郭可欣 劉俊強(qiáng)

摘要：近年來(lái)，隨著人工智能的發(fā)展，人工智能教育已逐步滲透到中小學(xué)教育領(lǐng)域，對(duì)我國(guó)創(chuàng)新人才的培養(yǎng)具有重要意義。為了進(jìn)一步了解我國(guó)中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展現(xiàn)狀，本文運(yùn)用文獻(xiàn)分析、內(nèi)容分析等方法，通過(guò)對(duì)部分期刊近五年論文的篩選，從課程、教學(xué)、相關(guān)研究等視角對(duì)我國(guó)中小學(xué)人工智能教育研究的文獻(xiàn)進(jìn)行了較系統(tǒng)的梳理，在此基礎(chǔ)上分析了現(xiàn)階段我國(guó)中小學(xué)人工智能教育研究存在的問(wèn)題以及對(duì)未來(lái)中小學(xué)人工智能教育發(fā)展與研究的啟示，以期為我國(guó)中小學(xué)人工智能教育研究提供參考。

關(guān)鍵詞：中小學(xué);人工智能教育;課程;教學(xué)

中圖分類號(hào)：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?論文編號(hào)：1674-2117（2022）02-0074-05

人工智能教育是指以人工智能的認(rèn)識(shí)、體驗(yàn)、模擬創(chuàng)造和應(yīng)用探索為教學(xué)內(nèi)容的教育活動(dòng)，教學(xué)內(nèi)容豐富且自成體系，具有內(nèi)在的連貫邏輯性。[1]近年來(lái)，我國(guó)高度重視人工智能教育，涌現(xiàn)了許多中小學(xué)人工智能教育的相關(guān)研究，但缺少對(duì)中小學(xué)人工智能教育研究的系統(tǒng)梳理。

● 中小學(xué)人工智能教育研究的基本情況

本文基于中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)定“人工智能教育”為主題、“中小學(xué)、基礎(chǔ)教育”為關(guān)鍵詞進(jìn)行檢索，選定文獻(xiàn)發(fā)表時(shí)間為2016年2月—2021年2月，精簡(jiǎn)處理后得到有效文獻(xiàn)140篇。

1.年發(fā)布量

通過(guò)分析發(fā)表文獻(xiàn)，可知中小學(xué)人工智能教育的相關(guān)研究總體呈上升趨勢(shì)——在2016年涉及量少，自2017年《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》頒布以及“人工智能初步”被列入新課標(biāo)必修模塊后，增幅明顯上升，截至2021年2月份相關(guān)文獻(xiàn)的數(shù)量依然呈現(xiàn)增長(zhǎng)趨勢(shì)。由此可預(yù)估中小學(xué)人工智能教育依然是研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，這也說(shuō)明，我國(guó)在研究人工智能的同時(shí)回歸到了教育本身，較以前更加重視中小學(xué)人工智能課程的開展情況。

2.期刊分布

選擇精簡(jiǎn)處理后的140篇有效文獻(xiàn)導(dǎo)出Excel，并導(dǎo)入到Python中運(yùn)行，統(tǒng)計(jì)文獻(xiàn)發(fā)布量大于2的期刊，并對(duì)部分期刊刊登的42篇文獻(xiàn)進(jìn)行分析可知：中小學(xué)人工智能教育的相關(guān)研究具有較強(qiáng)的專業(yè)性、技術(shù)性，在某種程度上屬于教育技術(shù)研究范疇，因此，其發(fā)展需要教育技術(shù)領(lǐng)域的研究者推動(dòng)和引導(dǎo)。同時(shí)，關(guān)于中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展，研究課程與教育現(xiàn)象的相關(guān)文獻(xiàn)也具一定的代表性。

