基于学生可持续发展的人工智能教育研究

中小学人工智能教育是当前教育界亟待解决的问题之一。文中通过对中小学人工智能教育的现状和发展趋势的分析，提出了如何将人工智能技术应用到中小学教育中的建议。未来，中小学人工智能教育将会更加系统化和规范化，注重实践和创新。通过加强教师培训、完善课程体系、灵活运用教学方法和充分利用教育资源等方面的努力，可以更好地加强人工智能教育，提高学生的学习效果和兴趣，培养其创新能力、智能思维和综合素质。

人工智能（Artificial Intelligence，AI）是当今科技领域的热门话题之一。随着大数据、云计算、物联网等新兴技术的迅速发展，人工智能已经逐渐渗透到我们的生活中，逐渐成为国家科技主攻方向，这标志着人类社会已经进入智能时代。在教育领域，人工智能也正在发挥着越来越重要的作用。中小学人工智能教育的现状在全球范围内都受到了广泛的关注。许多国家都在积极推进人工智能教育。中小学阶段是学生学习和发展的关键时期，如何将人工智能教育普及到各个学校，提升学生的智能思维，已经成为当前教育界亟待解决的问题。本文旨在探讨中小学人工智能教育的现状和发展趋势，以及如何培养学生的人工智能思维。

1 中小学人工智能教育的现状

1.1 国外教育现状

在美国《2021年美国创新和竞争法案》明确规定，将计算科学引入中小学教育。宾夕法尼亚州蒙托尔学区甚至开设了幼儿人工智能编程课程。美国人工智能协会（AAAI）和计算机科学教师协会（CSTA）联合发起了AI4K12计划，提供资源帮助教师向学生教授人工智能。

在日本，随着近年来日本社会出生率下降、人口老龄化加重、育龄人口减少等社会问题的日益严峻，日本依托在智能机器人领域的全球领先地位，积极推动人工智能的快速发展。日本政府在第11届综合创新战略推进会上正式发布《人工智能战略2022》，作为指导其未来人工智能技术发展的宏观战略。在日本中小学教育中，编程教育已经成为一项重要的课程。

新加坡政府对人工智能教育十分重视，已经将其引入到日常教学中。在早期教育阶段，新加坡已经开始在全国范围内加强儿童早期教育中的技术和工程部分。此外，新加坡还大规模地将原本只有高等教育水平的学生才能接触到的计算机科学教育引入到了K-12阶段。为了实现这一目标，新加坡政府通过整合各种教育资源，根据学生的年龄和学段特点，为幼儿、小学生以及中学生等不同群体设计了相应的人工智能课程。这些课程旨在引导学生了解、认识并逐渐熟悉人工智能领域的知识，同时促进他们的积极思考和创新。此外，新加坡还在教育方面启动了人工智能自动评分系统、自适应学习以及自动标记系统等技术，以提供定制化的学习方案，帮助教育工作者更好地关注重要问题。由此可以看出，新加坡正在通过一系列措施，积极应对人工智能带来的挑战和机遇，以期在未来的教育领域取得更大的突破。

除了上述的国家，联合国教科文组织也发布了《K-12阶段人工智能课程：对政府认可人工智能课程的摸底》报告，这是首份关于全球学前至高中阶段人工智能课程设置状况的报告。报告指出，如今人工智能的应用日益广泛并产生深远影响，国际社会由此达成共识——我们迫切需要提升儿童能力，使他们能够理解新技术的力量以及与之相关的道德困境。然而对全球K-12学校而言，人工智能技术仍然是一个新兴的学科领域，政府、学校和教师在定义人工智能能力和设计人工智能课程时缺乏可借鉴的知识。为应对这一知识差距，教科文组织于2021年与好未来教育集团合作，启动了旨在制定K-12以下阶段人工智能课程指导框架的项目，其中包括对政府认可的K-12人工智能课程的全球调查。

1.2 国内教育现状

2017年7月国务院印发的《新一代人工智能发展规划》提出，到2030年，我国人工智能理论、技术与应用总体要达到世界领先水平，成为世界主要人工智能创新中心。2019年教育部印发《2019年教育信息化和网络安全工作要点》，指出要在中小学阶段逐步推广人工智能教育，增设人工智能相关课程。

为了贯彻落实《中国教育现代化2035》政策，腾讯研究院联合华东师范大学、中国教育科学研究院开展了全国人工智能教育现状调研，并编写了《2022人工智能教育蓝皮书》。这份报告详细地阐述了人工智能在教学中的辅助作用，以及如何通过人工智能技术改变传统的教育生态。例如北京师范大学附属中学、上海交通大学附属中学等，这些学校通过开设人工智能课程、组织学生参加人工智能竞赛等方式，培养学生的人工智能素养和创新能力。

