中小学人工智能教育的现实矛盾研究

摘   要  在中小学开展人工智能普及教育面临“高”与“低”、“新”与“旧”、“博”与“精”、“需”与“缺”四方面的现实矛盾，需要通过科学定位课程目标、有机整合相关课程、系统设计教学内容、加强师资培训和教学装备等资源建设以纾解相关矛盾。

关键词  人工智能   人工智能教育   人工智能课程   现实矛盾

近年来人工智能快速发展，已逐渐成为技术的热点，其发展水平也成为衡量各国科技综合实力的重要指标。在这样的时代背景下，开展人工智能教育，让学生接触和了解人工智能，适应智慧社会的生活和工作，为该领域人才的梯队建设奠定基础，成为当务之急。2019年5月，教育部部长陈宝生在国际人工智能与教育大会指出，中国要走好未来智能教育发展的“普及之路、融合之路、变革之路、创新之路”，要“根据大中小学生的不同认知特点，让人工智能新技术、新知识进学科、进专业、进课程、进教材、进课堂、进教案、进学生头脑，让学生对人工智能有基本的意识、基本的概念、基本的素养、基本的兴趣”[1]。一些中小学自发地以选修课、社团、兴趣小组等组织形式，积极进行人工智能教育探索，在积累了一些经验、取得了一定成效的同时，仍面临不少困难，暴露出不少问题。冷静地观察和分析，笔者认为，要系统化、稳步推进人工智能教育，一些关键性的现实矛盾亟待引起关注并加以纾解。

一、“高”与“低”的矛盾

一般认为，人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门技术科学[2]。作为一门新兴的交叉学科，人工智能除涉及信息科学外，还涉及到脑科学、神经科学、认知心理学等，包含计算硬件、大数据、各类算法等多领域知识。相比人工智能这个“高深学问”，中小学生无论在知识基础、实践经验、理解能力等方面都处于“低级水平”，两者之间存在巨大的“落差”。这种“落差”是课程开发者首先要面对和回应的挑战。比如，人工智能涉及许多复杂的原理算法，如果“不加修饰”地呈现，肯定会打击学生的学习兴趣和信心，令他们望而却步;如果完全回避，学生只是体验技术的应用，将沦为只知“皮毛”的“门外汉”，还可能导致他们对人工智能的认知神秘化，觉得高不可攀。不难看出，对“高端”的技术与“低端”的基础进行有效对接，是人工智能教育成败的关键。要解决这个难题，可以从以下几方面着手。

1.科学定位人工智能教育目标

人工智能对于青少年而言，其育人价值和功能是什么？笔者研究团队认为，在中小学开展人工智能教育，一方面帮助中小学生了解人工智能对现代社会的影响，关注相关前沿知识，发展人工智能意识和信息伦理道德;另一方面帮助他们增长技术应用技能，激发利用人工智能技术创建美好世界的情感。人工智能课程对学生的人工智能意识、技术创新思维、应用实践能力和智慧社会责任等方面的素养具有极其重要的促进作用[3]。

2.合理分解人工智能教育目标

人工智能教育目标既涉及认知性目标，又包含方法性目标、情感性目标，可以按年级、学段，结合学生实际基础和能力，由低到高划分为不同阶段，有梯度、有侧重地设定。比如，在入门阶段，让学生体验人工智能产品的应用，体会人工智能技术的价值，重在激发对人工智能的兴趣和学习热情;在奠基阶段，讓学生了解人工智能的发展，知道基本概念和基础原理，将知识应用于实践，重在强化人工智能意识，引导学生将兴趣转化为主动思考和钻研;在提升阶段，让学生利用模块化的软硬件资源，模仿和创新开发具有一定“智能”的程序及机器人，提升其运用智慧造福社会的自信心、责任感。

3.加工转化人工智能教育内容

人工智能教育应追求深入浅出，既不能停留在简单体验、浅尝辄止，又不能追求学术体系、高深莫测。这需要技术专家和教育专家联手研发，把握学生认知规律，结合学生生活经验，基于学生能力水平，努力将复杂深奥的知识进行加工、转化成既浅显易懂，又典型透彻的讲解、事例以及易实施、有趣味的实践活动。这样有助于教学的开展，又有利于学生进行探究发现式学习。