3.關(guān)鍵詞分析

將選取的42篇文獻(xiàn)通過(guò)Bicomb書目共現(xiàn)軟件進(jìn)行關(guān)鍵詞的提取、統(tǒng)計(jì)、分析，統(tǒng)計(jì)高頻關(guān)鍵詞頻次，將相關(guān)文獻(xiàn)中出現(xiàn)詞頻排在前15位的關(guān)鍵詞視為該領(lǐng)域的高頻關(guān)鍵詞，將數(shù)據(jù)矩陣導(dǎo)入 Ucinet軟件中計(jì)算得出關(guān)鍵詞的中介中心性（如下頁(yè)表）。由表可見，中小學(xué)人工智能教育領(lǐng)域的研究主要圍繞課程、AI教育、模式、策略等展開。主要涉及教學(xué)設(shè)計(jì)、核心素養(yǎng)、信息素養(yǎng)、計(jì)算思維、編程教育等核心關(guān)鍵詞。文獻(xiàn)主要集中在中小學(xué)人工智能教育的課程研究、中小學(xué)人工智能教育的教學(xué)研究、中小學(xué)人工智能教育的各資源建設(shè)研究等方面。

● 中小學(xué)人工智能教育的課程研究

1.課程定位

課程建設(shè)是基于社會(huì)、學(xué)習(xí)者、知識(shí)三者之間矛盾關(guān)系而展開的。要建設(shè)中小學(xué)人工智能教育課程體系，必須正確把握中小學(xué)人工智能課程整體框架。劉棟等基于領(lǐng)域知識(shí)的認(rèn)識(shí)，運(yùn)用泰勒的課程開發(fā)框架構(gòu)建了一種人工智能教育課程群的廣義框架（包含三部分：主干學(xué)科科目組、領(lǐng)域應(yīng)用科目組、基礎(chǔ)學(xué)科科目組），并說(shuō)明了各科目組與知識(shí)領(lǐng)域的映射關(guān)系。[2]于勇等基于對(duì)日本中小學(xué)人工智能教育課程體系進(jìn)行分析，認(rèn)為現(xiàn)階段我國(guó)中小學(xué)人工智能教育體系的建立需與其它現(xiàn)有不同課程進(jìn)行融合，并根據(jù)學(xué)習(xí)者的認(rèn)知特點(diǎn)建立分層實(shí)施步驟。[3]王本陸等將中小學(xué)人工智能教育界定為：使用數(shù)字終端設(shè)備和基于人工智能技術(shù)的數(shù)字化軟件，以培養(yǎng)“創(chuàng)造力、人文素養(yǎng)和計(jì)算思維”為目標(biāo)的跨學(xué)科綜合實(shí)踐課程。[4]綜上所述，研究者們觀點(diǎn)的核心都是人工智能教育課程的整體設(shè)計(jì)要確保不同領(lǐng)域、不同學(xué)科的交叉融合，這種融合也是未來(lái)的一種發(fā)展趨勢(shì)。但由于中小學(xué)人工智能教育的內(nèi)容具有一定的復(fù)雜性與煩瑣性，如何將二者進(jìn)行融合，目前還沒(méi)有特別成熟的理論和實(shí)踐研究來(lái)支撐。

2.課程目標(biāo)

中小學(xué)人工智能課程目標(biāo)規(guī)定著教學(xué)目標(biāo)的指向。從現(xiàn)有的研究結(jié)果來(lái)看，研究者對(duì)課程目標(biāo)的定位各有偏重。有研究表明，全面推進(jìn)人工智能教育，主要指向培養(yǎng)學(xué)生的編程能力與計(jì)算思維。[5]此類觀點(diǎn)偏重于培養(yǎng)人工智能的專業(yè)人才。張丹等認(rèn)為人工智能課程目標(biāo)需要從操作技能訓(xùn)練轉(zhuǎn)向信息素養(yǎng)提升，重在培養(yǎng)學(xué)生的信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化實(shí)踐能力。[6]此類觀點(diǎn)偏重于培養(yǎng)人工智能時(shí)代全面發(fā)展的人。方圓媛等認(rèn)為中小學(xué)階段開設(shè)人工智能課程，不是學(xué)習(xí)編程技術(shù)，也不是使用人工智能產(chǎn)品，而是幫助學(xué)生形成一定的思維能力，學(xué)會(huì)解決問(wèn)題的方式方法，學(xué)會(huì)適應(yīng)智能環(huán)境，或?yàn)樽呱螦I專業(yè)道路奠基。[7]綜合以上觀點(diǎn)可知，定向于人工智能教育的課程目標(biāo)不僅要培養(yǎng)未來(lái)AI專業(yè)人才，更要培養(yǎng)適應(yīng)人工智能時(shí)代全面發(fā)展人。

