高中学生人工智能学习情况调查报告

    钟祖荣 胡淑均 陈捷

    

    

    

    为了解中学生对于人工智能知识的掌握情况，以便对开展人工智能的教育和相关应用提出建议，课题组于2019年10～11月组织了此项调查。调查使用自编问卷《中学生关于人工智能的调查问卷》（高中学生卷），共计26道题目，除了学生基本信息外，主要了解学生关于人工智能的已有知识经验、学习获得途径、学习的意愿希望等三个维度的情况。共发放问卷594份，收回594份，回收率100%，其中有效问卷576份，有效问卷率97%。我们进行了描述性的统计，部分项目进行了推断统计。由于个别题目有学生未能填写而出现系统缺失，所以有的项合计总数达不到576。调查的高中生基本情况如图1，影响因素上，家中有从事IT行业的家人或亲人的有163人，占28.3%。

    调研结果与分析

    调研结果我们从学生对人工智能的知识了解、学习途径、学习愿望三个方面进行陈述和分析。另外，也对不同对象在人工智能学习兴趣、人工智能课程兴趣、从事相关工作兴趣等方面的差异进行分析。

    1. 学生对人工智能的了解

    有一道题是调研学生对人工智能的总体了解程度，其中，一点都不知道的20人，占3.5%;听过人工智能这个词但不了解具体内容的87人，占15.1%;知道人工智能的一些生活应用案例的332人，占57.6%;大概知道人工智能的基本原理的89人，占15.5%;知道人工智能实现方法的42人，占7.3%。这个分布呈现典型的正态分布。而多数的情况是只知道一些应用案例，这说明总体上处于较简单的了解水平上。

    我们通过一些具体的题目来了解学生对人工智能的认识情况。其中，问到生活中使用的电器是否有人工智能，84%的学生认为一部分有，看来多数的判断是对的。

    在识别人工智能的功能方面，对于语音助手绝大部分学生都认同，但对于图像识别和指纹识别是人工智能功能的判断则低一些，具体情况如表1。这说明至少20%的学生对人工智能的实质了解并不清楚。

    关于人工智能涉及的学科有哪些的调查，学生回答占第一位的是计算机科学，占第二位的是数学。再次是仿生学、统计学、语言学等。这个结果可能和人工智能与学科联系的紧密程度有关，有相对直接或者相对间接的，但实际上都涉及。诸如心理学是研究人类智能的，与人工智能关系密切;伦理学要研究人工智能的伦理问题;医学则是研究人工智能与医疗的关系问题，如远程诊疗、智能医疗等，属于应用型的交叉学科。

    对人工智能的价值判断，也是其中重要的内容，当然这方面可能更多具有主观性。关于人工智能带来的危机，63%的学生支持;总体认为利大于弊的只有32.5%。对于人工智能的作用，学生认为第一位的是取代人类的重复劳动，具体情况如表2。

    关注人工智能在大学的发展，也可以看作学生对人工智能信息的了解情况。这方面，只有大学计算机专业设立人工智能课程一项比例达60%，我们认为这是学生的一种推测，其他方面了解较少，这也属于正常现象，具体情况如表3。

    关于人工智能应用的情况，属于体验和经验范畴。我们了解到有56.3%的学生使用过智能家具，这与学生的生活和家庭有关;有35%的学生使用过机器人，这应该与在学校参加相关活动或课程相关;而无人驾驶，有24.2%的学生使用过，也可能与有的学校有此项目有关;也有23%的学生都没有接触过这些设备。

    2.学生了解人工智能的途径

    学生是如何了解人工智能的？我们对渠道进行了调查。第一位的是媒体，占80%，其次是科普读物、活动等，来自学校教学的只占到43%，如图2。

    这反映了两点：一是通过课外渠道，多是了解一些新闻、案例、事件，不是系统性的学习，这与前述学生对人工智能的了解程度大多为了解应用案例是一致的、吻合的;二是说明学校教育教学还只在部分学校开展，学校教育在这方面还需要加大力度、扩大规模。

    在了解学校是否开设人工智能课程时，有6.8%的学生选择了必修课程，27%的学生选择了选修课程，这两项合计为33.9%，而开设机器人课程的比例为36.6%，严格说这还不是人工智能课程。如果把机器人课程也计入，则可达到78.1%。这与示范高中学生占79%应有一定关联。有19.8%的学生选择学校没有开设人工智能课程。这可能与部分学校缺乏师资或课程内容有关。