虽然国家有政策上的支持，但目前大多数地区仍然只开设信息技术课程或信息科技课程，只有一些一二线城市能在创客课程内容上侧重人工智能，提供Arduino创意开发、树莓派、Java或者Python编程等课程。大多数学校的人工智能教育在实际的推进过程中还是面临着制度、资源、师资力量等多方面的困境，严重阻碍了我国中小学人工智能教育的整体发展。

2 我国人工智能教育的不足

2.1 教学资源不均衡

地域分布不均。东部发达地区的学校往往更早地引入了人工智能教育，一些重点中学甚至配备了十多名专职人工智能教师，开设了多门细分领域的课程。相比之下，中西部偏远地区的学校在硬件配备和师资上仍然不足。

优质教师资源分配不均。随着城市化进程的加速，许多优质的师资力量选择到更为发达的大城市发展，这导致了农村和偏远地区学校难以获得高质量的人工智能教育。

硬件配置问题。在一些偏远地区，由于硬件设备和网络条件的限制，学生无法获得与发达地区相同的在线教育资源和学习体验。

技术应用的参差不齐。尽管人工智能技术在教育领域具有巨大的潜力，但在实际应用中，不同地区和学校对其的接受度和应用程度存在差异。

2.2 课程开发不完善

缺乏统一教材和教学指导。当前，我国K12阶段尚未出台统一规范的课程标准，因此在实际教学中，往往缺乏统一的教材和教学指导。尽管已经有不少中小学人工智能相关教材出版，但仍然难以满足全国范围内不同学校和学生的需求。

课程标准应更加明确。目前我国中小学人工智能教育的整体推进仍处于探索时期，课程标准虽然提及“数据、算法、信息系统、社会信息”等学科大概念，但操作性不强。

2.3 受重视程度低

教育预算不足。一些地区学校把更多的教学资源倾向到语数外等主要学科，对于人工智能教育的预算少之又少，导致该预算不足以支撑课程的开发，这就表明该地区或学校对AI教育的重视程度不够。

公众认知度低。尽管人工智能技术在各个领域都有广泛的应用，但更多的学生和家长认为此门课程在教育中的应用和价值不高。

缺乏相关政策和规划。政府和相关部门对人工智能教育的政策支持和长远规划也是衡量其受重视程度的一个重要标志。例如，如果政府没有出台相关的政策或计划来推动人工智能教育的发展，这可能意味着对AI教育的重视程度不够。

3 中小学人工智能教育的发展趋势

3.1 加大宣传力度

制作有趣的内容。为了更有效地普及人工智能知识，必须增强宣传攻势，并采纳新颖的科普策略。尤其要聚焦于中小学生这一核心受众，我们需积极开发既有趣又易于理解的内容，旨在吸引其注意力并激发其兴趣。具体而言，可以创作多样化的趣味内容，例如生动活泼的动画、诙谐幽默的漫画以及充满挑战的游戏等。这些内容需以简明扼要的方式呈现人工智能的基本原理与实际应用，确保学生在享受乐趣的同时，也能汲取到有价值的知识。采取此策略，我们不仅能提升学生对人工智能的认知层次，还能激发他们对这一尖端科技领域的兴趣与好奇心，为未来科技创新人才的培养奠定坚实基础。

定期举办活动和竞赛。推广人工智能知识的重要途径之一，便是定期举办各类活动与竞赛。我们可以策划线上或线下的活动形式，例如编程竞赛、机器人制作大赛等，为学生提供亲身参与人工智能项目的机会，借此实践过程来提升他们的技术实力与创新思维。此类活动与竞赛不仅能够促使学生更深入地理解人工智能的应用范畴，还能够有效培养他们的团队协作精神和问题解决能力。经由这些实践性活动，学生能够切身体验到人工智能的独特魅力，进而增进对这一领域发展的热爱与关注。

3.2 改变教学策略，从生活出发

一是要强调实际应用。向学生展示人工智能在现实生活中的应用案例，让他们了解AI的潜力和价值，激发学生的兴趣，使他们更愿意投入学习；二是提供实践机会。让学生参与实际的AI项目，如编程、数据分析或机器学习实验，帮助他们将理论知识应用于实践，提高动手能力和创造力；三是开展个性化学习路径。根据每个学生的学习速度、兴趣和能力提供定制化的学习路径，使学生能够在自己的节奏下学习，提高学习效果，因材施教；四是采用互动式教学方法。如讨论、小组合作和项目式学习，有利于培养学生的团队合作精神和沟通能力。