3.課程內(nèi)容

課程內(nèi)容是課程建設(shè)的重點(diǎn)，因此課程內(nèi)容體系受到了諸多研究者的關(guān)注。陳凱泉等認(rèn)為應(yīng)根據(jù)學(xué)段以體驗(yàn)、操作、設(shè)計(jì)為側(cè)重點(diǎn)將人工智能課程定位為技術(shù)類課程，認(rèn)為小學(xué)設(shè)置的相關(guān)內(nèi)容應(yīng)圍繞程序設(shè)計(jì)與感受機(jī)器人，獲得感性經(jīng)驗(yàn);初中應(yīng)培養(yǎng)機(jī)器人制作與應(yīng)用技能，解決學(xué)習(xí)與生活中的問(wèn)題;高中應(yīng)了解程序設(shè)計(jì)思想與基本編程方法，發(fā)展學(xué)生個(gè)性，形成人工智能信息文化能力。[8]謝忠新等參考了皮亞杰的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律理論設(shè)計(jì)了中小學(xué)人工智能的課程目標(biāo)，并據(jù)此從感悟、體驗(yàn)、創(chuàng)新三個(gè)側(cè)重點(diǎn)提出了相應(yīng)的課程內(nèi)容體系。[9]王本陸等從人工智能課程專業(yè)性的角度出發(fā)，將人工智能課程內(nèi)容設(shè)置為從邊緣到中心逐級(jí)增強(qiáng)的課程層系統(tǒng)。[10]

通過(guò)上述研究者的研究可以看出，雖然研究者們提出的課程內(nèi)容角度不同、學(xué)段劃分不同、課程定位不同，但是“體驗(yàn)”“創(chuàng)新”是這些課程內(nèi)容體系中的共同組成要素。有鑒于此，“體驗(yàn)”是中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容設(shè)計(jì)的靈魂，體驗(yàn)可以引發(fā)興趣，在中小學(xué)階段人工智能內(nèi)容的設(shè)計(jì)要避免復(fù)雜，主要是保護(hù)和發(fā)展學(xué)習(xí)者的人工智能興趣，培養(yǎng)人工智能素養(yǎng)以及培養(yǎng)創(chuàng)新能力。

4.課程資源

課程資源是進(jìn)行人工智能教育的實(shí)施載體，在課程建設(shè)中有著重要的地位。有研究表明，人工智能教育裝備之間需彼此配合，如智能編程平臺(tái)和智能機(jī)器人的配合才能實(shí)現(xiàn)人工智能的體驗(yàn)教學(xué)與實(shí)踐教學(xué)。[11]同時(shí)，有研究提出，教材是最有影響力的課程資源，是開展教學(xué)的重要依據(jù)和示范。[12]到 2020年7月，我國(guó)已開發(fā)出45本有關(guān)中小學(xué)人工智能教育相關(guān)的教材。[13]盡管到目前為止我國(guó)仍缺乏人工智能課程資源，但這些研究與政策的頒布為課程資源的建設(shè)提供了著手的方向與角度。

5.課程評(píng)價(jià)

