人工智能教育现状与未来发展

郭绍青

随着人工智能技术的突破，世界各国纷纷将人工智能技术作为基础教育的重要教学内容。2017年，国务院印发的《新一代人工智能发展规划》中明确提出，要在中小学阶段设置人工智能相关课程。基于这一背景，我们开始思考人工智能教育当前在我国的实施情况以及未来的发展方向。

一、人工智能教育千姿百态

当前在基础教育领域，人工智能教育可谓是千姿百态，有企业产品推动的，有专家研究推动的，还有学校自主研发的。目前中小学人工智能教育主要有三种开展形式：STEAM教育、创客教育、编程机器人教育。在实际教学中，一些培训机构和学校简单地将Python编程语言、Scratch软件操作、机器人搭建等认为是人工智能教育。针对这种误解和偏差，我们需要明确的是，编程是人工智能教育的关鍵技术，编程教育只是人工智能教育的一个组成部分，不能完全代表人工智能教育。

基础教育领域人工智能教材更是琳琅满目。课堂教学是实施人工智能教育的重要途径，而教材作为课程教学的根基，承担着正本清源的作用。2018年以来，一批涵盖中小学各学段的人工智能教材相继涌现。这些教材各具特色，但由于国家层面至今未制定人工智能课程标准，教材的目标定位和编写思路各有差异，这就使得教材的编写存在一定的随意性，导致部分教材的系统性和全面性有所欠缺。现存人工智能教材主要可以分为两类：人工智能技术、实现人工智能技术（编程）。人工智能技术包含机器学习、自然语言处理等，从技术维度全面阐释技术的发展；实现人工智能技术（编程）是通过人工智能技术对视频、语音等进行处理。这两类教材都是将人工智能教育等同于人工智能技术，这显然是错误的。

人工智能教育到底需要从哪些方面开展呢？中小学生学习人工智能课程的目的是什么？可以肯定的是，我们的目的既不是将学生培养成人工智能专家，也不是让学生升入高等教育院校的人工智能软件工程等相关专业。因此，在基础教育领域开展人工智能教育，我们的初心应该是着重培养学生的人工智能素养，使之明白如何正确、恰当地使用人工智能。

二、人工智能概念含糊不清

【案例一】某学生设计了一款“自动浇花神器”，能够在土壤湿度低于50%的情况下自动浇水。该作品运用湿度传感器将信息送入控制单元，再输出到水泵，由此形成了一个控制系统，解决了工业自动化方面的问题。

【案例二】某学生设计了一款“智能五彩树”，能够运用Mind+实现根据光线强弱自动开关彩灯。该作品通过光敏电阻输出电压信号，从而使控制单元进行开关动作，实现自动开关彩灯的效果。

通过分析我们可以看出，以上两个案例都属于创客作品，整个操作过程没有使用任何与人工智能相关的技术，这是在基础教育领域普遍存在的问题。

三、STEAM教育、创客教育、编程机器人教育与人工智能教育的关系

STEAM是科学、技术、工程艺术、数学五门学科英文首字母的缩写。STEAM教育是一种跨学科教育模式，旨在打破学科疆域，通过对学科素养的综合应用解决实际问题，培养综合型人才。创客文化起源于美国的车库文化，创客教育是创客文化与教育的结合，遵循“创新和实践”理念，基于学生兴趣，以项目学习的方式，使用数字化工具，倡导造物，鼓励分享，培养跨学科解决问题能力、团队协作能力和创新能力。编程机器人教育通常是指学习机器人的基本知识与基本技能，或利用教育机器人优化教育教学效果的理论与实践，主要分成工程、逻辑、创新三个思维开发模式阶段。人工智能教育包括利用人工智能赋能的教育和以人工智能为学习内容的教育。其中，人工智能赋能的教育强调人工智能与教育的融合，强调利用人工智能赋能教育变革，需要进行智能化教育环境与生态建设、模式探讨、制度建设，不断提高教学绩效；以人工智能为学习内容的教育属于面向智能社会公民的智能素养教育，包括不同层次人工智能科学、人工智能技术、人工智能应用方法等方面的知识、能力与情感教育。

