中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)存在問題及對(duì)策研究
——以人工智能運(yùn)用為例

郭麗娜

(渤海大學(xué) 教育科學(xué)學(xué)院，遼寧 錦州 121013)

0 引言

近來，人工智能逐漸成為我國教育領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)話題。2017年國務(wù)院文件《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[1]中明確要求在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，并指出目前我國人工智能發(fā)展現(xiàn)狀及未來發(fā)展趨勢，以及發(fā)展人工智能的重要性，培養(yǎng)基礎(chǔ)創(chuàng)新能力，快速建設(shè)創(chuàng)新型國家與世界科技強(qiáng)國。

1 研究現(xiàn)狀

1.1 信息技術(shù)發(fā)展概述

人工智能在國內(nèi)中小學(xué)信息技術(shù)課堂的應(yīng)用尚處于起步階段。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，雖然《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》、《2017年中國在線教育行業(yè)白皮書》[2]等文件都表示要將人工智能技術(shù)植入中小學(xué)信息技術(shù)課堂，但鑒于實(shí)施成本與資源等問題，運(yùn)用人工智能技術(shù)較多的中小學(xué)信息技術(shù)課堂大都是發(fā)展較好的一二線城市，三四線城市的使用情況并不好。發(fā)展情況呈兩極化狀態(tài)，越是先起步的學(xué)校，發(fā)展情況越好。對(duì)于后起步，甚至至今尚未開始人工智能相關(guān)課程的學(xué)校，雖然國家屢屢下達(dá)相關(guān)文件，各級(jí)各類學(xué)校也分配到了教學(xué)設(shè)備，但由于師資力量有限，中高考并未有明確要求等原因，使得中小學(xué)信息技術(shù)課堂的發(fā)展停滯不前。

1.2 人工智能輔助信息技術(shù)課堂實(shí)例

溫州市實(shí)驗(yàn)中學(xué)從2012年開始開展創(chuàng)客教育，是國內(nèi)率先將創(chuàng)客教育全面納入學(xué)校課程體系的初級(jí)中學(xué)，經(jīng)過多年的實(shí)踐摸索，形成了多元跨界的“課程樹”課程體系，以模塊化信息課、創(chuàng)客工作坊等五大維度詮釋了新型的教育課程體系，通過借助數(shù)字化工具，倡導(dǎo)造物理念，鼓勵(lì)創(chuàng)想、分享與交流，培養(yǎng)學(xué)生跨學(xué)科解決問題、協(xié)作能力與創(chuàng)新思維的個(gè)性化能力，將創(chuàng)客教育逐步發(fā)展成為學(xué)校創(chuàng)新能力培養(yǎng)的新途徑。

珠海金灣區(qū)的各類中小學(xué)校作為“智慧課堂”、“智學(xué)網(wǎng)”等智能化教學(xué)系統(tǒng)業(yè)務(wù)試點(diǎn)。短短兩年間，師生的高參與度、系統(tǒng)應(yīng)用的常態(tài)化，逐步取得了豐碩的教學(xué)成果。在教學(xué)上，因材施教有教無類等教學(xué)原則得到充分發(fā)揮。教師工作不再繁重，“智慧組卷”與“智能閱卷”能夠幫助智能批改試卷，幫助學(xué)生在知識(shí)薄弱部分進(jìn)行加強(qiáng)，查缺補(bǔ)漏。

北京大學(xué)附屬小學(xué)進(jìn)行的電腦編程與人工智能教育。此類課程深受學(xué)生喜愛，在未開課時(shí)，學(xué)生們爭相報(bào)名參加該課程達(dá)到“爆課”的程度。該課程通過遺傳算法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能知識(shí)進(jìn)行教學(xué)，這些抽象知識(shí)憑借游戲化的教學(xué)過程與圖形化編程的表現(xiàn)形式培養(yǎng)學(xué)生的計(jì)算機(jī)素養(yǎng)、創(chuàng)新思維及動(dòng)手能力。

南京師范大學(xué)附屬中學(xué)樹人學(xué)校開設(shè)的“人工智能進(jìn)課堂”。課程每周一次，每個(gè)課時(shí)70 min，課程主要包含兩個(gè)部分：①對(duì)學(xué)生的人工智能啟蒙教育，讓學(xué)生了解人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)及實(shí)際應(yīng)用；②課程包含目標(biāo)檢測與人臉識(shí)別這兩個(gè)AI熱門技術(shù)的實(shí)踐環(huán)節(jié)，讓學(xué)生了解相關(guān)AI技術(shù)的基礎(chǔ)知識(shí)，指導(dǎo)學(xué)生訓(xùn)練出自己的Al引擎并使用它們檢測出各種物體、識(shí)別出不同人臉。

