中小学人工智能教育的现实问题与发展路径

魏星

【摘 要】随着人工智能技术的飞速发展，中小学人工智能教育也在诸多中小学被广泛探索与实践。本研究以河北省保定市为例，通过问卷和访谈对中小学人工智能教育的教材、课程、师资、实验环境、实施情况、未来展望等多个方面的现状与问题进行调查，以期为中小学推进人工智能教育提供案例样本与发展建议。

【关键词】中小学；人工智能教育；现实问题；发展路径

【中图分类号】G434   【文献标识码】B

【论文编号】1671-7384（2024）02、03-063-03

2017年，国务院发布《新一代人工智能发展规划》，提出要在中小学阶段设置人工智能相关课程，并逐步开展全民人工智能教育。随后，教育部接连发布《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》《教育信息化2.0行动计划》《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》等具体指导性文件，不断引领中小学人工智能教育的科学发展。本研究通过问卷调研与现场访谈，力图调研保定市中小学人工智能教育现状，厘清人工智能教育过程中存在的现实问题，解决学校、家长及教師的一些困惑，提出科学的人工智能教育发展建议。

本次调查共发放35份，实际回收35份，有效问卷为35份，有效率100%。35所学校涵盖了市直学校（小学2所、初中2所、高中3所）、市区学校（小学8所、初中6所，高中4所）、农村学校（小学6所、初中4所）。

调研的基本原则

1.全面性原则

中小学生对人工智能概念的认知水平和理解准确度存在群体与地区差异。为此，问卷在发放时针对市直学校、市区学校、农村学校分别精准投放，对于高中学校又针对省级示范性高中和普通高中进行区别，保证问卷参与学校的全面性与代表性。

2.有效性原则

为了保证问卷的有效性，调研人员在教师开始网络答卷前进行说明和讲解，使参与教师明晰本次问卷调研的意义与认真、客观回答问题的重要性，消除由于客观校情导致的人工智能教育较为落后学校教师的主观顾虑。同时，为了验证调查对象填写情况的真实性，调研人员随机抽取几所填写数据较好的学校进行实地查看，核对各类填写信息正确与否。

3.多元性原则

多元性原则体现在调查方法多元和调查维度多元。调查方法综合采用了问卷、访谈、实地考察相结合的方法；调查维度从学校人工智能教育的教材、课程、师资、实验环境、实施情况、未来展望等多个方面反映学科发展现状。

存在的问题分析

1.人工智能课程开设情况不一

在调研的全部35所学校中，有10所学校只开设了教育部要求的信息技术课，没有设置任何人工智能课程；有15所学校创建了学生编程兴趣小组；有10所学校利用人工智能教学设备开设了人工智能课程。其中，保定师范附属学校初中部在前期全校普及编程教育的基础上，2020年开创性地使用了学院制培养方式，在新初一设置人工智能学院，学生在完成教育部规定的课标学习内容外，每周还会学习2节人工智能入门课程。

在开设人工智能课程（包括编程课）的学校，有13所是本校教师授课，有8所是依托人工智能教学设备（或编程网站）的配套网络课程进行授课，有4所学校是在课后服务中引入校外相关课程。在人工智能教育的学生覆盖方面，5所学校是全校学生全覆盖，20所学校是通过课后服务学生选课方式进行。

值得注意的是，高中阶段由于2017年信息技术新课程标准的出台，“人工智能初步”被列入选择性必修课程，其定位为：为学生个性化发展而设计的课程，学生可根据自身的发展需要进行选学。各中小学受学校办学理念和人工智能硬件设备所限，人工智能课程开设情况呈现两极化，市直属高中学校由于统一配备了人工智能实验室进而在市教育局统一要求下开设了人工智能课程，其他高中校无一开设人工智能课程。

2.人工智能教师的专业水平有待提升

在被调研教师中，小学组教师60%学历为专科，初中组教师50%学历为本科，研究生学历仅为10%；从任课教师所学专业来看，前三名为计算机、教育技术学、物理学；从学校教师的参与度来看，普通学科教师的热情较低，人工智能课程基本是信息技术或者科学教师所专属；从教师自己对于人工智能知识与能力评价来看，无人选择精通，10人较为精通，刚接触者25人。