总而言之，传统教育分学科学习满足不了面向未来人才需求的培养，所以提出了STEAM教育，但是STEAM教育并不能完全解决传统教育的不足，在此基础上又提出了创客教育，而编程机器人教育是在创客教育的范畴中更聚焦先进技术，更聚焦面向未来的创客教育。人工智能教育是在STEAM教育、创客教育、编程机器人教育的基础上，向学生传授更多的人工智能应用知识和原理，解决人工智能运用的真实场景和实际问题。所以我们不能简单地认为STEAM教育、创客教育、编程机器人教育就是人工智能教育。

四、人工智能教育错误认识存在的原因

缺少规范引领 2003年，教育部颁布了《普通高中信息技术课程标准（实验）》，“人工智能初步”的内容首次被纳入信息技术课程中，并以选修模块开设。《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》要求，以数据、算法、网络、信息处理、信息安全、人工智能为课程逻辑主线，按照义务教育阶段学生的认知发展规律，统筹安排各学段学习内容，并从第四学段开始涉及“人工智能与智慧社会”课程内容。人工智能课程与信息科技课程虽已实现了整合，但鉴于人工智能的跨学科特性，下一步是否需要“拔高”人工智能课程的定位，增强其在基础教育课程体系的附着性和渗透性？这些问题都值得商榷。

缺乏教育视角研究 智能时代，教育的表征形态、理论基础与研究范式正在发生改变，人工智能教育具备了时代新内涵与新内容。当前，诸多学者更多是从技术视角定义并开展人工智能教育，却忽略了对教育本质的培养。

企业产品导向错误 企业根据自己的理解开发产品，将许多能充电、能跑、能动的产品统一称为智能产品，滥用“人工智能”这一名词。同时，企业以营利导向为基础，而中小学公益性强，二者有机融合不够深入，缺乏长期的协同合作，导致教学目标与产业需求错位，改革创新教学模式孤掌难鸣。

人工智能教育的内涵

一、国家战略

2017年国务院印发的《新一代人工智能发展规划》在“战略态势”中指出：我国发展人工智能具有良好基础。国家部署了智能制造等国家重点研发计划重点专项，印发实施了《“互联网+”人工智能三年行动实施方案》。经过多年的持续积累，我国在人工智能领域取得重要进展，国际科技论文发表量和发明专利授权量已居世界第二，部分领域核心技术实现重要突破。语音识别、视觉识别技术世界领先，自适应自主学习、直觉感知、综合推理、混合智能和群体智能等初步具备跨越发展的能力，中文信息处理、智能监控、生物特征识别、工业机器人、服务机器人、无人驾驶逐步进入实际应用，人工智能创新创业日益活跃。这一战略态势体现了未来社会转型和发展的大方向，国家数字经济的发展离不开人工智能技术的支持。科技竞争归根结底是人才的竞争，要加快培养聚集人工智能高端人才、加大高端人工智能人才引进力度、建设人工智能学科。

二、素养框架

2021年，中央电化教育馆正式发布的《中小学人工智能技术与工程素养框架》，旨在明确中小学人工智能学科核心素养的基本内容与要求，为人工智能课程标准制定、教材编写和课程开设提供参考和依据。

1.人工智能与人类的关系

未来，人工智能定会和人类产生诸如辅助、协作、竞争、超越等复杂的关系。人工智能需要以人为本，以增进人类共同福祉为目标，最终实现与人类的和谐共存。然而，沙特阿拉伯授予机器人“索菲亚”公民身份，特别是“索菲亚”扬言要“毁灭人类”，已经引发了人们的担忧。机器人拥有公民身份之后，是否和人类享有同样的权利？是否应该承担同样的义务？人们对此各执己见。为此，我们需要关注人工智能技术对人们的深刻影响，包括倡导积极影响与控制负面影响，意识到人工智能技术将与人类发生冲突，确保人们对人工智能技术的决策是负责任、可问责的。

