人工智能作為新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)革命的重要驅(qū)動(dòng)力量，正在深刻改變?nèi)藗兊纳?、工作和教育學(xué)習(xí)方式，而人工智能人才的培養(yǎng)是其中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。世界各國(guó)都在積極探索，普及青少年編程，加快發(fā)展人工智能教育[1]。美國(guó)從2010年開(kāi)始逐步推廣，并于2018年啟動(dòng)美國(guó)K12人工智能教育行動(dòng)，目前已有一半以上的青少年接受了編程教育；英國(guó)在2013年將“計(jì)算科學(xué)”列為小學(xué)階段必修課，學(xué)生從5歲開(kāi)始接受編程教育；澳大利亞將編程融入“數(shù)字技術(shù)”并從5年級(jí)開(kāi)始列為必修課；日本韓國(guó)也將人工智能融入中小學(xué)課程中，成為基礎(chǔ)必修課。
我國(guó)非常重視中小學(xué)人工智能課程教育的開(kāi)展，早在2017年，國(guó)務(wù)院就印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[2]，明確提出“人工智能成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)新焦點(diǎn)，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”；2018年，《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》中又提到“加強(qiáng)學(xué)生信息素養(yǎng)培育，完善課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)，充分適應(yīng)信息時(shí)代、智能時(shí)代發(fā)展需要的人工智能和編程課程內(nèi)容”。可見(jiàn)，中小學(xué)人工智能課程教育的深化研究與推廣，是我國(guó)教育發(fā)展和智能人才培養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)。
人工智能課程教育遇到的問(wèn)題分析
目前，中小學(xué)人工智能課程教育仍處于起步和探索階段。文章通過(guò)實(shí)地走訪、座談交流等方式，深入多地中小學(xué)校的實(shí)際教學(xué)梳理出目前我國(guó)中小學(xué)人工智能課程教學(xué)推廣中存在的幾個(gè)突出問(wèn)題。
1.缺乏統(tǒng)一教材和教學(xué)指導(dǎo)
我國(guó)K12階段尚未出臺(tái)統(tǒng)一規(guī)范的課程標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)際教學(xué)中缺乏統(tǒng)一的教材和指導(dǎo)。迄今為止，我國(guó)出版的中小學(xué)人工智能相關(guān)教材已超過(guò)45本[3]，表1列出了其中的一部分，尚不包括未出版的自編教材。資源較為龐雜，其中，有國(guó)家版本、也有地方版本，有企業(yè)聯(lián)合開(kāi)發(fā)版本、也有高校降維版本，這在一定程度上造成了地方教學(xué)選擇的困惑。以湖北武漢為例，目前在同步實(shí)施開(kāi)展試點(diǎn)教學(xué)的有4個(gè)版本之多，也算是在難以統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化背景下的一種嘗試。同時(shí)，一些教材并未遵循教學(xué)規(guī)律，內(nèi)容設(shè)計(jì)分層有待商榷，缺乏統(tǒng)一的教學(xué)指導(dǎo)。與教材相關(guān)的教師用書(shū)、輔導(dǎo)用書(shū)等配套教輔鮮有出版，使得一線教學(xué)難以標(biāo)準(zhǔn)化和系統(tǒng)化。
人工智能的課程定位模糊[4]，由于教育管理者和教師普遍缺乏對(duì)人工智能學(xué)科的清晰認(rèn)識(shí)，教學(xué)方案大多沿襲傳統(tǒng)創(chuàng)客教育、機(jī)器人、純編程的方案，對(duì)什么是真正人工智能教學(xué)方案并沒(méi)有形成規(guī)范性的認(rèn)知和界定；與人工智能理論教學(xué)相關(guān)聯(lián)的教具、實(shí)驗(yàn)室等注重實(shí)踐的教學(xué)方案也尚未統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。
表1部分正式出版的中小學(xué)人工智能教材
2.部分教師授課能力欠缺
