中小学信息技术教学存在问题及对策研究——以人工智能运用为例

郭丽娜

(渤海大学 教育科学学院，辽宁 锦州 121013)

0 引言

近来，人工智能逐渐成为我国教育领域研究的热点话题。2017年国务院文件《新一代人工智能发展规划》[1]中明确要求在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，并指出目前我国人工智能发展现状及未来发展趋势，以及发展人工智能的重要性，培养基础创新能力，快速建设创新型国家与世界科技强国。

1 研究现状

1.1 信息技术发展概述

人工智能在国内中小学信息技术课堂的应用尚处于起步阶段。调查发现，虽然《新一代人工智能发展规划》、《2017年中国在线教育行业白皮书》[2]等文件都表示要将人工智能技术植入中小学信息技术课堂，但鉴于实施成本与资源等问题，运用人工智能技术较多的中小学信息技术课堂大都是发展较好的一二线城市，三四线城市的使用情况并不好。发展情况呈两极化状态，越是先起步的学校，发展情况越好。对于后起步，甚至至今尚未开始人工智能相关课程的学校，虽然国家屡屡下达相关文件，各级各类学校也分配到了教学设备，但由于师资力量有限，中高考并未有明确要求等原因，使得中小学信息技术课堂的发展停滞不前。

1.2 人工智能辅助信息技术课堂实例

温州市实验中学从2012年开始开展创客教育，是国内率先将创客教育全面纳入学校课程体系的初级中学，经过多年的实践摸索，形成了多元跨界的“课程树”课程体系，以模块化信息课、创客工作坊等五大维度诠释了新型的教育课程体系，通过借助数字化工具，倡导造物理念，鼓励创想、分享与交流，培养学生跨学科解决问题、协作能力与创新思维的个性化能力，将创客教育逐步发展成为学校创新能力培养的新途径。

珠海金湾区的各类中小学校作为“智慧课堂”、“智学网”等智能化教学系统业务试点。短短两年间，师生的高参与度、系统应用的常态化，逐步取得了丰硕的教学成果。在教学上，因材施教有教无类等教学原则得到充分发挥。教师工作不再繁重，“智慧组卷”与“智能阅卷”能够帮助智能批改试卷，帮助学生在知识薄弱部分进行加强，查缺补漏。

北京大学附属小学进行的电脑编程与人工智能教育。此类课程深受学生喜爱，在未开课时，学生们争相报名参加该课程达到“爆课”的程度。该课程通过遗传算法、神经网络等人工智能知识进行教学，这些抽象知识凭借游戏化的教学过程与图形化编程的表现形式培养学生的计算机素养、创新思维及动手能力。

南京师范大学附属中学树人学校开设的“人工智能进课堂”。课程每周一次，每个课时70 min，课程主要包含两个部分：①对学生的人工智能启蒙教育，让学生了解人工智能、机器学习及实际应用；②课程包含目标检测与人脸识别这两个AI热门技术的实践环节，让学生了解相关AI技术的基础知识，指导学生训练出自己的Al引擎并使用它们检测出各种物体、识别出不同人脸。

在教育领域，人工智能技术具有极大的创新潜力与应用前景，我国的基础教育正面临着教学环境的改变与课程改革的挑战，是否能够科学合理地将人工智能技术运用到教学是当前需要解决的问题。

2 人工智能辅助信息技术课堂存在的问题

人工智能本身就是一个模拟人类能力与智慧行为的跨领域学科[3]，涉及到计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、语言学、心理学等多个领域：信息技术同样是一个跨学科领域，它关注学习是如何发生的以及怎样才能促进高效学习，涉及到教育学、心理学、语言学、社会学等多个学科[4]。如此复杂的一项技术在中小学信息技术课堂中存在着许多阻碍，主要问题如下：

2.1 教师队伍匮乏

相对于其它学科，信息技术教师的培养不受重视，能够进行机器人教学的教师少之又少。教师素质不高与自主研发能力的缺乏是一大问题，专门培养人工智能技术人才的学校寥寥无几。在此情景下，中小学教师这个职业并不能吸引人工智能技术人才加入，由于缺少专业人才，人工智能相关课程也就难以实施。

2.2 课程标准难以统一

21世纪以前，我国只有在沿海发达城市的某些优质高中进行人工智能相关课程，没有硬性的教育文件规定相关内容。2003年，教育部《普通高中技术课程标准(实验)》[5]才将“人工智能初步”选修模块纳入高中信息技术科目。2017年，《新一代人工智能发展规划》才明确提出将人工智能相关课程在中小学中广泛应用，逐步推广编程教育。由于各地区发展不统一、学生学龄有差异、学生的基础不同等问题，全国性的统一课程标准尚未出台，具体开课情况还需视情况而论。