在当今AI迅猛发展的时代背景下，教育不仅承载着知识传授的重任，更核心的是培养学生适应并引领社会变革的能力，尤其是接纳并掌握新兴技术的能力。因此，人工智能课程的教学设计与实施不应局限于传统的填鸭式教学，而需要教师积极采用启发式和探究式的教学策略，实现课堂角色的根本性转变，使学生成为学习活动的主体。启发式教学强调利用问题导向、情景模拟等方法，激发学生的好奇心与探索欲，鼓励他们在学习过程中主动思考、发现问题并寻求答案。此教学方法旨在培养学生的批判性思维与创新潜力，使他们在面对复杂的AI问题时，能够灵活运用所学知识，提出独到见解与创新性的解决方案。探究式教学则鼓励学生通过实践操作、小组合作等方式，深入探究人工智能的原理及其应用领域，体验科学研究的乐趣，同时提升团队合作与沟通能力。在此过程中，教师应扮演引导者与支持者的角色，为学生提供必要的资源与指导，帮助他们克服学习障碍，同时避免过度干预，确保学生在学习过程中保持高度的自主性与创造性。

3.3 培养智能思维

从课程层面来讲，要想培养学生的人工智能思维，首先要鼓励学生学习计算机科学、数学、统计学、心理学等与人工智能相关的学科，这些课程有助于学生建立跨学科的知识体系，充分理解人工智能的原理和应用；其次是培养编程能力，编程能力是实现人工智能应用的基础，也是培养学生逻辑思维和问题解决能力的重要途径，教授学生一些简单的编程语言（如Python、Java等），让他们能够编写简单的程序，可以更好理解计算机的工作方式。基于以上两点，可以让学生对人工智能产生一个基础的认知，以及一个简单的逻辑思维。

从学校管理层面的视角出发，教育机构应当致力于为学生构建一个蕴含丰富机遇与多样性的学习环境。为此目的，提供多样化且充实的学习资源与机会显得尤为关键。这具体意味着，学生不仅能够在日常的课堂教学中接触到人工智能的基础理论知识，还有机会通过参与多样化的与人工智能紧密关联的活动、竞赛及项目，来更为深入地理解这一前沿科技的实践应用及其内在机理。对于学生而言，这样的实践机遇无疑具有极高的价值，它不仅有助于学生将所学理论知识转化为实际操作技能，而且在不断地尝试与探索过程中，能够逐步培养他们的创新思维与问题解决能力。

创新，作为驱动人工智能乃至整个科技领域持续进步的核心要素之一，其重要性无须赘言。因此，教师在教学实践中，应当积极采纳启发式教学法、探究式学习法等先进的教学策略，致力于构建一个倡导创新、包容失败的学习环境。此举旨在有效激发学生的创新思维能力，培养他们独立思考的习惯，鼓励他们勇于迎接挑战，并尝试运用自身的方法去解决问题。长此以往，学生不仅在人工智能领域能够取得显著进步，更能将这种创新思维与问题解决能力广泛应用于生活的各个方面，成长为具备全面素养的未来领袖人才。

3.4 完善教育体系

人工智能是一门多学科交叉的前沿学科，应构建人工智能大概念和课程体系，大概念（Big Concepts）是学科领域中最核心和最具价值的内容，是学科知识网络的“锚点”，使知识组块之间产生有机联系。因此中小学应确立人工智能课程的教育目标，科学把控学科知识的难易程度，不同学段的人工智能学习目标与内容应相互衔接，按照“感知、理解、应用、创造”的螺旋式上升路径，构建出中小学人工智能教育一体化的教程。

小学阶段是学生首次接触并了解人工智能的重要时期，其核心在于培育学生对人工智能的初步认知与亲身体验。此阶段的教学活动应强调趣味性与互动性，可以通过设计多样化的游戏、让学生亲身实践各类智能产品、观看富有吸引力的相关视频，或是组织参与多样化的科技活动，来引领学生迈入人工智能的领域，激发他们的好奇心与探索欲望。这些策略不仅有助于学生构建对人工智能的基本认识，还能让他们在玩乐中学习，在学习中享受乐趣，体验探索科技的快乐。

