人工智能师范专业的人才培养是十分必要的。对于设置人工智能专业的高等师范院校，政府应加大支持力度，适当增加高校师范专业的招生人数。高校要认真落实国家制定的培养人工智能教师的标准，注重师范生培养。学生在校学习期间，要进入中小学进行教育见习、教育实习和教育研习，不断提高自身的专业能力和教学水平。

中小学要严格把控教师的教学质量，综合评定教师教学效果。教师可结合学生特点，创设情境，营造氛围轻松、助于思考的课堂，将人工智能专业知识有效地传授学生，有效地调动学生学习积极性。同时，教师可以运用以赛促学的方式，加深学生对创客及人工智能的认识。

3.3 完善人工智能课程体系

中小学应确立人工智能课程教学目标，丰富教学内容，组织人工智能课程的优秀教师、高校知名学者以及企业专家共同参与人工智能课程的开发，开发出一套适合中小学生身心发展的人工智能课程体系。学校在开设人工智能课程之前要先做好定位，组织校内外教师进行校本教材开发，结合区域特色开办校本课程。人工智能虽然是新兴学科。但它并不是一门孤立的学科，教师在教学过程中要关注人工智能课程和其他学科之间的联系，站在学生的角度去考虑，如何通过人工智能课程促进学生的身心和智力发展，使人工智能课程变得更具科学性和知识性。

3.4 宣传人工智能教育的重要性

人工智能正在影响社会的各行各业，是引领未来的先进技术。中小学可以在家长会上进行人工智能课程内容的科普工作，让学生家长充分认识到开设人工智能课程的必要性。人工智能课程可以有效地加强学生发现问题、解决问题的能力。在人工智能课上，学生经过小组合作与探讨，能够提升合作意识以及交往能力，激发逻辑性思维和创新性思维。