    从参加人工智能相关竞赛看，68%的学生没有参加过任何有关竞赛，31%的学生参加过。在这31%的学生中又以智能小车和机器人比赛为主，如图3。

    编程是人工智能的基础，也是信息技术课程中的重要内容。有76.6%的学生在学校的课程中学习过，此外还有20.3%的学生在课外活动中学习过，有18.2%在校外学习过。

    关于学习人工智能或机器人课程的有趣性，30.9%的学生反映非常有趣，41.8%的学生反映比较有趣，两项合计达到72.7%，总体看学生是觉得有趣的，一般及以下的合计占25%。

    3.学生对人工智能学习的希望

    学生对人工智能学习的希望，主要有学习意愿、学习内容、应用领域和对学校的希望四个方面。

    （1）学习意愿。首先是学习人工智能课程的意愿。非常愿意和愿意的合计70%，一般的占23.3%，不太愿意和不愿意的5.8%。如果將“非常愿意”到“不愿意”分别赋分5～1，高中学生学习人工智能相关课程的意愿平均分为3.95，高于平均分（3分）。

    其次是将来从事人工智能领域工作或科研的意愿，非常愿意和愿意的占42.2%，一般的占39.4%，不太愿意和不愿意的占16.8%。如果将“非常愿意”到“不愿意”分别赋分5～1，高中学生将来从事人工智能领域的工作或科研的意愿平均分为3.37，高于平均分（3分）。应该说，有此意愿的达到40%以上，平均分达到3.37分，已经是很高的比例。某种意义上也反映出学生对未来人工智能应用的普遍性认识。

    （2）学习内容。首先是学习目标上，学生对各项目标内容大体在50%以上，依次为编程技能、解决生活问题、计算机操作方法、解决学习中的问题、计算思维，相对而言，算法知识比例较低为41.7%。

    其次，在开设活动方面，排第一位的是体验人工智能产品，占63.5%，其次是搭建人工智能作品、参观人工智能企业。可见学生更希望有实际的体验、参观，增加感性的认识。

    再次，在感兴趣的应用领域，比例较高的依次为：智能机器人（57.2%）、虚拟个人助理（50.4%）、语音翻译（44.3%）、手势控制（42.6%）、情景感知计算（38.3%），其他比较专门的领域，诸如深度学习、语音识别、计算机视觉等的比例更低一些。这反映出学生更多的偏向应用领域。

    （3）应用领域。调查结果显示，排在前面的还是实际生活领域，如外出时翻译（70.8%）、网上购物（60.8%）。其次是学习方面，诸如上课学习（50.2%）、课外活动（49%）、做作业（42.5%）。

    （4）对学校的希望。学生的希望依次为人工智能实验室（63.7%）、学习材料和软件（54.3%）、人工智能课程（49%），其他如兴趣小组（46.2%）、师资（39.4%）等。

    4.不同对象对人工智能或机器人课程的兴趣与课程学习意愿差异

    （1）城乡差异。如果学校开设了人工智能或机器人课程，学生对这些课程的兴趣从“枯燥无趣”“不太有趣”“一般”“比较有趣”“非常有趣”分别赋分1～5，我们发现，城区学生对人工智能课程的兴趣平均分为3.98，乡镇农村学生平均分為4.09，略高于城区学生，但二者差异不显著（p=0.435>0.05）。

    同样，将学生学习人工智能相关课程的意愿从“不愿意”到“非常愿意”分别赋分1～5，我们发现，城区学生学习人工智能课程的意愿平均分为3.93，乡镇农村学生平均分为4.07，略高于城区学生，但二者差异不显著（p=0.365>0.05）

    （2）示范高中与非示范高中学生差异。示范性高中与非示范性高中学生学习人工智能课程的兴趣的平均分分别为3.97、4.06，非示范性高中学生的人工智能课程学习兴趣略高于示范性高中学生;但二者差异并不显著（t=0.994，p=0.320>0.05）。

    在学习人工智能课程的意愿方面，示范性高中与非示范性高中生的平均分分别为3.94、3.97，非示范性高中学生的人工智能课程学习意愿略高于示范性高中生，但二者差异并不显著（t=-0.379，p=0.705>0.05）。

