信息技术学科教师开展人工智能教育的现状与需求调研

    钟祖荣 于晓雅 秦昆 胡淑均

    

    

    国务院2017年印发的《新一代人工智能发展规划》中提出在中小学开展人工智能教育。中小学信息技术学科教师虽然在中小学配比较少，总体数量也不多，但却是中小学开设人工智能课程、实施人工智能教育的主要力量。为了了解目前北京市中小学信息技术学科教师学习、了解和实施人工智能教育的情况、经验、困难及问题，以便设计和开展针对性培训，拓展中小学教师和管理者对人工智能教育的认识，提升信息技术教育和人工智能相关教育的质量，笔者于2019年10-11月，按照“城区与郊区”和“小学、初中与高中学段”抽样两个类别和层次的信息技术学科教师，组织开展了此调研。

    ● 調研情况

    本次调查对象为中小学信息技术学科教师。调研采用问卷法，使用自编问卷《中小学开展人工智能教育的调查问卷（信息技术学科教师卷）》，共计41道题，主要涉及基本信息、对人工智能相关知识的了解情况、学习的意愿与想法、学校开展人工智能教育的情况、需求与困难所在。本次调查，对城区和郊区信息技术教师进行抽样调查，其中城区占53.5%，郊区占46.5%。在这些教师中，男教师占43.9%，女教师占56.1%。30岁以下年龄占25.4%，31～40岁占42.1%，41～50岁占23.7%，50岁以上占8.8%。从学科背景上看，理工科占80%;从学段上看，小学占54.4%，初中占23.7%，高中占21.1%。同时兼任学校中层管理人员占12.3%。

    ● 调研结果

    1.学校开展人工智能教育的情况

    信息技术学科教师是承担人工智能教育的主要师资。因此，从信息技术教师的角度了解学校开展人工智能教育，是比较准确和适合的。学校开展人工智能教育又包括开设相应课程、开展课外活动等途径，笔者对两种途径进行调查了解。

    （1）学校课内开设人工智能课程情况

    调查显示，学校开设了人工智能课程的占41.2%。在开课的学校中，单独开设且排在学校正常教学时间中的占20.9%，单独开设且排在社团活动时间的占27.9%，在信息技术课中渗透的占48.4%，在竞赛团队中开设的占2.3%。可见，真正作为一门正式课程开设的比例很小。

    开设人工智能课程有教材的占11.4%，其他均无教材，看来教材缺乏也是当前急需解决的问题之一。在开课教师的身份中，信息技术教师占35.1%，是最主要的承担者，其次还有科学教师及科技辅导员。大多是在普通教室开展，并没有专用实验室，还有26.3%在机房开展。有33.3%的学校是在最近1～2年内开始开设的，还有8.8%的学校是最近一年内开始开设人工智能课程，预测随着人工智能技术的不断普及，可能会有更多学校开始开设。

    编程是人工智能学习的基础，也是信息技术课程的重要内容。笔者调研了开设编程课程的情况。开设Scratch编程课程的最多占69.3%，其次是Python编程课程，占42.1%，其他还有“酷豆”编程课程等，没有开设编程课程的也不多，仅占10.5%，具体情况如图1所示。

    至于采用何种开源硬件，24.6%选用Microbit2，14.9%选用Mixly，13.2%选用树莓派，另外还有无人小车和掌控板等。只有58.8%作为必修课，其余作为兴趣课、选修课和竞赛类课程。一般是每周1节课，少数可以做到每周3节或以上。

    （2）学校课外开展人工智能相关活动的情况

    有56.1%的学校开展了针对人工智能的课外活动。人工智能相关课外活动的内容分布，主要有机器人活动（67.5%）和编程活动（60.5%），其他还有智能硬件（28.1%）、无人驾驶（12.3%）等。大多数是在最近一两年内开始（52.6%），也有少部分开展了3～4年。总的来说，学校人工智能课外活动的开展相比专门课程要普遍得多。

    2.开展人工智能教育的困难与需求

    （1）主要困难

    对学校在推进人工智能教育方面遇到的主要困难调查显示，经费不足和师资力量不足并列第一位（63.2%），其次是教学课时不足（51.8%），再次是学校基础设施落后（48.2%）（如图2）。

    调查学校在开展人工智能课外活动遇到的问题，调查在于，首先是缺少专家指导（63.2%），其次是设备问题（58.8%），再次是缺少培训（54.4%）。

    （2）认识与相关需求

    关于在本校开展人工智能教育是否必要，83.3%的教师认为非常必要，其他教师认为可有可无。

    关于人工智能教育的目的，通过调查可知，认同度较高的依次是培养学生创新精神（86.8%）、培养学生计算思维（86%）、培养学生实践能力（81.6%）、培养学生了解未来（78.1%）。对于推进教育资源共享、提高学校教学质量等目的，选择相对较少。

    学校希望得到人工智能教育方面的支持依次是实验室和教学平台建设（85.1%）、课程开发和教学指导（81.6%）、基础理论和方法的培训（68.4%）。

    3.教师对人工智能的了解掌握情况和学习需求

    （1）教师对人工智能概念和相关技术的了解情况

    大多数教师知道人工智能，但深入了解的却较少，自我评价分布为：非常了解（3.5%）、比较了解（29.8%）、一般（57.%）、不太了解（6.1%）。对人工智能在教学中的应用系统，大多数停留于智能翻译（64%）和虚拟现实（62.3%）、智能搜索（50.9%）等，而对真正在教学中应用的智能系统了解的人较少，如智能批改（37.7%）、AI好教师系统（29.8%）等。