從參與評(píng)價(jià)主體來(lái)講，中小學(xué)人工智能課程評(píng)價(jià)可以從實(shí)施者、設(shè)計(jì)者、管理者、學(xué)習(xí)者等方面進(jìn)行較為全面的評(píng)價(jià)，但就實(shí)施情況而言，課程評(píng)價(jià)主體比較單一。從評(píng)價(jià)方式來(lái)講，詹澤慧等基于對(duì)高中四冊(cè)《人工智能初步》教材的內(nèi)容分析，認(rèn)為評(píng)價(jià)方式應(yīng)以基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)為主、知識(shí)檢測(cè)為輔，更關(guān)注學(xué)生高階能力的發(fā)展[14]，還有研究者認(rèn)為評(píng)價(jià)方式應(yīng)以過(guò)程性評(píng)價(jià)中的問(wèn)題提出、課堂互動(dòng)以及總結(jié)性評(píng)價(jià)中的知識(shí)自檢、自評(píng)總結(jié)為主。[15]從使用評(píng)價(jià)工具來(lái)講，各研究者只是發(fā)現(xiàn)了課程中缺乏“評(píng)價(jià)量規(guī)”等工具的使用等問(wèn)題，但并未給出具體解決措施。綜上所述，到目前為止，對(duì)中小學(xué)人工智能課程評(píng)價(jià)的關(guān)注度不高，對(duì)評(píng)價(jià)主體、評(píng)價(jià)內(nèi)容、評(píng)價(jià)方式、評(píng)價(jià)工具等還未形成一個(gè)相對(duì)完整的體系。

● 中小學(xué)人工智能教育的教學(xué)研究

人工智能屬于計(jì)算機(jī)學(xué)科的分支，將其知識(shí)納入中小學(xué)課程，對(duì)于學(xué)習(xí)者而言具有一定難度。并且作為綜合實(shí)踐類課程，傳統(tǒng)的授遞教學(xué)模式已不適合。因此，國(guó)內(nèi)研究者在2008年就提出了以真實(shí)性為關(guān)鍵的情境化教學(xué)模式、以問(wèn)題探索為核心的基于問(wèn)題的教學(xué)模式、以案例為難點(diǎn)的基于案例的教學(xué)模式[16]，這些教學(xué)模式的主要目的就是增強(qiáng)學(xué)習(xí)者的體驗(yàn)性。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步的探索，有研究者基于體驗(yàn)性，針對(duì)人工智能教育的跨學(xué)科與實(shí)踐的應(yīng)用性，提出了任務(wù)驅(qū)動(dòng)式、融入游戲化機(jī)制的探究式教學(xué)[17]，這些教學(xué)模式使跨學(xué)科知識(shí)在體驗(yàn)、實(shí)踐應(yīng)用中習(xí)得，使教學(xué)效果更加有效。研究發(fā)現(xiàn)，更多的研究者在討論基于“項(xiàng)目—任務(wù)—活動(dòng)”的項(xiàng)目式教學(xué)模式，此模式在體驗(yàn)、應(yīng)用的基礎(chǔ)上，更強(qiáng)調(diào)發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)造力、人文素養(yǎng)、計(jì)算思維等。[18]可見，研究者們認(rèn)為在選擇中小學(xué)人工智能教育的教學(xué)模式時(shí)，要以體驗(yàn)性、實(shí)踐性為基礎(chǔ)，在項(xiàng)目中融合多學(xué)科知識(shí)，充分發(fā)揮學(xué)習(xí)者的主動(dòng)性，最終目的是發(fā)展學(xué)習(xí)者的核心能力。

相較于中小學(xué)人工智能教育課程層面的研究，教學(xué)層面的研究文獻(xiàn)數(shù)量相對(duì)較少，研究視角也相對(duì)局限，僅停留在教學(xué)模式的探討上。

● 中小學(xué)人工智能教育的其他相關(guān)研究

研究者們除了探討中小學(xué)人工智能課程和教學(xué)研究之外，還在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究和探索。

第一，從改進(jìn)課程實(shí)施相關(guān)建議看，相關(guān)研究者認(rèn)為課程標(biāo)準(zhǔn)、課程設(shè)置、教材選用、資金保障、人工智能課程如何與其他學(xué)科融合等方面是現(xiàn)階段人工智能教育面臨的難題。因此，教育行政部門應(yīng)采取措施，發(fā)揮自身引導(dǎo)作用，組織各類教育人員研制完整的中小學(xué)人工智能課程標(biāo)準(zhǔn)體系，研發(fā)教材，并且提供相應(yīng)的政策資金支持。

