时间：2022-04-13 10:14:48 所属分类：小学教育 浏览量:
人工智能是一门多学科交叉的前沿学科，主要探究如何应用计算机模拟、仿真和延伸人脑智能[1]。 1956 年的达特茅斯会议上，与会专家约翰麦卡锡等人首次提出了人工智能的概念[2]。当前，人工智能呈高速增长的态势，全球智能化角逐日趋白热化，我国政府紧跟时代发展的步伐
人工智能是一门多学科交叉的前沿学科，主要探究如何应用计算机模拟、仿真和延伸人脑智能[1]。 1956 年的达特茅斯会议上，与会专家约翰·麦卡锡等人首次提出了“人工智能”的概念[2]。当前，人工智能呈高速增长的态势，全球智能化角逐日趋白热化，我国政府紧跟时代发展的步伐，国务院于 2017 年颁布了“新一代人工智能发展规划”，对提升学生智能素养、普及全民智能教育、培养国家智能人才等方面影响深远。
一、中小学人工智能教育的缘起
1.智能教育掀起全球发展的热潮人工智能不仅影响着一个民族高科技产业的发展，更决定着一个国家在全球的竞争格局。因此，世界主要国家争相提出人工智能战略。2019 年 2 月，美国政府颁布了《维护美国人工智能领导力的行政命令》，标志着美国的国家人工智能战略正式出台[3]。同年 6 月，日本政府制定了《人工智能战略》，旨在建成人工智能强国[4]。2020 年 2 月，欧盟委员会发布了《人工智能白皮书》，意在促进欧洲人工智能的发展等[5]。从历史角度来看，历经六十余载发展的人工智能已不算是“新兴学科”，然而，它在基础教育领域才刚崭露头角。在中小学阶段设置科学合理的人工智能课程，为贯通式人工智能人才的培养打下坚实的基础，已成为各国的共识。美国在 2015 年推出了《每个学生都成功法案》，旨在推进 K-12 各学段囊括人工智能在内的计算机科学教育的发展。其中， “K-12”中的“K”代表幼儿园，即指从幼儿园至中小学阶段的教育[6]，也被国际上称为基础教育阶段。日本文部科学省倡导日本中小学开展以少儿编程为主要内容的 STEAM 教学，明确提出将与人工智能相关的基础课程(如编程、科普等)均纳入中小学必修课范围 [7]。英国政府重视人工智能与中小学 STEAM 教育的深度融合，并促成中小学校与高等院校协同开展人工智能人才的培养工作[8]。在此背景下，我国政府因势而谋，应势而动，顺势而为，为人工智能人才的培育保驾护航。
2.行业转型政策精准赋能 2015 年 5 月，国务院在印发的 《中国制造 2025》中描绘了制造强国发展路线图，明确智能制造是制造业转型升级的突破口。2017 年 2 月，教育部等三个部委联合印发了《制造业人才发展规划指南》，文中指出“中小学教育要在实践活动课程、通用技术课程中加强制造业基础知识、能力和观念的启蒙和培养”。因此，加强专业智能人才培养和梯队建设，要从中小学基础教育阶段抓起。 2017 年 7 月，在中共中央、国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》中，首次提出“在中小学阶段设置人工智能相关课程”，标志着我国人工智能教育时代已经到来。2018 年 4 月，教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》，再次明确“在中小学阶段引入人工智能普及教育”。2019 年 3 月，教育部发布《教育信息化和网络安全工作要点》，进一步重申了我国“推动在中小学阶段设置人工智能相关课程”的必要性，为人工智能教育的顺利实施提供政策支持。
二、中小学人工智能教育面临的困境
人工智能教育在中小学教育领域要实现从“落地生根”到“枝繁叶茂”，将不可避免地面临课程标准、配套教材、师资建设、教学方法和教育治理等诸多的挑战。
1.国家课程标准值得商榷 2003 年，我国教育部正式颁布了《普通高中信息技术课程标准(实验)》，“人工智能初步”的内容首次被纳入到信息技术课程中，并以选修模块开设。当前，我国中小学信息技术课程现行的标准为《基础教育信息技术课程标准(2012 版)》和《普通高中信息技术课程标准(2017 年版)》，二者均在原有课程标准的基础上做了大幅度修订[9]，主要以信息技术学科四大核心素养以及四个学科大概念为依据，梳理重构了课程理念与设置、教学内容和评价等[10]。其中，四大核心素养与“信息化”和“数字化”相匹配，而人类社会正由信息化、数字化时代迈向智能化时代，那么四大核心素养是否应当带上“智能化”的时代标签呢?