在教育領(lǐng)域，人工智能技術(shù)具有極大的創(chuàng)新潛力與應(yīng)用前景，我國的基礎(chǔ)教育正面臨著教學(xué)環(huán)境的改變與課程改革的挑戰(zhàn)，是否能夠科學(xué)合理地將人工智能技術(shù)運(yùn)用到教學(xué)是當(dāng)前需要解決的問題。

2 人工智能輔助信息技術(shù)課堂存在的問題

人工智能本身就是一個(gè)模擬人類能力與智慧行為的跨領(lǐng)域?qū)W科[3]，涉及到計(jì)算機(jī)科學(xué)、控制論、信息論、神經(jīng)生理學(xué)、語言學(xué)、心理學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域：信息技術(shù)同樣是一個(gè)跨學(xué)科領(lǐng)域，它關(guān)注學(xué)習(xí)是如何發(fā)生的以及怎樣才能促進(jìn)高效學(xué)習(xí)，涉及到教育學(xué)、心理學(xué)、語言學(xué)、社會(huì)學(xué)等多個(gè)學(xué)科[4]。如此復(fù)雜的一項(xiàng)技術(shù)在中小學(xué)信息技術(shù)課堂中存在著許多阻礙，主要問題如下：

2.1 教師隊(duì)伍匱乏

相對(duì)于其它學(xué)科，信息技術(shù)教師的培養(yǎng)不受重視，能夠進(jìn)行機(jī)器人教學(xué)的教師少之又少。教師素質(zhì)不高與自主研發(fā)能力的缺乏是一大問題，專門培養(yǎng)人工智能技術(shù)人才的學(xué)校寥寥無幾。在此情景下，中小學(xué)教師這個(gè)職業(yè)并不能吸引人工智能技術(shù)人才加入，由于缺少專業(yè)人才，人工智能相關(guān)課程也就難以實(shí)施。

2.2 課程標(biāo)準(zhǔn)難以統(tǒng)一

21世紀(jì)以前，我國只有在沿海發(fā)達(dá)城市的某些優(yōu)質(zhì)高中進(jìn)行人工智能相關(guān)課程，沒有硬性的教育文件規(guī)定相關(guān)內(nèi)容。2003年，教育部《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn))》[5]才將“人工智能初步”選修模塊納入高中信息技術(shù)科目。2017年，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》才明確提出將人工智能相關(guān)課程在中小學(xué)中廣泛應(yīng)用，逐步推廣編程教育。由于各地區(qū)發(fā)展不統(tǒng)一、學(xué)生學(xué)齡有差異、學(xué)生的基礎(chǔ)不同等問題，全國性的統(tǒng)一課程標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺(tái)，具體開課情況還需視情況而論。

2.3 缺乏社會(huì)環(huán)境支持

與國外相比，國內(nèi)一直推行應(yīng)試教育，中考高考對(duì)信息技術(shù)課程并無硬性要求。以美國為例，美國對(duì)于中小學(xué)學(xué)生開設(shè)人工智能課程極為重視，除了日常在學(xué)校參加信息技術(shù)課程與人工智能課程，在課下也會(huì)參加人工智能課程興趣班，并參加校內(nèi)或地區(qū)的比賽。反觀國內(nèi)，做到此等程度學(xué)習(xí)尚有難度。

2.4 缺乏人工智能研究

關(guān)于人工智能，實(shí)踐研究不夠豐富，以機(jī)器人教育為例，國內(nèi)關(guān)于機(jī)器人教育的研究大都是研究綜述與現(xiàn)狀分析，對(duì)人工智能的使用方法鮮有關(guān)注，教學(xué)設(shè)計(jì)、課程開發(fā)與實(shí)踐應(yīng)用等研究十分匱乏。由于缺少實(shí)踐，其教學(xué)評(píng)價(jià)系統(tǒng)難以精確量化，一系列的教學(xué)問題尚未發(fā)現(xiàn)及解決[6]。除此之外，中小學(xué)的機(jī)器人教育存在重基礎(chǔ)輕應(yīng)用、重技術(shù)輕整合的問題[7]。機(jī)器人結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對(duì)于中小學(xué)的學(xué)生來說拆裝困難，效率不高，需要學(xué)生具有較強(qiáng)的空間思維能力。產(chǎn)品設(shè)計(jì)開放性較低，機(jī)器人產(chǎn)品的形態(tài)基本固定，不利于學(xué)生發(fā)散創(chuàng)新思維。教學(xué)設(shè)計(jì)匱乏，教學(xué)內(nèi)容單一，與生活聯(lián)系不夠緊密，研究出適合我國中小學(xué)學(xué)生教學(xué)使用的機(jī)器人也是一個(gè)難題[8]。

