中小学开展人工智能教育的困境与建议

王贤灿

【摘 要】中小学开展人工智能教育的重要性和必要性不言而喻。本文分析了当前中小学人工智能教育面临的主要问题，明确了中小学人工智能教育的学科定位，提出了中小学开展人工智能教育在教学组织、课程建设、师资队伍培养、课时规划、学习效果评估等几个方面的建议，并提出了区域人工智能教育资源共建共享的建议。

【关键词】中小学;人工智能;教育

近些年来，人工智能人才的培养是一个被广泛热议的话题。2018年，日本发布了《人工智能战略草案》，全面推进培养日本中学生的数字素养和人工智能专业人才。2018年，英国上议院公布名为《AI in the UK： ready， willing and able？》的报告指出，对人工智能相关工作岗位的需求意味着人工智能培训将成为“终生需求”。2019年，美国国家科学基金会发布了《人工智能研究院建设计划》，“智能教育”是支持的重点。2020年，欧盟委员会发布了《人工智能白皮书》，全力“塑造欧洲数字未来”。

在我国，国务院在2017年印发的《新一代人工智能发展规划》中指出，实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广。

国内中小学开展人工智能教育的历史

2003年，我国教育部制订的《普通高中技术课程标准（实验）》中设置了“人工智能初步”选修模块（表1）。2017年12月，新修订的《普通高中信息技术课程标准》《普通高中通用技术课程标准》在课程中设置了人工智能相关知识（表2）。同年印发的《中小学综合实践活动课程指导纲要》设计了人工智能相关主题活动。目前，小学科学、普通高中信息技术、普通高中通用技术和中小学综合实践活动等已将人工智能教育相关内容纳入到课程内容之中。

之后，陆续有关于人工智能教育的书籍面世，很多学校开始开设人工智能课程，还有的学校成为“人工智能教育实验基地学校”。

中小学开展人工智能教育面临的难点

1.人工智能教育尚未成为独立的课程

目前，在教育部颁发的各类课程文件中，尚未出现“人工智能课程”这样的表述。关于人工智能教育的最新表述，出现在教育部对政协委员提案的回复中。“小学科学、初中科学、普通高中信息技术、普通高中通用技术和中小学综合实践活动等已将人工智能教育相关内容纳入课程内容之中。”

2.人工智能教育教材少，义务教育阶段教材内容尚没有标准

2019年12月16日，教育部印发了《中小学教材管理办法》《职业院校教材管理办法》和《普通高等学校教材管理办法》的通知。其中第一章第二条明确了“中小学教材是指根据国家课程方案编写的、供义务教育学校和普通高中学校使用的教学用书，以及作为教材内容组成部分的教学材料（主要包括教材配套的音视频、图册和活动手册等）”。目前，国家对人工智能教育的课程标准只在《普通高中技术课程标准（实验）》中有体现，在义务教育阶段尚未明确相关的课程标准。所以，目前达到国家课程标准的人工智能教材只有在高中阶段使用的《信息技术选择性必修4——人工智能初步》。

3.人工智能教育涉及的学科多，而能胜任的教师少

目前，在中小学教授人工智能的教师，学科背景比较复杂，有数学教师、物理教师、信息技术教师、通用技術教师和综合实践教师。人工智能教育师资培训还未成体系，人工智能的发展又非常迅速，现有中小学人工智能教师水平得不到持续提高。在教学方法上，人工智能教育属于技术类教育，基本上采用的都是项目式学习方法。在学生学习过程中的项目设定、分组、评价等方面，很多教师还没有达到完整驾驭人工智能教育课堂的目的。

4.缺少课时

绝大多数地区的中高考中都没有将信息技术学科列入考试科目，这样的考试要求下，信息技术学科在大家心目中的地位普遍不高。课时是中小学的稀缺资源。在课时资源有限的情况下，中小学校按时足量开齐信息技术课都尚要多方呼吁和争取，人工智能课程进学校面临的课时问题就更突出了。很多学校基本上都是采用社团课、四点半课程等进行人工智能课程的学习。加之人工智能教育涉及的内容多，所需要的基础知识、基础理论又特别繁杂，如何在非常有限的时间内将人工智能课程系统地呈现、教授给学生，成为大家共同面临的问题。

5.学生水平相差很大，实施个性化教学压力大

截至2020年12月，我国网民规模达9.89亿，手机网民规模达9.86亿，互联网普及率达70.4%。其中，40岁以下网民超过50%，学生网民最多，占比为21.0%。但中小学生的信息技术水平相差很大。除了上文提到的因为学校对信息技术课程教学重视程度不同造成了信息技术水平差异外，家庭因素也是造成信息技术水平差异很重要的因素。有的家庭很重视学生前沿技术的学习，通过兴趣班、培训班等途径对学生进行了人工智能方面的培训，这类学生人工智能应用水平比一般同龄学生的水平高很多;有的家庭认为技术学习不重要，完全放弃。

学生水平参差不齐，给人工智能教学带来了巨大的不便。如何分析人工智能学习水平、如何分层教学、如何进行有针对性地教学，成为人工智能教育中不得不思考的问题。

6.学生缺少成就感

人工智能教育与升学的关系不大，对升学的帮助也很有限，家长、学生对学习人工智能的热情有限。在人工智能教育课程内容的选择上，部分学校选择了以编程为主的课程，学生因任务与自身的学习生活相关度不大，且需要不断地调试，很难通过编程产生成就感;部分学校选择了以创客为主的课程，学生面对一堆零件，很难得到物品创造产生的获得感。很多学校因为场地、展示空间、评价方式等限制，学生的成果无法得到教师和同伴的点评，也很难获得成就感。