第二，從外部資源建設(shè)與利用看，研究者對(duì)于中小學(xué)如何與高校、企業(yè)、社會(huì)機(jī)構(gòu)合作，如何改善人工智能教育生態(tài)圈有共同的看法，認(rèn)為學(xué)?？苫诮逃鷳B(tài)圈的理念，通過(guò)與其他企業(yè)、社會(huì)機(jī)構(gòu)合作，建設(shè)人工智能平臺(tái)、學(xué)習(xí)空間等，實(shí)現(xiàn)資源共享，隨時(shí)可學(xué)。[19]

第三，從師資隊(duì)伍建設(shè)看，張志新[20]、張珊珊[21]等認(rèn)為教育部門應(yīng)建立中小學(xué)人工智能教師資格認(rèn)定制度，并從職前職后兩個(gè)角度進(jìn)行討論：從職前教育看，目前還沒(méi)有專門培養(yǎng)人工智能師資的專業(yè);從職后教育看，中小學(xué)可進(jìn)行各類教師培訓(xùn)項(xiàng)目，如“國(guó)培”“省培”等提高教師相關(guān)業(yè)務(wù)能力。又有研究者認(rèn)為，中小學(xué)很難招聘到精通人工智能和教育的跨學(xué)科人才，培養(yǎng)人工智能師范專業(yè)教師又不具現(xiàn)實(shí)性，信息技術(shù)教師仍然是人工智能課程開發(fā)與建設(shè)的主力軍。[22]盡管研究者研究的師資建設(shè)方向不同，但不論何種培養(yǎng)方式，都能夠推進(jìn)人工智能師資隊(duì)伍的建設(shè)。

● 問(wèn)題及啟示

綜上所述，盡管中小學(xué)人工智能教育越來(lái)越受到人們關(guān)注，以往也對(duì)中小學(xué)人工智能課程、教學(xué)、策略等進(jìn)行了研究，但現(xiàn)有研究仍存在一些問(wèn)題。

1.對(duì)中小學(xué)人工智能課程的定位界定不清

我國(guó)多數(shù)研究者認(rèn)為人工智能課程主要是培養(yǎng)人的創(chuàng)造力、人文素養(yǎng)和計(jì)算思維。但是教師在課程實(shí)施過(guò)程中卻著重培養(yǎng)了學(xué)習(xí)者的操作技能，產(chǎn)生這種情況的原因主要是對(duì)人工智能課程定位不清。現(xiàn)階段定位主要存在以下幾個(gè)誤區(qū)：①將人工智能課程等同于計(jì)算機(jī)技術(shù)課程;②將創(chuàng)客教育、機(jī)器人教育、STEAM教育的內(nèi)容都?xì)w納為人工智能教育課程;③將人工智能課程狹義理解為Python等編程語(yǔ)言課程。由于對(duì)課程定位的不清，人工智能課程的培養(yǎng)目標(biāo)也出現(xiàn)了偏差。因此，在未來(lái)的研究中可以對(duì)人工智能的課程定位進(jìn)行深入探索。例如，將中小學(xué)人工智能教育的各種概念進(jìn)行分類，以便對(duì)課程進(jìn)行準(zhǔn)確定位，使中小學(xué)人工智能教育的培養(yǎng)目標(biāo)不易發(fā)生偏離;還可以將STEM教育、創(chuàng)客教育、機(jī)器人教育的教育理念融合到中小學(xué)人工智能課程中，但這種融合不等于過(guò)分模仿，過(guò)分模仿會(huì)導(dǎo)致中小學(xué)人工智能課程定位泛化。