人工智能課程教育的核心問(wèn)題之一是教授學(xué)生如何通過(guò)設(shè)計(jì)智能機(jī)器來(lái)代替人解決實(shí)際的問(wèn)題。目前，各地中小學(xué)校尚不能保證有專職的人工智能課程教師投入，實(shí)際授課常由信息技術(shù)或數(shù)學(xué)等教師兼任。但這類教師在專業(yè)背景上大多是師范類院校計(jì)算機(jī)及其他專業(yè)，缺乏專業(yè)的人工智能知識(shí)培訓(xùn)和相關(guān)課程開(kāi)發(fā)能力；教研活動(dòng)形式也多局限于理論知識(shí)講解和純編程實(shí)踐，對(duì)跨學(xué)科融合、教師發(fā)展、學(xué)生培養(yǎng)的策略關(guān)注偏少。另外，部分地區(qū)針對(duì)人工智能課程的授課教師缺乏系統(tǒng)性、持續(xù)性的能力提升培訓(xùn)，受各種教學(xué)管理機(jī)制和其他因素限制，導(dǎo)致教師的參培動(dòng)力也明顯不足，部分教師授課能力欠缺，影響實(shí)際教學(xué)工作的開(kāi)展。
3.各地教育資源投入和政策支持力度不均衡
我國(guó)已進(jìn)入教育先行的發(fā)展趨勢(shì)，教育投資的增長(zhǎng)速度超過(guò)了國(guó)民經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)速度，以2019年為例，全國(guó)GDP增速為6%，財(cái)政性教育經(jīng)費(fèi)的增長(zhǎng)速度已達(dá)到8.7%；但各地教育資源和在人工智能教育方面的投入分配存在嚴(yán)重不均衡的現(xiàn)象。仍以2019年為例，黑龍江、遼寧、河北等16省的人均教育經(jīng)費(fèi)遠(yuǎn)低于全國(guó)平均值，而廣東、浙江、上海、北京等地的該項(xiàng)支出則數(shù)倍于全國(guó)平均值，呈現(xiàn)出明顯的地區(qū)差異。另外，各地對(duì)人工智能教育的政策支持力度不一，表2列出了該項(xiàng)支出較高的部分地區(qū)的政策出臺(tái)情況。一般來(lái)說(shuō)，人均教育經(jīng)費(fèi)支出越高，出臺(tái)地方性支持政策就越早越頻繁，普及推廣效果也越好。
表2部分地區(qū)已出臺(tái)的中小學(xué)人工智能教育政策文件
人工智能課程教育的破解之策
基于以上人工智能課程教育中的主要問(wèn)題分析，文章從課程標(biāo)準(zhǔn)建立、教師能力發(fā)展、學(xué)生核心素養(yǎng)培養(yǎng)、教育資源均衡等方面尋求破解之策。
1.基于新課標(biāo)統(tǒng)一認(rèn)知，豐富硬件和實(shí)驗(yàn)室教學(xué)實(shí)踐
2020年，教育部更新發(fā)布了《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》[5]，如表3所示，明確將“人工智能”列為信息技術(shù)的“選擇性必修課”，這其中傳遞了幾點(diǎn)信息：（1）人工智能非常重要，是必修課而不是選修課；（2）人工智能全面融入信息技術(shù)課程，是信息技術(shù)課程下的一個(gè)分支模塊；（3）人工智能短期內(nèi)不會(huì)獨(dú)立成為一門單獨(dú)的學(xué)科。2021年，教育部將發(fā)布K9階段的信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)，建立完善整個(gè)K12階段的包含人工智能在內(nèi)的信息課標(biāo)體系，使得廣大中小學(xué)教師教學(xué)和教材編寫(xiě)“有據(jù)可依”。由此，各地可以結(jié)合新的統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)?shù)貙?shí)際水平，選擇已通過(guò)審定教材或聯(lián)合研發(fā)具有當(dāng)?shù)貙W(xué)校特色的教材。
表3高中信息技術(shù)課程結(jié)構(gòu)（2020版）
由于人工智能教學(xué)具有較強(qiáng)的學(xué)科融合性和動(dòng)手實(shí)踐性，相關(guān)實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)和硬件教具等的配套將變得日益重要，圖1展示了人工智能教育相關(guān)的部分硬件教具示例?？紤]到教育公平的普惠性和教學(xué)的多樣性原則，建議可以吸引接納更多的科技公司等社會(huì)力量參與，在課標(biāo)體系的指導(dǎo)下分類別細(xì)化、分地區(qū)實(shí)施、分步驟推廣。同時(shí)，人工智能教學(xué)還需建立起相應(yīng)的學(xué)業(yè)要求和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，打通教、學(xué)、考、評(píng)、管的閉環(huán)，有效解決目前業(yè)界認(rèn)知不統(tǒng)一、缺乏有效指導(dǎo)的問(wèn)題。