步入初中阶段，教学重心转向运用人工智能的相关理念来解决一些基本的实际问题。学生将通过教师的演示或亲自动手实践，深入探索人工智能的主要应用范畴，例如机器学习、自然语言处理、计算机视觉等。与此同时，他们也将开始意识到智能应用系统对人类社会所带来的广泛影响，这包括提升工作效率、改善生活质量，以及可能引发的挑战，如数据安全、隐私保护等议题，进而培养他们的批判性思维和问题解决技能。

进入高中阶段，教学进一步深入，着重于运用人工智能的理念去解决更为复杂的现实问题。教师将指导学生分析典型的人工智能应用案例，组织学生围绕人工智能的主题展开讨论和辩论，鼓励学生从多元视角深入探究人工智能的概念、基本特性及其对社会、经济、文化等多个层面的深远影响。通过这样的学习历程，学生不仅能够清晰、准确地阐述人工智能的相关知识，还能学会批判性地评估人工智能技术的发展，思考如何在享受其带来便利的同时，应对其可能引发的挑战，从而为未来成为具备创新意识和社会责任感的人才奠定坚实的基础。

3.5 打造学习空间

为推动人工智能教育的有效发展，学校应采取一系列创新措施。关键在于构建一个人工智能学习平台，此平台需整合并供应多样化的学习资源，以保障学生能方便地获取所需知识。同时，学校应致力于创建一个积极向上、开放包容的学习氛围与文化环境，使学生在学习过程中持续体验到乐趣与成就感，进而有效激发他们的学习热情与内在动力，促使其更积极主动地探究人工智能的深层奥秘。

组织学生定期参观高科技产业公司，是另一关键环节。实地参观能使学生更直观、更深入地了解人工智能在实际工作场景中的应用情况，以及整个行业的发展动向。此种亲身体验不仅能极大地拓宽学生的视野，提升他们的实践能力，还能有效激发他们对人工智能领域的兴趣与热情，为未来的职业生涯规划奠定坚实基础。

定期邀请科研院所的科研人员走进中小学课堂，为学生带来前沿的讲座与分享，是另一项重要举措。科研院所作为行业前沿的核心力量，掌握着丰富的数据资源，对行业的多变性和最新动态有着深入的理解。科研人员的分享不仅能为学生提供宝贵的行业见解，还能通过他们的亲身经历和故事，进一步激发学生对人工智能领域的探索欲望和好奇心，为培育未来的科技人才奠定坚实的基础。

3.6 加强教师培训

提升教师专业素养与教学能力的重要途径在于强化教师培训。在当前科技迅猛发展的时代背景下，教育工作者作为科技应用的先行者，必须持续关注新兴技术领域的发展动态，尤其要关注诸如ChatGTKZGvBByjhtE6Oj9YQ4e2SO1l/pNGvzb15KWG4QSjE=GPT这类近期在全球范围内引发广泛讨论的创新技术。因此，教师不仅要致力于深化和拓宽自身的专业知识，还应积极适应科技变革，将新兴技术有效融入教学实践之中。

为达成此目标，教师除参与常规的继续教育培训之外，还应充分发掘并利用多样化的学习资源与平台。诸如在线学习平台、专业研讨会、教学工作坊等形式，均为提升教师专业素养的有效渠道。同时，构建教师交流平台亦显得尤为重要，此举不仅能增进教师间的互动与合作，还能激励他们分享各自的教学感悟、宝贵经验及优质资源，实现相互学习与借鉴，共同推动教学质量的提升。另外，鉴于人工智能教育的独特属性与实际需求，学校与教育机构宜定期举办专题培训活动。这些培训应全面覆盖人工智能的基础知识、有效的教学方法以及教学资源的应用等多个维度。为增强培训的实效性与专业性，可邀请相关领域的专家学者、行业从业者前来授课，并指导教师参与实践项目。如此，教师不仅能将理论知识应用于实际教学中，还能在实践中不断锻炼与提升自身的教学实践能力，从而更好地适应并引领科技时代的教育变革。

4 结论

中小学人工智能教育的推进确实是一项重要而复杂的任务，需要政府、学校、教师和家长等各方共同努力。政府应该加大对人工智能教育的投入和支持力度，制定相关政策和规划，明确人工智能教育的目标和要求。学校应该积极引入人工智能教育资源和技术，建立相应的课程体系和教学模式。家长也应该积极参与到人工智能教育中来，关注孩子的学习情况和发展需求，为他们提供必要的支持和帮助。此外，教师在教学中要注重培养学生的智能与创新思维和实践能力，引导他们主动探索和应用人工智能技术。总之，只有通过多方合作和共同努力，才能推动中小学人工智能教育的普及和发展。

（作者单位：长春教育学院）