再者，四个学科大概念中的“信息意识”和“信息社会责任”属于信息素养的范畴， “计算思维”属于思维素养的范畴，“数字化学习与创新”属于能力素养的范畴，出现“智能素养”的“缺位”。此外，对学科大概念的规划不够明晰，尚需进一步构建现行课程标准以“大概念”为核心的学科知识体系，以便为教师的“教”、学生的“学”和教材的“编”提供参考。2020 年 5 月，教育部制定的《普通高中信息技术课程标准(2020 年)》，是在“17 版课程标准”的基础上再次进行修订和完善，但仍存在 “顶层设计”上的缺陷。例如，课程目标“旨在全面提升高中学生的‘信息素养’”及使学生“成为‘数字化’时代的合格中国公民”[11]，课程目标是否应当与 “智能素养”和“智能时代”接轨?此外，人工智能课程与信息技术课程虽已实现了整合，但鉴于人工智能的跨学科特性，下一步是否需要“拔高”人工智能课程的定位，增强其在基础教育课程体系的“附着性”和“渗透性”?这些问题都值得商榷。
2.配套教材质量良莠不齐课堂教学是实施人工智能教育的重要途径，而教材作为课程教学的根基，承担着正本清源的作用。2018 年以来，相继涌现出一批涵盖中小学各学段的人工智能教材。这些教材各具特色，但由于教材的目标定位和编写思路的差异，导致部分教材的系统性和全面性有所欠缺[12]。例如《人工智能试验教材》在内容上偏难且缺乏明确的课程评价体系[13]。《人工智能(初中版)》教材，其内容主要包括人工智能技术原理、问题解决方案的制订、交流与协作等，但是，该套教材整体侧重理论知识，实践操作相对不足，且与教材配套的网络课程资源尚待完善。《人工智能基础(高中版)》教材，整体内容偏重人工智能的算法原理，例如“深度学习”内容等，知识的深度和广度较难兼得，容易导致“见木而不见林”，因此，作为衔接性教材是有所不足的[14]。整体来看，人工智能教材大多忽视了创新意识和创新思维的培养，目标设计与三维课程目标、学科核心素养的结合不够紧密，教学活动与学习评价缺乏精细的安排和多元化的设计，教学内容与人工智能教育未做好衔接，教材存在拼凑和重复等现象。
3.教育师资力量严重匮乏教育师资是实施人工智能教育的根本保障。目前，人工智能师资力量存在数量与质量上的双重缺失，其问题主要聚焦于三个方面：一是人工智能师资引进乏力。高等院校是人工智能师资的摇篮。由此教育部分别于 2019 年、2020 年，先后批准了 35 所和 180 所高校新增设人工智能专业。但开设人工智能专业和类似课程的各大师范高校数量寥寥，且每年本学科的专业技术人才往往向发达区域倾斜，远不能满足全国各地的市场需求[15]。在此情形下，人工智能方面的专业人才更是难以流入到中小学教育领域。二是人工智能教师素质不一。人工智能作为一门多领域交叉的学科，具有复杂性、跨学科性的特点，因此，授课教师需要较高的知识水平和智能素养才能满足教学的需要，然而现有的人工智能教师，其专业知识储备、技术运用水平及教学实践经验参差不齐，整体教学效果自然也不尽如人意。三是人工智能师资队伍建设较为薄弱。目前，我国中小学人工智能教师队伍“成分复杂”，通常以信息技术教师为主，以学科背景不尽相同的 STEAM、机器人和创客教师等作为辅助力量，缺乏专业的培训以及共同成长的平台。
三、中小学人工智能教育的实施对策
针对中小学人工智能教育所面临的诸多挑战，亟需从完善课程标准、加强教材建设、依托多元途径、推动教学变革、凝聚培养合力五个方面发力。
1.完善课程标准，确保人工智能教育实施的科学性现有的信息技术课程标准应从四个方面进行补充与完善，具体包括：第一，突出课程育人的导向性。面对智能时代，中小学信息技术课程的落脚点不单是“信息扫盲”，其课程目标应由培养“数字土著”转向培养“AI 公民”[16]，以培养学生的信息素养(文化素养、信息意识、信息技能)为主，同时应兼顾学生智能素养(智能知识、智能能力、智能态度、智能伦理)与思维素养(计算思维、数据思维、创新思维、跨学科思维等)的培养，充分释放信息技术课程育人的活力与潜力。第二，发挥学科大概念的统摄性。美国的 K-12 人工智能教育导则给出“感知、表示、推理、学习、自然交互、社会影响”五大概念，每个大概念分别包括基本解释、关键词、分标题、示例、资源、资源期望清单以及学生应该了解什么和能够做什么等内容[17]。我国的课程标准虽然提及“数据、算法、信息系统、社会信息”等学科大概念，但操作性不强。应当构建和完善人工智能课程大概念及其概念体系。这样对学生的知识学习、教师的教学设计、教材的内容编排都有积极的指导意义。第三，突出课程目标的时代性。教育需要面向未来，学校应当培养面向智能时代的专业人才，人工智能课程目标就需要进一步完善，将“智能素养”融入到学科核心素养中，以体现课程目标的时代特性。第四，体现课程的跨学科融合性。人工智能与信息技术课程的整合，两者不是机械的“嫁接”，而是人工智能教育与基础教育课程体系的全方位的融合。人工智能教育倡导跨学科学习，需加强人工智能教学内容与数学、物理等学科知识的“渗透”，不应将人工智能教学放在“信息技术”的“篮子”里。