目前，在已開(kāi)展人工智能課程教育的地區(qū)，不少學(xué)校還只有軟件編程實(shí)踐的環(huán)境，有一些學(xué)校具備了硬件及綜合實(shí)踐環(huán)境，但條件參差不一。這需要一方面在有條件的地區(qū)加強(qiáng)重視、繼續(xù)專項(xiàng)投入，另一方面需要引入專家資源建立一定的篩選機(jī)制，確保硬件及綜合實(shí)踐的教學(xué)質(zhì)量。
圖1人工智能教育硬件教具示例
2.以跨學(xué)科為特色優(yōu)化教師能力模型，政策扶持落實(shí)師資培訓(xùn)
人工智能的出現(xiàn)，得益于信息科學(xué)、生理、心理等多種學(xué)科之間的互相促進(jìn)，因此人工智能人才的培養(yǎng)，也必將促進(jìn)人工智能與其他學(xué)科的交叉融合，成為促進(jìn)教與學(xué)發(fā)展的重要推動(dòng)力。圖2展示出人工智能與多學(xué)科的交叉融合。比如，人工智能與生物學(xué)科融合，可以讓學(xué)生從醫(yī)學(xué)成像的視角認(rèn)知人體的生理結(jié)構(gòu)；人工智能與語(yǔ)文學(xué)科融合，可以讓學(xué)生理解機(jī)器是如何生成詩(shī)歌，體會(huì)機(jī)器的藝術(shù)性與人類的藝術(shù)性有何差異；人工智能與美術(shù)學(xué)科融合，通過(guò)生成式對(duì)抗網(wǎng)絡(luò)，可以讓莫奈、梵高等大師“重生”，現(xiàn)場(chǎng)創(chuàng)作出以學(xué)生為主體的畫(huà)作。
圖2人工智能與其他學(xué)科的交叉融合
人工智能學(xué)科具有交叉性強(qiáng)、覆蓋面廣、更迭速度快等特點(diǎn)，因此，對(duì)教師的復(fù)合知識(shí)體系、重構(gòu)教研能力、教學(xué)流程再造水平提出了更高的要求。人工智能教師的能力結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型如圖3所示，首先要滿足包括學(xué)情分析、教學(xué)設(shè)計(jì)、學(xué)法指導(dǎo)和學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)等指標(biāo)在內(nèi)的信息技術(shù)應(yīng)用能力[6]基本要求；其次，基于不同學(xué)科背景教師的能力畫(huà)像，鼓勵(lì)教師發(fā)揮自身積極性和創(chuàng)造性，將不同學(xué)科間的知識(shí)以及知識(shí)與情境關(guān)聯(lián)起來(lái)，開(kāi)展跨學(xué)科教學(xué)課程設(shè)計(jì)、組織實(shí)施和多元評(píng)價(jià)，形成更多更好的教學(xué)實(shí)踐案例，有效彌補(bǔ)單一學(xué)科的短板，豐富多元化多學(xué)科融合發(fā)展。
圖3人工智能學(xué)科教師能力結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型
最后，在人工智能教師的培養(yǎng)制度上，建議多方力量參與，構(gòu)建職前職中一體化的師資培訓(xùn)體系（圖4）。比如在山東青島，教育局通過(guò)將人工智能培訓(xùn)學(xué)習(xí)與教師的考核晉升等關(guān)聯(lián)，鼓勵(lì)教師積極參加培訓(xùn)并付諸實(shí)踐，形成全員學(xué)習(xí)人工智能的氛圍，提升全市教師的人工智能素養(yǎng)水平。
圖4人工智能學(xué)科教師職前職后一體化培訓(xùn)
3.理論與綜合實(shí)踐相結(jié)合，注重培養(yǎng)學(xué)生人工智能核心素養(yǎng)
人工智能教育要注意理論與綜合實(shí)踐相結(jié)合，在《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)學(xué)生的核心能力素養(yǎng)做了細(xì)化要求，便于對(duì)其進(jìn)行全面的綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)，主要包括：（1）計(jì)算思維，學(xué)生能描述人工智能基本認(rèn)知，會(huì)利用應(yīng)用框架搭建簡(jiǎn)單系統(tǒng)；（2）數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新思維，了解人工智能新進(jìn)展新應(yīng)用，適當(dāng)運(yùn)用在學(xué)習(xí)生活中；（3）信息意識(shí)與信息社會(huì)責(zé)任，了解人工智能發(fā)展歷程，客觀認(rèn)識(shí)對(duì)社會(huì)生活影響。