3.人工智能课程体系不完备

2021年11月中央电化教育馆的《中小学人工智能技术与工程素养框架》，旨在为中小学人工智能课程建设提供参考、为编写人工智能教材提供建议、为开展中小学人工智能素养评价提供支持。但是，中小学由于受教师专业能力所限，极少有自己开发的人工智能校本课程，所开设的人工智能课程全部依赖于相应的人工智能平台与硬件设备公司提供，所使用的教材基本都是硬件设备的配套学习资料。教师对人工智能的科学理解方面存在局限性，这也阻碍了校际间的互动与交流。

4.人工智能教育受重视程度较弱

调研显示，被调查的35所学校中只有7所学校购置了人工智能硬件设备，有3所学校购买了编程体系化课程。市直属中小学2022年9月份集体配置了科大讯飞的人工智能套件。其余学校人工智能设施设备的购置规模较少，高中学校全部属于零起点。

在教师的待遇方面，由于任课教师不是主要学科教师或不是班主任和缺乏支教经历，人工智能学科教师在绩效认定和职称评定方面分值远低于其他学科教师。在专业化成长方面，教师相应的外出学习和培训机会明显不足，线下只是参加年度省市级学生信息素养评选各项目备战培训；线上也只是依靠个人意愿参加一些网络直播学习，学习的系统性和专业性较差。

问题成因

1.缺乏强有力的激励政策

虽然人工智能三年蝉联高考报考热度增幅最高专业，也成为各大高校积极上马的新热点学科。可是，对于中小学来说，人工智能课程属于高度前瞻性创新课程，其发展很大程度上还需依靠政策推动，需要在各类教育督导评估、信息化发展文件中突出显现。由于缺乏相关的激励性政策，县级教育主管部门对信息化投入的倾向性依然是传统的班级信息化设备和学生信息科技教室计算机的更新换代。由于相应的人工智能实验室设备缺少投入，学校相关教学陷入巧妇难为无米之炊的困境。

2.人工智能学科教师专业知识与技能不足

高等教育阶段人工智能专业出现的时间比较晚。河北省高校人工智能专业2019年得到设置批复，2020年才开始招生，所以至今没有人工智能专业毕业生。原有的信息技术、科学学科教师由于专业的局限性，无法适应人工智能教育需求。而且，由于人工智能课程的创新性和灵活性较强，教师原有的知识储备无法应对人工智能技术的飞速发展、硬件设备的迭代和学生的创新思维，所以导致教师对人工智能教育产生焦虑甚至抵触情绪。

3.人工智能专业教师培训较少

人工智能如何赋能教育高质量发展正在被广大教育技术学者竞相研究和创新实践，而教师的人工智能专业知识和人工智能教学技能培训则严重不足。

以保定市高中信息技术教师的全员网络课程学习为例，在学习内容选择中，人工智能方面只有《基于计算思维能力培养的人工智能教学实践》和《从专家系统到知识图谱——人工智能发展历史》两门课程。前者重点讲授了初中阶段的图形化编程，后者则是人工智能简史介绍，无法满足高中人工智能课程的教学要求。

4.系统性、普适性课程稀缺，校際间互动较难

由于中小学人工智能教育出现的时间较晚，且目前没有统一的普适性的课程或教材，使得大部分学校领导对于人工智能教育的科学认知还处于启蒙阶段。目前，各中小学人工智能课程的开设还处于各自为战阶段，其课程来源渠道有三种：依托硬件厂商所开发的课程、引入相关培训机构的课程、自己创新的校本课程。课程的“五花八门”使得学校的优秀应用成果无法得到广泛推广。

5.相关中高考升学通道不衔接

中高考的变化一直以来都是初中和高中教育改革的指挥棒和风向标。自2020年起，高中学段高考自主招生考试转变为“强基计划”，选拔综合素质优秀或者基础学科拔尖的学生。各高校“强基计划”的报名条件通常为两类：第一类为高考成绩优异的考生，第二类为荣获全国青少年学科奥林匹克竞赛（数学、物理、化学、生物学、信息学）全国决赛一、二等奖。“强基计划”报名条件的改变使得原本的电脑作品制作、机器人、创客、人工智能等项目评选逐渐被高中学校所忽视，而仅聚焦于围绕程序设计的信息学竞赛。