二、“新”与“旧”的矛盾

当前不少冠以“人工智能”的课程、教材或校外教育，给人有名无实之感——贴上了“AI”的标签，但内容相比以往的编程、机器人等课程没有明显变化。这种做法，既干扰了人工智能课程的推进，也丢失了自己的“阵地”。

1.找准课程间相通之处，进行有效整合

如何解决这种“新”与“旧”的矛盾？笔者认为，应避免走两个极端，一是以旧充新，一是弃旧从新。尽管人工智能与这些传统学科有难以割舍的联系，但绝不意味相互之间可以简单地画等号。需要冷静思考：人工智能与传统编程、机器人、劳动技术、创客教育等课程是什么关系？相互之间的相同、相通之处和不同不处在哪里？如何建立关联使之相互支撑？等等。以智能机器人为例，它是传统机器人的智能化升级版本，自然也不能与传统的传感技术和程序控制技术完全割裂。

不能把课程建设简化为无休止地在学科数量和知识容量上“做加法”，应找准学科之间在育人上的共通之处、内容上的相关之处进行有效整合。比如，自2003年起，普通高中新课程中就将人工智能设置为信息技术的一个选修模块。再如，人工智能教育与创客教育在目标上具有同质性：从技术应用角度，人工智能相关技术能为创客教育赋予更广阔的创意平台与创意空间;从人才培养角度，创客教育所培养的创新人才将助力未来人工智能的多元创新发展[4]。

2.协调相关课程关系，发挥各自价值

人工智能固然令人热血沸腾，使人趋之若鹜，但其课程体系、教学内容的构建尚需时日，且有待实践检验和优化完善。因此，梳理、协调好它与已有的信息技术、劳动技术、科学、研究性学习、创客、STEM等课程的关系，是开发人工智能课程和开展人工智能教育的前提。

教育者要有定力：学科各有自身的价值，共同实现育人的目的。进行课程整合，不能把旧课程“整”没了，让人工智能“一统天下”。应系统化地构建内容丰富、相互关联，有层次、可选择的课程体系。

三、“博”与“精”的矛盾

“博而不精”一词常用来形容一个人学识丰富但不精深，有批评之意。反之，“精而不博”似乎也不全是夸赞之意。而穷尽一生，也没有人能做到又“博”又“精”。因此，处理好两者的矛盾是每个人都要面对的问题。同样，它也适用于人工智能教育的开展。

1.摒弃对系统性和学术性的盲目追求

人工智能“博”在何处？从应用领域来说，其应用及产品也已广泛融入人们的工作、生活和学习之中，并日益嵌入各种智能产品、智慧应用、智慧系统或行业（领域）之中，如智慧交通、智慧金融、智慧医疗、智慧校园、智慧农业等[5]，几乎“无所不能”，且发展势头迅猛;从关键技术来说，支撑它的技术涵盖机器学习、知识图谱、自然语言处理、计算机视觉、人机交互、生物特征识别、虚拟现实、增强现实等;从内容属性来说，包括概念、原理、算法、实践、安全、伦理等。然而，学生的学习，首先面临的是知识的无限与时间精力的有限之间的矛盾。如果求全、求系统，盲目追随、追逐技术，既不现实也“吃力不讨好”。另外，接受基础教育的中小学生，不同于受高等教育的大学生（尤其是研究生）等专业化人才，需要给他们打下相对宽泛的基础，为未来不确定的发展方向留有空间和余地。

2.打造精品课程内容

对课程内容的遴选，需要强化“精品”意识、效率意识，“准入”条件应是关键、核心知识，对学生后续的学习和发展有重要价值，还能作为提升学生能力和素养的载体。

以笔者研究团队为例，确定将面向小学、初中的人工智能课程内容概括为三个方面：第一，知识积淀。包括人工智能的起源发展、应用领域、基本概念、基础原理等内容。第二，应用体验。包括基础应用和综合应用，前者如模式识别、自然语言处理等内容，后者如智能家居、智能工业农业、智慧城市等结合具体应用场景的内容。第三，实践创新。包括智能化编程、智能机器人、智能设备开发等，让学生通过调用开源模块，结合积木化编程，在模仿的基础上开发具有人工智能的软、硬件成果[6]。