    5.不同对象将来从事人工智能领域工作或科研意愿差异

    （1）城乡差异。将学生将来从事人工智能领域工作或科研意愿从“不愿意”到“非常愿意”分别赋分1～5，城区学生将来从事人工智能领域工作或科研意愿平均分为3.36，乡镇农村学生平均分为3.40，略高于城区学生，但二者差异不显著（p=0.81>0.05）。

    （2）示范高中与非示范高中学生差异。示范高中学生将来从事人工智能领域工作或科研意愿平均分为3.36，非示范高中学生平均分为3.42，略高于示范高中学生，但二者差异不显著（p=0.6>0.05）。

    6.家中是否有从事信息技术工作的亲人对学生人工智能兴趣、学习人工智能课程的意愿以及将来从事人工智能领域工作或科研意愿的差异分析

    数据显示，家中有从事信息技术的亲人的学生学习人工智能课程的兴趣和学习人工智能课程的意愿、将来从事人工智能领域工作或科研意愿的平均分分别为4.08、4.02、3.59;而家中没有从事信息技术的亲人的学生上述三组数据分别为3.95、3.91、3.28，都低于家中有从事信息技术的亲人的学生。但在对学校开设的人工智能课程的兴趣和学习人工智能课程的意愿上差异并不显著，但在将来愿意从事人工智能领域工作或科研上差异显著（t=3.301，p=0.01<0.05）。

    7.对人工智能课程的兴趣与学习人工智能课程的意愿、学习人工智能课程的意愿与将来从事人工智能领域工作或科研意愿的相关分析

    人工智能课程的兴趣与学习人工智能课程的意愿相关分析。数据显示，高中学生对人工智能课程的兴趣与学习人工智能课程的意愿相关系数为0.721，非常显著（p=.000<0.01）。

    学习人工智能课程的意愿与将来从事人工智能领域工作或科研意愿的相关分析。高中学生学习人工智能课程的意愿与将来从事人工智能领域工作或科研意愿的相关系数为0.665，非常显著（p=.000<0.01）。

    调查结论与教学建议

    1.调查结论

    （1）高中学生对人工智能的了解大多还是对应用案例的了解，在对人工智能的功能应用、相关学科、价值判断等方面的了解部分是正确合理的，部分则不够正确合理。（2）高中学生学习的途径是多样的，媒体是了解学习的重要渠道。学校多数开设了相关课程或内容，多数学生觉得课程学习有趣。参加过相关比赛的是少数。（3）大多数学生对于学习人工智能有意愿，且40%的学生愿意从事相关的工作或科研。（4）学生愿意学习的领域偏重应用的方面，对于基础的东西比例较低。学生更喜欢体验、参观、制作等方式学习。（5）学生希望学校在人工智能的实验室、课程、资源等方面是具备条件的。（6）高中学生学习人工智能课程的兴趣与学习人工智能课程的意愿显著相关，学习人工智能课程的意愿与将来从事相关工作的意愿显著相关。（7）在学习人工智能课程的兴趣、意愿、将来从事相关工作的意愿等方面，高中学生没有城乡差异、没有示范校和非示范校之间的差异。（8）家中有从事IT行业的家人或亲人，对学生将来从事人工智能相关工作或科研有显著影响。

    2.教学建议

    （1）加强高中人工智能课程建设。加强师资培训，确保所有学校都能开设人工智能课程，选用好的教材，保证人工智能课程的课时。教研和培训部门做好相应支持和指导。

    （2）学校要建设好实验室，提供较丰富的软件和资源供学生学习。人工智能实验室是学生学习人工智能的重要场所和设施，应该根据人工智能技术的多方面内容进行建设，使学生获得多方面的体验感受。

    （3）加强人工智能教学改进，注重兴趣培养，注重学生在应用方面的学习，注重学生的参观体验。

    （4）注重因材施教，对今后有意愿从事相关工作的学生提供更多指导和资源，为其今后选报相关高校及专业、从事相关工作打下更坚实的基础。

    注：本文系北京市教育委员会社科计划一般课题“中小学人工智能教育与智能教育应用对策研究”（SM201850061002）的研究成果之一

    作者单位：北京教育学院