近年来，北京、天津等地优质高中在招收特长生方面逐步添加了信息技术相关专业特长生。2020年6月5日《衡水日报》报道：主城区公办高中在自主招生时招收音乐、体育、美术和信息技术特长生。保定市直到2023年仅有保定市第三中学和保定中学有科技特长生，由于缺乏特长生的高中升学通道政策，导致人工智能教育在小学热火朝天，而在绝大部分初中则冷冷清清。

中小学人工智能教育的发展策略

1.细化标准，做好区域性顶层设计

《中小学人工智能技术与工程素养框架》指出，人工智能素养应包括人工智能与人类、人工智能与社会、人工智能技术、人工智能系统设计与开发，并需要依据“理解人工智能技术原理、制定解决人工智能问题的方案并实现目标、沟通与协作”三个实践原则衡量学生的人工智能技术与工程素养。各区域教育主管部门应该在充分研读相关文件的基础上结合区域人工智能软硬件水平、师生信息素养能力细化素养框架，形成区域人工智能教学方案的顶层设计。

2.夯实基础，培育多层次师资队伍

由于各区域、各学校的人工智能教师的学历、专业、研究兴趣等背景因素导致人工智能教师的教学能力有显著差异。为此，在师资队伍建设方面要坚持普适性与专业性共进，一方面要通过大规模人工智能全员初级班培训使所有信息科技教师了解人工智能基本原理与实用技能；另一方面，在培训与交流的同时选拔专业基础好、积极性高的教师进入人工智能高级班学习，逐步形成梯队化、多层次的人工智能教学队伍。

3.创新课程，开展多元化开发模式

中小学人工智能教学有较强的学段区分特征，在设计课程时需要注重知识的螺旋式、递进式发展，如“小学重在感悟，激发探究热情和积极性；初中重在体验，思考如何利用人工智能解决问题；高中偏重于创造，注重创造力、想象力、整体思考，以及动手能力的提升”。在具体的课程设计与开发时可以有三种模式：（1）教育主管部分与专业厂商共同开发，如商汤科技与河北省教育厅结合河北省人工智能教育实际开发的系列化书籍《人工智能入门》就是一次很好的尝试。（2）专业学术团队与人工智能公司协作开发，如北京师范大学与腾讯等项目团队依托教育部产学合作协同育人等项目，持续研发针对不同学段的系列中小学人工智能课程资源。（3）教育主管部门汇聚优质课程资源。教育部教育技术与资源发展中心（中央电化教育馆）创建的“中小学人工智能教育服务平台”汇聚了大量的专家报告、区域案例、课例分享和丰富的教学资源包，为广大教师更新人工智能教育理念与提升教学技能提供全面支撑。

4.创新示范，建立新时代教学理念

截至目前，中央电化教育馆通过两次评选确定了人工智能课程规模化应用50个试点区和528所试点学校。各级教育主管部门激励性政策有力推动了学校校长的现代化教学理念的形成。保定师范附属学校通过三年的“人工智能学院”培养，5个人工智能班级的学生在校内教师与校外导师的双重指导下不仅在编程实践、人工智能项目开发等方面有较好成绩，而且在“停课不停学”、跨学科学习、小组合作学习中都有良好表现。

5.激发内能，创建多平台交流机会

建立省（市、县）级人工智能教育云平台。该平台内容应包含最新师生人工智能知识与技能书籍导读、中小学人工智能教学案例汇集、区域级人工智能名师网络工作室成果发布、人工智能设备展示、师生人工智能作品展示以及人工智能教育新闻等。通过平台不断汇聚区域内人工智能优质课程资源和应用案例，为众多处于迷茫期的中小学提供示范引领和专业借鉴。

总之，虽然中小学人工智能教育整体还处于起步阶段，但是随着人工智能装备的不断普及，人工智能学科教师专业素养的不断提升，信息科技学科特别是义务教育阶段信息科技学科的全面推进，人工智能教育必然会一路生花、行稳致远。

注：本文系保定市教育科学研究“十四五”规划2022年度课题“保定市中小学人工智能教育现状及发展策略研究”（课题编号：2204115）研究成果

作者单位：河北保定市电化教育和装备技术中心

编   辑：冯安华