做好人工智能教育的建议

1.明确人工智能教育的课程定位

参考《普通高中信息技术课程标准》，根据不同学段学生的特征，将中小学人工智能教育的课程分为必修、选择性必修、选修三个类型，确定不同层次的课程目标和内容（表3）。

2.一校一策，系统思考，将人工智能教育融合到学校的教育教学中

在人工智能教育组织上，坚持校本化原则。根据学校实际拟定人工智能教育思路，做好学校人工智能教育的顶层设计。学校成立专门的人工智能教育推进小组，确定学校人工智能教育的目标，并根据目标将相应的措施进行分解，全面规划设计统筹人工智能教育过程中面临的课时、课程、场地、教师、经费等问题。

在人工智能教育内容编排上，坚持项目化原则。人工智能教育涉及的内容非常多，在进行课程选择和设计时，必须坚持项目化。这样既有利于学生根据自身情况进行选择，又可以让学生通过一个个项目的完成来不断满足求知欲。

在人工智能教育实施上，坚持综合化原则。人工智能与人类生活联系越来越紧密，它让生活变得更加快速和符合人性。人工智能教育只有瞄准为人类生活提供更多便利这一目标，加强与其他学科结合才能更有生命力。例如，新冠肺炎疫情在全球大爆发时，人工智能技术在疫情预测、病毒基因测序、温度感应、医学影像、病人护理等方面大放异彩。我们在人工智能教育过程中，可以与语文学科合作，用人工智能的自然语言处理技术，开发出自动信件回复系统;可以与历史学科合作，用历史学科的研究方法来研究人工智能的历史，推测人工智能的将来;可以与数学学科合作，应用数学学习中的概率统计知识，试图模拟疫情预测;可以与生物学科相结合，试图用图像识别技术开发出病毒识别系统;可以与政治学科合作，用哲学的观点来研究人工智能对人类的影响等等。

根据学校特色，坚持特色化的原则，精准施策，打造人工智能特色项目。例如，学校在空间设计、实验室设置等方面有优势，可以将相关的空间改建或新建为人工智能体验空间;学校在编程教育上形成了一定的培养体系，在人工智能项目选择上，可以多在人工智能编程上想办法;学校在科技制作和科技发明上有突破，我们可以请师生们开拓人工智能的发明创造领域等。通过人工智能特色化的打造，積累经验，以点带面，形成良好的人工智能教育示范效应。

在人工智能教育的评价上，坚持创意物化原则。学校应尽可能提供学生展示、评价的机会和舞台。例如，从学生对项目的分析开始，我们可以将学生的分析过程拍摄出来，用展板、多媒体展示平台等媒介向全校展示;学生开发出来的应用或者游戏，学校可以推广到全校，提供必要的设备设施供学生们挑战;学生创造出来的各种机器人、各种系统，学校可以设置专门的作品墙来摆放，也可以将这些机器人和系统应用到日常的管理中，供师生品评等。

3.建设人工智能教育区域一体化合作机制

资源平台一体化。算力、算法、数据是人工智能的三大基石。建立人工智能实验平台和计算平台需要强大的人力、物力和财力，相关的账号、数据等标准比较难统一，后期的平台维护也是一个巨大的挑战。因此，有必要以区域为单位打造区域共享、资源丰富的人工智能教育平台。区域共享的人工智能平台既能满足区域内人工智能教育对算力的要求，也可以依托该平台建立各类人工智能系统测试环境，还可以将它打造为人工智能教学平台超市供各学校自主选择。

体验空间一体化。中小学场地有限，如果每所学校建设一间专门的人工智能体验室，无疑会耗费巨大的人力和物力。人工智能技术发展快，更新迭代快，这给后期人工智能体验室的更新和维护带来了巨大的挑战。一个区域可以统一建设一间示范性的人工智能体验空间，面向全区域中小学开放。区域也可以统一和人工智能企业合作，将人工智能企业统一授牌为师生的体验实训基地。

师资培训一体化。人工智能教育随着人工智能技术的发展不停地更新与迭代，师资的培养和共用是非常有必要的。可以以区域为单位建一个人工智能教师共用池，全区域根据学校的需求和教师的实际情况进行教师培训和教师调配，以形成良好的名师示范效应和教师资源共享。

评价方式一体化。按照现有中小学教育行政管理构架，义务教育阶段的考评一般是由县市来实施，高中阶段的考评一般由省市来实施。因此，有必要建立区域统一的人工智能教育评价体系。依托统一的人工智能教育评价体系，更有利于区域人工智能人才选拔，便于更高学段的学校进行人工智能人才的分层培养。

教育要面向现代化，面向世界，面向未来。站在现在的历史节点上，面对百年未有之大变局，为了培养适应未来发展的建设者和接班人，我们必须重视中小学人工智能教育，必须正视中小学人工智能教育中面临的困境，发挥主观能动性，积极探索实践，让教育拥抱人工智能。

参考文献

刘俊波，乐进军. 中小学人工智能课程建设初探[J]. 基础教育课程，2020（1）.

关于政协十三届全国委员会第三次会议第3330号（教育类331号）提案答复的函（教科技提案〔2020〕427号） [EB/OL]. http：//www.moe.gov.cn/jyb_xxgk/xxgk_jyta/jyta_kjs/202012/t20201215_505691.html.