2.3 缺乏社会环境支持

与国外相比，国内一直推行应试教育，中考高考对信息技术课程并无硬性要求。以美国为例，美国对于中小学学生开设人工智能课程极为重视，除了日常在学校参加信息技术课程与人工智能课程，在课下也会参加人工智能课程兴趣班，并参加校内或地区的比赛。反观国内，做到此等程度学习尚有难度。

2.4 缺乏人工智能研究

关于人工智能，实践研究不够丰富，以机器人教育为例，国内关于机器人教育的研究大都是研究综述与现状分析，对人工智能的使用方法鲜有关注，教学设计、课程开发与实践应用等研究十分匮乏。由于缺少实践，其教学评价系统难以精确量化，一系列的教学问题尚未发现及解决[6]。除此之外，中小学的机器人教育存在重基础轻应用、重技术轻整合的问题[7]。机器人结构复杂，对于中小学的学生来说拆装困难，效率不高，需要学生具有较强的空间思维能力。产品设计开放性较低，机器人产品的形态基本固定，不利于学生发散创新思维。教学设计匮乏，教学内容单一，与生活联系不够紧密，研究出适合我国中小学学生教学使用的机器人也是一个难题[8]。

3 对策及建议

3.1 培养优秀教师资源

2018年，国务院《关于全面深化新时代教师队伍建设改革的意见》[9]要求：教师应主动适应信息化、人工智能等新技术变革，积极有效开展教育教学。教育部教师工作司《2018年工作要点》[10]进一步指出，启动“人工高智能+教师队伍建设行动”计划，应对新技术变革，探索信息技术、人工智能等支持教师决策、教师教育、教育教学、精准扶贫的新路径。

基于信息技术教师的硬性标准，应大力培养人工智能课程教师。教师不仅要向学生传递传统知识，更要提高自己的创新能力，投身于创新实践工作，与时俱进，创新教育理念，改革教学方法。教育部门要制定政策，鼓励发展创新型专业人才，对有希望成为人工智能课程的信息技术教师进行专业训练，使教师与技术共发展。

3.2 建立统一课程标准

据统计现在全球已有24个国家将编程课纳入基础教育体系，国家对人工智能教育的重视与日俱增，但目前我国还存在中小学师资匮乏、编程课程培养体系不健全等难题。

因此，在培养专业教师的同时，也要确定统一的课程标准。应根据学生的认知基础与其年龄的学习特点，分别对该年龄段的学生做出统一要求，依照统一的人工智能教材，尽快确定统一的国家级课程标准，为学生学习人工智能、教师教授课程提供依据。课程标准应包括教学目标、教学内容、教学标准等教学理论基础，为各发展不平衡地区给予统一的指导。

3.3 鼓励社会家庭支持人工智能课程

除了学校方面的支持，应鼓励社会与家庭重视人工智能课程。只有当一项新技术引起了社会的重视，其发展才会更快更广。教育不仅仅是学校教育，家庭教育也是教育的一种方式。在追求全民信息素养的今天，良好的数字化成长环境对学生的信息意识培养好处多多，家长们应从幼时对孩子进行数字化熏陶，如让孩子利用网络自学常识知识、从小接触智能机器人学习等。政府应鼓励社会开设人工智能课程兴趣班，开展人工智能相关活动，如知识竞赛、创造性技能娱乐活动等。

3.4 加强对人工智能研究

自人工智能出现以来，我国一直都在学习国外技术。吸取他人的研究成果固然重要，但由于中西方教育思维方式的不同，结合先贤的研究成果发展本国的人工智能非常有必要。政府与社会应多关注人工智能研究，为中小学生人工智能学习铺平道路。

4 结语

国内中小学信息技术课堂中对人工智能技术的使用正在逐步加深。从最初的“推进的信息技术与教学的深度融合”，到现在的“对传统教育的理念重塑、价值重建与结构重组”，在这一过程中，信息技术从浅入深、由弱渐强、自外向内地驱动教育变革，信息技术一定会成为对教育变革起决定作用的内生要素[11]。

纵观信息技术课堂30年的发展史，虽然发展缓慢，但却稳步前行。因此，期待未来教育从业者能够在人工智能技术的帮助下，既能进行信息技术教育又能培养学生的创新精神与综合实践能力。智慧化教育给国家带来新的活力，人工智能技术也将会成为青少年能力、素质培养的重要平台。