2.加强教材建设，打造体系化的人工智能教育系列教材针对人工智能教材建设过程中存在的问题，需从三个方面进行完善：第一，做好各学段螺旋式的知识衔接。统筹整体布局，规划连贯脉络，从易到难，层层递进，符合教育教学规律和学生的认知发展规律。人工智能知识内容庞杂艰深，教材内容设计应当以人工智能大概念为统摄，精准构建教材的知识体系，科学把控学科知识的难易程度，以科学性、系统性、实用性和趣味性作为教学内容设计的基本原则，按照“感知、理解、应用、创造”的螺旋式上升路径，突破学段衔接壁垒，构建贯通基础教育阶段的一体化的教材体系。第二，兼顾教材知识的深度和广度。人工智能的知识复杂性决定了教材内容编写的取与舍，根据学段特点规划教学内容，巧设逻辑主线，深挖学科知识。同时，人工智能的学科交叉性决定了教材知识内容的跨学科性，相关学科知识之间发生有机联系，为学生拓展更广阔的视野。第三，彰显教材育人本质与人文精神。教材编写可选取人工智能应用安全与道德的内容，贴近学生的生活世界与精神世界，激发学生更浓厚的兴趣，为迎接人机协同共生的新未来做好准备;引导学生厚植文化底蕴和学生对技术理性与人本价值的双重思考，充分发挥教材的育人功能，构建带有新时代中国特色的人工智能教材体系。
3.依托多元途径，确保师资在数量和质量上双补位当前，解决中小学人工智能师资队伍短缺问题和提升在职教师自身专业素质水平的主要途径有：一是广纳人才，适时补充师资力量。中小学校与师范院校、科研机构和人工智能企业对接，实施引 “智”计划，建立智能人才引进机制，例如，学校可作为人工智能专业学生的实训与就业基地，与师范院校联合培养人工智能人才;学校可邀请从科研一线退出的科研人员参与人工智能课程的教学。二是赋权增能，是教师自我更新的过程。教师的赋权增能，要求学校既能“赋予教师相应的权利”，又能“相信教师有专业能力”，弥补教师的主体地位和应然定位之间的落差，使教师在教学与管理中拥有较多的自主性和灵活性，为教师专业化发展扫清障碍。三是校本研修，是拓展教师专业发展的新途径。学校依托自身的优势，以信息技术教师、STEAM 教师、创客教师等教师为主体，组建“学习共同体”，建设校本人工智能教学资源和学习资源，如开发人工智能课程体系、构建教学系统平台、实施在线课程等。四是同侪互助，是教师培训的有效策略。构建“同侪互助共同体”，挑选人工智能教学专家型教师，定期举办人工智能教育的专题讲座、教研活动等，促进教师共同成长，最终形成集群化优势。五是课堂观察，是新手教师自我培训的有效手段。新手教师可采用主题性观察和跟踪式观察结合的策略，强化教师的教学实践反思和角色认同意识，提升自身的专业发展能力[18]。六是主题式培训，是提升教师专业素养的有效路径。学校应当常态化开展人工智能主题式的线上课程培训和线下学习活动，促进人工智能教师专业能力的提升。
总而言之，人工智能对中小学生的教育价值是不言而喻的，成功的人工智能教育不仅能够满足学生发展的需要，对于学生思维水平、核心素养和综合能力的培育也大有裨益。但目前来看，我国中小学人工智能教育在课程设置、教学模式以及基础设施等方面与国外相比还有较大的差距，因此，这仍需要国家、学校和社会各界力量进行长期不懈地探索、研究和实践，充分挖掘知识与人才资源，建立多方协同、统筹兼顾的新机制，才能为我国人工智能重大战略的落地实施提供强有力的支撑。
参考文献
[1] 张剑平.关于人工智能教育的思考[J].电化教育研究，2003(01)： 24- 28.
[2] 祝智庭，魏非.教育信息化 2.0：智能教育启程，智慧教育领航[J].电化教育研究，2018，39(09)：5- 16.
《中小学人工智能教育的困境及对策研究》来源：《教学与管理》，作者：王元臣 刘亚欣 李志河
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