動(dòng)手實(shí)踐教學(xué)分為兩個(gè)方面，一方面是人工智能軟件編程實(shí)踐，旨在培養(yǎng)提高學(xué)生的計(jì)算思維，比如能夠?qū)W習(xí)認(rèn)知常用的人工智能算法模型、順利搭建并訓(xùn)練模型，完成人工智能核心知識(shí)點(diǎn)的動(dòng)手實(shí)踐。另一方面是人工智能硬件及綜合實(shí)踐，比如搭建智能快遞分揀線（圖5）、垃圾自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)、老人防跌倒檢測(cè)關(guān)愛(ài)系統(tǒng)等，旨在培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維和信息意識(shí)，能夠基于特定場(chǎng)景、特定任務(wù)完成相應(yīng)智能硬件的組裝與連接，并與人工智能軟件算法配合，重現(xiàn)理論過(guò)程或解決實(shí)際問(wèn)題。
圖5智能快遞分揀線
4.因地制宜因材施教，解決教育資源不均衡問(wèn)題
《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》[7]中提出，到2022年基本實(shí)現(xiàn)“三全兩高一大”的發(fā)展目標(biāo)，教學(xué)應(yīng)用覆蓋全體教師、學(xué)習(xí)應(yīng)用覆蓋全體適齡學(xué)生、數(shù)字校園建設(shè)覆蓋全體學(xué)校，信息化應(yīng)用水平和師生信息素養(yǎng)普遍提高，建成“互聯(lián)網(wǎng)+教育”大平臺(tái)。目前，教育資源在我國(guó)東西部的分布仍很不均衡，在東部發(fā)達(dá)地區(qū)早已率先完成該目標(biāo)，一些重點(diǎn)中學(xué)甚至?xí)鋫涫嗝麑Ｂ毴斯ぶ悄芙處煟_(kāi)展多門人工智能細(xì)分領(lǐng)域課程（如表4）；而在中西部偏遠(yuǎn)地區(qū)，教育信息化硬件配備仍不齊全，當(dāng)?shù)貙W(xué)校大部分老師的信息化教學(xué)素養(yǎng)仍有欠缺，專職人工智能教師配備更是奢望之談。
對(duì)于東部發(fā)達(dá)地區(qū)的人工智能課程教育，應(yīng)該提供更多豐富的人工智能課程，為學(xué)生提供更多選擇的機(jī)會(huì)，瞄準(zhǔn)創(chuàng)新、引領(lǐng)的定位，為全國(guó)提供參考標(biāo)桿，樹(shù)立燈塔效應(yīng)。對(duì)于中西部地區(qū)，政府應(yīng)該吸引鼓勵(lì)更多企業(yè)發(fā)揮社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng)，結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，組織基礎(chǔ)師資培訓(xùn)，開(kāi)展線上線下多種方式教學(xué)，盡可能的促進(jìn)實(shí)現(xiàn)教育公平。比如在云南，滄源縣教育局與騰訊教育聯(lián)手，通過(guò)可持續(xù)教師培訓(xùn)、完善課程設(shè)置、開(kāi)展編程競(jìng)賽、組織交流活動(dòng)等（圖6），加大力度普及推廣編程教育。迄今為止，剛剛脫貧的滄源縣，編程教育方面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了“在全縣普及中小學(xué)編程教育，從縣城直屬小到邊境村小全覆蓋”。這讓偏遠(yuǎn)地區(qū)的孩子們也能及時(shí)接觸和學(xué)習(xí)到高質(zhì)量的編程課，有機(jī)會(huì)縮短與發(fā)達(dá)地區(qū)的差距。未來(lái)，騰訊將通過(guò)“可持續(xù)社會(huì)價(jià)值創(chuàng)新”的戰(zhàn)略升級(jí)，支持更多的教育創(chuàng)新和鄉(xiāng)村振興，促進(jìn)中西部的人工智能教育發(fā)展，實(shí)現(xiàn)教育公平。
表4東部某重點(diǎn)中學(xué)人工智能課程示例
圖6騰訊教育支持云南省滄源縣中小學(xué)全面開(kāi)展編程教育
總結(jié)
“誰(shuí)掌握了人工智能，誰(shuí)就把握住了未來(lái)！”我國(guó)中小學(xué)人工智能的課程教育目前仍處在探索階段，短時(shí)間內(nèi)不可能一蹴而就，需要我們遵循該學(xué)科課程教育的客觀規(guī)律，依據(jù)相關(guān)課程標(biāo)準(zhǔn)，并鼓勵(lì)在實(shí)踐中不斷探索完善，提升教師的授課能力和學(xué)生的核心素養(yǎng)，通過(guò)政府和企業(yè)等社會(huì)力量的廣泛參與，解決教育資源不均衡的問(wèn)題，為提升全民數(shù)字素養(yǎng)水平共同努力。
