人工智能在中小学教育的现状和改进策略
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摘 要：文章分析了人工智能在中小学教育中的现状和存在的不足，不足方面包括没有制定完善的课程体系、师资力量不足和缺乏良好的外部环境，然后针对这些不足提出了制定完善的课程体系、壮大师资力量、营造良好的外部环境等改进的策略。
关键词：人工智能;人工智能课程;中小学教育;基础教育
中图分类号：G633.67 文章编号：2095-624X（2019）17-0119-02
人工智能这一术语首先在1956年由美国的学者约翰·麦卡锡提出，但由于当时的计算机运算能力的限制，使其只局限于实验室研究，未能广泛应用。随着信息技术的飞速发展，尤其是2016年由谷歌公司研发的人工智能机器人阿尔法狗击败围棋世界冠军李世石，人工智能再次成为全球关注的焦点，并且已经快速地融入社会生活的各个领域，对教育行业也带来了极大的冲击。为此，笔者调查和分析了目前中小学人工智能教育开展的情况，并对存在的问题进行探讨。
一、中小学人工智能教育的现状
人工智能已经成为衡量一个国家科技水平的重要指标，世界各国高度重视人工智能的发展。美国在2016年连续发布了《国家人工智能研究与发展策略规划》和《为人工智能的未来做好准备》两份政府工作报告[1]，是第一个将人工智能发展上升到国家层面的国家。另外，欧盟和日本也发布了人工智能的相关战略和计划[2]。我国也紧跟发达国家的步伐，2017年，国务院印发的《新一代人工智能发展规划》中明确指出：“要把人工智能发展放在国家战略层面系统布局、主动谋划，牢牢把握人工智能发展新阶段国际竞争的战略主动，打造竞争新优势，开拓发展新空间，有效保障国家安全。”而科技创新，必须教育先行，2018年4月教育部印发了《教育信息化2.0行動计划》，明确要求要完善人工智能教育的课程方案和课程标准，以适应信息时代、智能时代发展的需要。
2003年我国中小学开始正式启动人工智能教育，经过十几年的发展，当前的人工智能教育的形式主要是在信息技术、STEAM和创客等课程中加入人工智能的相关内容：在2017年版的《普通高中信息技术课程标准》中，将“人工智能初步”作为选修模块，其包括人工智能基础、简单智能系统开发、人工智能技术的发展与应用三部分[3];有些学校和教师将人工智能课程和STEAM课程相结合，从感知、认知和创新三个层次构建“STEAM+人工智能教育”校本课程体系;也有学校将人工智能和大数据处理等技术融合在“智能家居应用设计”模块和“机器人设计与制作”模块中，以增强学生对人机关系的认识。
二、目前我国中小学人工智能教育的不足
1.缺乏完善的课程体系
目前我国中小学人工智能教育尚处在起步阶段，尚未形成一套完善的课程体系。而课程体系是中小学系统实施人工智能课程的首要条件。虽然在普通高中教育阶段有《人工智能初步》这一课程体系，但在初中和小学阶段尚未有类似的标准，能否套用高中的课程标准，有待进一步的研究和讨论，因为不同年龄段学生的理解和接受能力不同，决定了中小学人工智能课程要有阶段性。另外，由于我国区域经济发展不平衡，沿海经济发达地区和内陆经济欠发达地区的教育投入的差别，决定了不同地区的课程标准也要有所不同。因此，当前最紧迫的任务是组织研究和制定全国性和地方性的中小学人工智能课程体系，明确中小学各个阶段的教学目标、教学任务和教学要求。
2.师资力量不足
人工智能是近年来才发展起来的新学科，技术特性强，目前国内师范院校也是近几年才陆续开设人工智能师范类专业，而且这些院校也集中在北京、上海、广州、天津、杭州、南京等发达城市，尚未全国范围内广泛开展，所以目前人工智能专业教师的数量少之又少，教学经验缺乏。再加上中小学教师的工资待遇仍处于相对比较低的水平，远比其他行业的人工智能领域的从业者工资水平低，部分人工智能专业的师范生毕业后选择从事其他行业，导致中小学校很难招到理想的人工智能专业的教师。另外，很多中小学的人工智能课程都是临时由计算机专业、科学专业的教师来任课，不能保证人工智能课程的教学质量。教师的缺乏，是目前中小学能否全面开展人工智能课程遇到的最大障碍。
3.缺乏良好的外部环境
人工智能教育是信息技术高精尖的产物，技术含量高，理论复杂，学习难度大、周期长，在中小学开展人工智能课程必将是长期的过程。人工智能教育要想开展得好，必将压缩学生学习语数英等课程的时间，产生一定的冲突。而目前我国中小学的应试教育依然是重中之重，与升学考试无关的课程容易受到教育部门和家长的冷落，人工智能课程的开展困难重重。