2.人工智能与社会的关系

一方面，人工智能是社会发展的产物；另一方面，人工智能可以改造社会，使社会变得更加高效、智能，最终可能变革社会成为新的智能社会，与人类共同创建智慧社会。因此，人工智能不仅是一次技术层面的革命，未来也必将与社会经济变革、教育变革、思想文化变革等同步，掀起一轮新的产业革命。但每一项新技术的出现，在对社会产生积极影响的同时，也会产生消极的影响。人工智能本质上是一种建立在大数据基础上的自我学习、判断和决策的技术，为了保证决策推理的公平、公正，我们必须确保大数据资源及其决策算法的透明公正。

3.人工智能技术

人工智能是计算机科学与其他学科交叉的新型学科，也是一门极富挑战性的学科。人工智能本身很难给学生带来情境化、物化的体验，这给中小学生理解人工智能带来了障碍。因此，人工智能技术成为一个载体，帮助人们解决身边、社会、国家甚至世界的相关问题，并通过学习人工智能技术的原理和过程方法，思考如何利用这些技术解决具体的问题，如何选择和利用人工智能工具解决问题，如何使用合适的人工智能产品方便人们的生活，从而真正达到服务人类和社会的目的。

4.人工智能系统设计与开发

在系统开发过程中，要着重培养系统性思维，从工程角度出发，对系统及系统各个组成部分进行分析、预测、评价，并使系统达到最优。人工智能系统设计与开发旨在运用系统工程的思想和方法，研究问题的解决方案，以设计出最大限度满足人类需求的系统。同时，需要对人工智能系统进行维护、保养，以有效地诊断、修复和优化不可预测的故障，制定预防人工智能对人类和社会产生危害的机制。这一领域对提升学生解决复杂问题的能力以及创新思维等高阶思维能力是很有帮助的。

人工智能教育的未来

一、全球布局

当前，人工智能已经全方位渗透进人类社会的不同行业和生活环节，智能制造、物流仓储、智慧医疗等逐渐推动着社会的变革，智能阅卷、考试机器人、发音测评、学习行为分析等促进了教育工作和教育系统的不断发展与革新。总之，人工智能已经成为服务国计民生的变革性技术，也是世界各国抢占的科技新高地。美国在人工智能的研究领域一直处于最前沿，除了主要得益于联邦研究基金和政府实验室的支持外，更离不开政府的高度重视。德国推行以“智能工厂”为重心的“工业4.0”计划，并设定了三大目标：将德国和欧洲打造成人工智能的领先基地，以此来确保德国未来的竞争力；实现负责任、以共同福祉为导向的人工智能开发和利用；在廣泛社会对话和积极政策架构下，通过道德、法律、文化和制度把人工智能嵌入到整个社会中。日本将物联网、人工智能和机器人作为第四次产业革命的核心，并将2017年定为日本的“人工智能元年”。俄罗斯更偏向于发展和资助人工智能在军事与国防领域的应用，致力于发展图像识别、语音识别、自主军事系统控制以及武器生命信息支持等人工智能技术。我国在《新一代人工智能发展规划》中明确提出了“设立人工智能专业”和“在原有基础上拓宽人工智能专业教育内容”等要求以及我国新一代人工智能“三步走”的发展战略。我国人工智能的发展正按照“构建一个体系、把握双重属性、坚持三位一体、强化四大支撑”的总体部署，逐步形成健康持续发展的战略路径。

二、发展趋势

世界各国都很重视人工智能的发展，因此将人工智能课程纳入中小学必修课程是十分必要的。未来，人工智能教育三个发展趋势。首先，人工智能素养培养将趋于社会化和综合化，人工智能技术将融入各学科教学过程。学生将在多学科中体验人工智能，培养人工智能素养。其次，构建智能创新教育课程体系，将STEAM教育、创客教育、编程机器人教育整合成一个课程体系，实现智能创新课程体系的解构、重组、再造，逐步形成以人工智能教育为核心，各学科交叉融合的创新教育。最后，构建智能创新教育中心体系，形成线上线下融合，各学校自行选择，融合AI、STEAM、创客主题模块的智能创新教育中心。

当今社会已向人工智能时代迈进，教育必须顺势而行。未来，学生们面对的世界将远远超过我们的认知边界，加强人工智能基础教育建设是未雨绸缪应对未来社会发展的必然选择和要求，更是帮助中国崛起的伟大武器。