2.對(duì)中小學(xué)人工智能教育的師資隊(duì)伍建設(shè)方向不明確

研究者認(rèn)為，中小學(xué)人工智能教師可由信息技術(shù)教師擔(dān)任，但絕大部分信息技術(shù)教師具備的專業(yè)知識(shí)與能力還未能達(dá)到人工智能專業(yè)教師的要求。又由于人工智能所學(xué)領(lǐng)域廣、內(nèi)容更新快，技術(shù)應(yīng)用多，需不斷學(xué)習(xí)，非專業(yè)人工智能教師很難確保人工智能課程的順利實(shí)施。同時(shí)兼任兩職的信息技術(shù)教師，是該學(xué)習(xí)人工智能知識(shí)、技術(shù)，還是保障教學(xué)順利實(shí)施？怎樣兼顧？本文認(rèn)為可探討一種“雙師型”的信息技術(shù)教師，各中小學(xué)可請(qǐng)高等院校人工智能專業(yè)的教師進(jìn)入中小學(xué)兼職授課，并向本校的信息技術(shù)教師講授人工智能知識(shí)，以此推動(dòng)中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展。我國(guó)也可制定相關(guān)政策來(lái)解決教師的培養(yǎng)問(wèn)題，如在高校開設(shè)專門的人工智能教師專業(yè)，填補(bǔ)人工智能教育教師的缺口。

3.對(duì)中小學(xué)人工智能教育的實(shí)踐研究偏少

從文獻(xiàn)角度分析，我國(guó)中小學(xué)人工智能教育仍以理論層面的探討為主，如許多研究者都著重于從理論上分析中小學(xué)人工智能教育課程應(yīng)與學(xué)科課程融合，但普遍缺乏實(shí)踐探索，沒(méi)有形成比較成熟的實(shí)踐研究成果。因此，有必要將理論的相關(guān)研究成果運(yùn)用到人工智能教育的課程實(shí)施中，把定量研究與定性研究相結(jié)合，避免空中閣樓、紙上談兵，用實(shí)踐研究成果指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐。

4.對(duì)中小學(xué)人工智能教育課程的評(píng)價(jià)關(guān)注度不高

從現(xiàn)有的文獻(xiàn)來(lái)看，中小學(xué)人工智能教育的評(píng)價(jià)體系是一個(gè)比較新的領(lǐng)域?，F(xiàn)有的中小學(xué)人工智能課程教學(xué)評(píng)價(jià)主體比較單一，評(píng)價(jià)內(nèi)容簡(jiǎn)化，評(píng)價(jià)工具缺乏。2020年國(guó)務(wù)院印發(fā)了《深化新時(shí)代教育評(píng)價(jià)改革總體方案》，提出了教育評(píng)價(jià)需改進(jìn)結(jié)果評(píng)價(jià)，強(qiáng)化過(guò)程評(píng)價(jià)，探索增值評(píng)價(jià)，健全綜合評(píng)價(jià)，充分利用信息技術(shù)，提高教育評(píng)價(jià)的科學(xué)性、專業(yè)性、客觀性[23]，可見，科學(xué)的評(píng)價(jià)體系對(duì)教育有著至關(guān)重要的作用。因此，在未來(lái)的研究中，研究者可依據(jù)此文件對(duì)中小學(xué)人工智能教育中各評(píng)價(jià)問(wèn)題進(jìn)行深入探索，如可基于課程培養(yǎng)目標(biāo)、課程內(nèi)容、課程資源等宏觀層面進(jìn)行全方位、多元化的評(píng)價(jià)，也可探討某個(gè)領(lǐng)域如學(xué)生對(duì)知識(shí)內(nèi)容建構(gòu)過(guò)程的評(píng)價(jià)，關(guān)注學(xué)生課前、課中、課后的知識(shí)體系動(dòng)態(tài)變化，制訂適合的評(píng)價(jià)量表進(jìn)行測(cè)量，逐漸健全完善評(píng)價(jià)體系。

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作者簡(jiǎn)介：郭可欣（1997—），女，哈爾濱師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)碩士研究生;劉俊強(qiáng)（1965—），男，哈爾濱師范大學(xué)教育科學(xué)學(xué)院教授，碩士生導(dǎo)師，副院長(zhǎng)。