三、改进策略
1.制定中小学各阶段的人工智能课程体系
笔者认为，人工智能的课程目标应包括：①掌握人工智能的基本概念，从而为进一步学好该课程奠定坚实的基础;②了解和掌握智能机器人的传感器和驱动装置等内部装置的作用和运行过程;③学会编程，从而提高学生的逻辑思维能力和解决问题的能力;④了解组装机器人的过程，从而提高学生的团队合作能力和实践操作能力。不同年龄段学生的认知能力和接受能力不同，决定了中小学人工智能课程要各有侧重点。小学阶段应着重在感受人工智能，可以通过一些小故事，让小学生初步认识到什么是人工智能，然后通过使用各种人工智能产品，让学生感受到人工智能可让机器像人一样看、听、说、想、动，初步体验人工智能的用途，还可以应用Scratch等图形化编程工具，让学生初步了解简单的编程和算法。初中阶段应着重在于体验人工智能，了解人工智能的基本原理，可以设置体验类和简单创作类的活动，让学生感受到人工智能的趣味性，以及应用图形化编程语言，设计出稍微复杂一些的人工智能产品[4]。高中阶段的人工智能课程应侧重于创造创新，注重提高学生的创造力、想象力、整体思考能力和动手能力，可通过Python编程、机器人、数据分析的方式，创造出复杂的人工智能产品，在此过程中培养学生的思维能力、实践能力和创新能力。 2.壮大师资队伍、提高师资水平
首先，全国各地的高等师范院校应紧跟时代的步伐，结合社会经济和科技发展的需要，响应国家大力发展人工智能教育的号召，加紧开设人工智能师范类专业，已经开设此类专业的院校可扩大招生规模，只有这样才能从源头上解决人工智能专业师资力量不足的问题。其次，教育部门和财政部门也要提高中小学教师的工资待遇，吸引更多高层次的人工智能專业的教师扎根中小学课堂，壮大师资队伍。最后，由于人工智能技术的发展日新月异，教师只有不断学习最新的研究成果，才能跟上时代的步伐，才能使学生学到最新的、最前沿的科技，因此，教师还要参加学习班、培训班等继续教育项目，以不断增长自己的知识，教育部门也要多组织教师进行经验交流、授课比赛等活动，来提高人工智能类课程师资队伍的教学水平，提高教学质量。
3.营造良好的外部环境
在国家层面，应出台相关的法律法规，将人工智能课程列为正规的课程写入中小学日常课程，建立和健全人工智能课程教育教学和考核的管理制度，确保人工智能课程能得到顺利和有效的实施，并在舆论上加强宣传，让普罗大众意识到在中小学开展人工智能课程对于国家长远发展和学生个人素质提高的重要性，在民众中形成学科学、爱科学的良好氛围。在学校层面，可开设家长课堂，让家长进一步了解人工智能课程的重要性，争取家长的配合。另外，也要鼓励和支持第三方机构开办人工智能培训班，让学生充分利用课外的时间不断增长知识，与学校人工智能课程形成优势互补，进一步激发学生的潜能。
四、结语
人工智能是近年来热门的话题，即将成为改变生活方式和提高生产效率的革命性技术[5]。随着计算机运算能力、传感器识别能力、存储器存储能力等硬件水平的提升和算法的不断改进，人工智能的发展日新月异，是衡量一个国家的科技创新能力的重要指标，要想让我国的科技创新能力在未来的国际环境中占领制高点，就必须在中小学阶段大力发展人工智能教育。但无论是从国家层面，体制层面，还是教师层面，我们都还处于比较初级的阶段，尚有很长的路要走。因此，从中央到地方，从政府到学校等各级各部门都应高度重视人工智能教育在中小学的开展，应统筹规划人工智能教育课程，壮大师资队伍，提高师资水平，为人工智能教育的顺利开展营造良好的外部环境，为中国人工智能 2030 目标的实现做出新的贡献。
参考文献：
[1]吴传刚.人工智能时代的教育转向及发展理念[J].未来与发展，2018（11）.
[2]吕红军，荆倩倩.中小学开展人工智能教育的现状及改进建议[J].现代教育， 2019（1）.
[3]中华人民共和国教育部.普通高中技术课程标准（实验）[M].北京：人民教育出版社，2003.
[4]费海明.人工智能启蒙教育让人“怦然心动”[J].中国信息技术教育，2017（22）.
[5]魏伊非.人工智能在教育领域的应用[J].集成电路应用，2019（2）.
作者简介：朱杏燕，硕士在读，研究方向：人工智能教育、信息技术教育、创客教育、STEM教育、智慧教育。
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