3 對(duì)策及建議

3.1 培養(yǎng)優(yōu)秀教師資源

2018年，國務(wù)院《關(guān)于全面深化新時(shí)代教師隊(duì)伍建設(shè)改革的意見》[9]要求：教師應(yīng)主動(dòng)適應(yīng)信息化、人工智能等新技術(shù)變革，積極有效開展教育教學(xué)。教育部教師工作司《2018年工作要點(diǎn)》[10]進(jìn)一步指出，啟動(dòng)“人工高智能+教師隊(duì)伍建設(shè)行動(dòng)”計(jì)劃，應(yīng)對(duì)新技術(shù)變革，探索信息技術(shù)、人工智能等支持教師決策、教師教育、教育教學(xué)、精準(zhǔn)扶貧的新路徑。

基于信息技術(shù)教師的硬性標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)大力培養(yǎng)人工智能課程教師。教師不僅要向?qū)W生傳遞傳統(tǒng)知識(shí)，更要提高自己的創(chuàng)新能力，投身于創(chuàng)新實(shí)踐工作，與時(shí)俱進(jìn)，創(chuàng)新教育理念，改革教學(xué)方法。教育部門要制定政策，鼓勵(lì)發(fā)展創(chuàng)新型專業(yè)人才，對(duì)有希望成為人工智能課程的信息技術(shù)教師進(jìn)行專業(yè)訓(xùn)練，使教師與技術(shù)共發(fā)展。

3.2 建立統(tǒng)一課程標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)在全球已有24個(gè)國家將編程課納入基礎(chǔ)教育體系，國家對(duì)人工智能教育的重視與日俱增，但目前我國還存在中小學(xué)師資匱乏、編程課程培養(yǎng)體系不健全等難題。

因此，在培養(yǎng)專業(yè)教師的同時(shí)，也要確定統(tǒng)一的課程標(biāo)準(zhǔn)。應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知基礎(chǔ)與其年齡的學(xué)習(xí)特點(diǎn)，分別對(duì)該年齡段的學(xué)生做出統(tǒng)一要求，依照統(tǒng)一的人工智能教材，盡快確定統(tǒng)一的國家級(jí)課程標(biāo)準(zhǔn)，為學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能、教師教授課程提供依據(jù)。課程標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)包括教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)標(biāo)準(zhǔn)等教學(xué)理論基礎(chǔ)，為各發(fā)展不平衡地區(qū)給予統(tǒng)一的指導(dǎo)。

3.3 鼓勵(lì)社會(huì)家庭支持人工智能課程

除了學(xué)校方面的支持，應(yīng)鼓勵(lì)社會(huì)與家庭重視人工智能課程。只有當(dāng)一項(xiàng)新技術(shù)引起了社會(huì)的重視，其發(fā)展才會(huì)更快更廣。教育不僅僅是學(xué)校教育，家庭教育也是教育的一種方式。在追求全民信息素養(yǎng)的今天，良好的數(shù)字化成長環(huán)境對(duì)學(xué)生的信息意識(shí)培養(yǎng)好處多多，家長們應(yīng)從幼時(shí)對(duì)孩子進(jìn)行數(shù)字化熏陶，如讓孩子利用網(wǎng)絡(luò)自學(xué)常識(shí)知識(shí)、從小接觸智能機(jī)器人學(xué)習(xí)等。政府應(yīng)鼓勵(lì)社會(huì)開設(shè)人工智能課程興趣班，開展人工智能相關(guān)活動(dòng)，如知識(shí)競賽、創(chuàng)造性技能娛樂活動(dòng)等。

3.4 加強(qiáng)對(duì)人工智能研究

自人工智能出現(xiàn)以來，我國一直都在學(xué)習(xí)國外技術(shù)。吸取他人的研究成果固然重要，但由于中西方教育思維方式的不同，結(jié)合先賢的研究成果發(fā)展本國的人工智能非常有必要。政府與社會(huì)應(yīng)多關(guān)注人工智能研究，為中小學(xué)生人工智能學(xué)習(xí)鋪平道路。

4 結(jié)語

國內(nèi)中小學(xué)信息技術(shù)課堂中對(duì)人工智能技術(shù)的使用正在逐步加深。從最初的“推進(jìn)的信息技術(shù)與教學(xué)的深度融合”，到現(xiàn)在的“對(duì)傳統(tǒng)教育的理念重塑、價(jià)值重建與結(jié)構(gòu)重組”，在這一過程中，信息技術(shù)從淺入深、由弱漸強(qiáng)、自外向內(nèi)地驅(qū)動(dòng)教育變革，信息技術(shù)一定會(huì)成為對(duì)教育變革起決定作用的內(nèi)生要素[11]。

縱觀信息技術(shù)課堂30年的發(fā)展史，雖然發(fā)展緩慢，但卻穩(wěn)步前行。因此，期待未來教育從業(yè)者能夠在人工智能技術(shù)的幫助下，既能進(jìn)行信息技術(shù)教育又能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神與綜合實(shí)踐能力。智慧化教育給國家?guī)硇碌幕盍?，人工智能技術(shù)也將會(huì)成為青少年能力、素質(zhì)培養(yǎng)的重要平臺(tái)。