四、“需”与“缺”的矛盾

课程的实施，离不开能胜任教学的教师以及支持实践活动的装备。然而，这些人和物的“刚需”目前都明显缺乏，成为推进人工智能教育的“瓶颈”。

1.加强师资队伍建设

推进人工智能课程的顺利实施，师资不足是最大的痛点。多数师范院校目前未开设人工智能专业和课程，每年输出的相关人才也远不能满足市场需求[7]。在缺乏“科班”教师的情况下，多措并举地“盘活”现有由其他学科“转型”的师资是不二选择。

（1）组建由教研、装备、技术人员组成的培训团队

教研专家侧重人工智能课程理念、教材、教学培训，装备专家侧重装备使用、活动空间建设培训，技术专家侧重编程和智能机器人培训。同时，可依托社会教育资源开展培训。通过加强与高等院校、科研院所、相关企业的联系，设立一批人工智能校外学习基地或实践基地，探索全社会合作育人的途径和机制。

（2）开展高水平的教研活动

通过教研，带动教师对人工智能教育的内涵、价值、教学实践、特色案例等进行深层次、多维度的理论研究和实践研究，促进教师专业成长。在过程中，注重培养骨干教师，发挥“先行者”示范作用，逐渐产生“滚雪球”的效应。

（3）加强培训资源建设

通过建设课程网络平台，为教师提供教学建议、教学微课、教学工具、开源性智能网络（软件）资源等立体化的资源支持体系，既解教师教学的燃眉之急，有助于提升教学质量，又提供典型的教学示范和学习资源，有利于他们在专业上可持续发展。

2.研制教学装备方案

人工智能作为一门特别突出实践的课程，教学装备不只是重要的课程资源，更是教学实施的先决条件。相关部门应尽早着手，从课程的高度研制出具有指导意义又满足差异化需求的装备方案。

教学装备通常包括人工智能应用软件、智能编程平台和智能机器人。应用软件要涵盖语音识别、图像识别、机器翻译等多种应用，以便让学生充分体验当前人工智能技术应用的广泛性。编程工具应充分体现“智能”特色，针对中小学生（尤其是小学和初中低年级学生）的编程基础和喜好，建议采用可实现图形化编程、人工智能积木式编程以及智能硬件控制等多种功能的综合性平台（可结合一些开放性平台的开源工具包、API软件应用）。引导学生通过调用智能化功能模块，实现复杂程度不高的智能化编程。智能机器人要通过开源结构件和电子元件，甚至是开源的人工智能应用场景，尽量满足由学生自己完成搭建、编程、调试、操作、运行等过程，允许他们在外观、功能、效果等方面进行个性化设计，避免其动手实践只是照方抓药。

从哲学的角度看，矛盾反映了事物之间相互作用、相互影响的一种特殊的状态，社会的进步从来都与矛盾相伴同行。起步之初，存在这样那样的矛盾既不奇怪，也不可怕，关键在于是否有科学的态度和策略。第一，正视矛盾的存在并采取积极态度。一方面不能回避矛盾绕道走，否则其阻碍作用將愈发突显。另一方面不能幻想，等矛盾都不存在了再付诸实施。第二，将矛盾的要素加以转化，使之和谐统一。运用智慧和方法，从中寻找有利因素，比如“博”是“精”选材的基础，“旧”是“新”孕育的土壤。第三，运用有序思维解决矛盾。以上列举了当前面临的几个主要矛盾，细分的话还会有很多。我们需要由主到次、由急到缓，有层次性、有节奏地加以解决。有些矛盾可能只是暂时的困难，现实条件不成熟，但随着时间推移，可能被自然而然地被化解而不复存在。

参考文献

[1]教育部部长陈宝生在国际人工智能与教育大会上作主旨报告.[EB/OL]https：//www.sohu.com/a/314928543_372523

[2] 腾讯研究院.人工智能[M].北京：中国人民出版社，2017.

[3] 刘俊波，乐进军.中小学人工智能课程建设初探[J].基础教育课程，2020（01）.

[4] 祝智庭，单俊豪，闫寒冰.面向人工智能创客教育的国际考察和发展策略[J].开放教育研究，2019，25（01）.

[5] 张坤颖，张家年.人工智能教育应用与研究中的新区、误区、盲区与禁区[J].远程教育杂志，2017，35（05）.

[6] 刘俊波.中小学人工智能教育探索[M].北京：东方出版社，2019.

[7] 肖高丽，梁文明.中小学实施人工智能课程的意义、挑战与对策[J].教学与管理，2018（22）.

【责任编辑  孙晓雯】