    作为信息技术学科教师，83.3%的教师认同人工智能是计算机科学的一个分支。但是仍有25%的教师没有准确作答，包括“AI是人工智能缩写”等最基本的常识。

    在哪些功能是由人工智能技术提供的选项中，选择占比依次为网络购物（86.8%）、根据搜索结果推荐服务（86%）、根据历史记录推荐服务（81.6%）、根据驾驶习惯提供路况（78.1%）、智能手机提供的个性化服务（48.2%）等。

    关于机器人能够与人对话主要运用了什么技术，只有51.8%选择的教师是运用了自然语言理解技术，还有少数教师认为是模式识别技术（8.8%）、虚拟现实技术（4.4%），这说明不少人还缺乏相关技术知识。

    关于人工智能涉及的学科，几乎所有教师都选择了计算机科学（99.1%），其次选择较多的学科有仿生学（74.6%）、数学（70.2%）、统计学（66.7%）、语言学（64%）、医学（52.6%）。选择较少的有伦理学、艺术、哲学。

    关于对人工智能相關文件的学习，41.2%的教师表示有过，57%的教师表示没有学习。其中《新一代人工智能发展规划》有43%的教师阅读过，《教育信息化2.0行动计划》有46.5%的教师阅读过，其他的阅读人数少。

    （2）信息技术学科教师人工智能相关知识学习意愿和学习方式

    关于是否认为人工智能教育将成为提升自我、科研突破的重要契机，大多数是肯定的，占到91.2%，只有极少数不这样认为。

    关于是否愿意让人工智能更加了解自己，给自己生活提供方便，大多数也是肯定的，占比81.6%，仍有少数不愿意。

    对于如何学习人工智能技术，最主要的方式选择是教研活动（50.9%）和短期速成（45.6%），获得免费自学资源（36.8%）（如图3）。

    对于希望投入多少时间来学习？选择比较平均，有37.2%的教师觉得可以用半年时间学习人工工智能技术，39.8%的教师愿意付出1～2年的时间，还有23%的教师愿意付出两年以上的时间。

    ● 结论与建议

    1.结论

    ①编程课程开设相对比较普遍，人工智能相关课程与课外活动开展还不够普遍，占半数左右，且多为兴趣课或选修课。

    ②信息技术学科教师对人工智能的了解程度大多呈现一般的中等程度，在政策、基础知识、教育应用等方面还存在较多缺失，需要补充学习。

    ③信息技术学科教师对开设人工智能课程的必要性、对学习和运用人工智能的愿望大多数是肯定的、积极的，这为其学习以及学校开展人工智能教育提供了良好的认识基础。

    ④在开设人工智能课程和开展课外活动方面还存在资源条件、师资、指导等方面的困难，相应地产生了对政府、教研培训部门以及学校管理等方面的需求。需要创造条件解决困难。

    2.建议

    第一，开设人工智能相关课程，是人工智能发展规划中提出的任务。从国务院政策到学校落地实施，目前看还存在较多困难和一定的差距。首先需要对人工智能课程进行设计研究，具体包括目的、内容、教材、课时、考核评价等问题。从目的上说，要从知识技能、价值观与人工智能的伦理问题、计算思维与创新意识等方面去考虑。从内容上，主要应该包括人工智能的价值、基本原理、主要技术、应用场景、伦理规范等。在教材方面，目前版本逐渐增多，关键是要对各种版本进行评估分析，然后进行推荐，供教师根据学校和学生的实际进行选择。在课时方面，目前由于没有正式的课程，课时也往往融在信息技术课程中，因此，需要适当增加课时。从考核上看，要根据课程目标进行考核，同时注意考核方式，多注重活动与设计，注意结合具体情境和案例来分析，少一些知识性的纸笔测试。在做好课程设计的基础上，在一定区域中推行人工智能课程，提高其普及度。

    第二，继续开展好学生的人工智能课外活动。鼓励学生参与人工智能的兴趣小组活动，学校创造条件支持学生开展学习、实验、制作、竞赛等活动，要安排教师和社会力量加强对学生的活动指导，加强学校与相关技术企业之间的联系，打通课外与校外之间的联系。

    第三，对学校设备和师资的条件支持。目前，部分学校实验设备条件较好，但多数学校在人工智能教育的设备条件上还比较缺乏，如实验室、相关的平台和软件、硬件、组件等。需要政府给予资金上的支持，可以设立人工智能教育条件建设专项。同时，也需要企业和学校合作搞好实验室的设计，配备好相应的条件。关于师资的配置，可以有多种方式，主要方式还是立足现有信息技术学科教师的专业提高，另外可以借助技术企业的专业力量支持，也可以引进新毕业的专业人才。

    第四，开展技术学科教师的培训与提升。信息技术学科教师对人工智能的了解程度总体要好于其他学科教师，同时也具有更好的基础，但由于人工智能也是新知识新技能，也只有通过学习才能了解掌握，而在这个方面每个人的跟进程度不一样，从调查结果也可以看出还有较大差距。而且在人工智能掌握的程度水平上，对信息技术学科教师的要求也要高得多，因为他们要承担人工智能课程的教学。所以，需要高校和培训院校开展较长时间的教师进修培训，帮助他们系统地掌握人工智能的理论和技术，以及开展人工智能教育的教学法。

    第五，加强人工智能教育的教研活动。人工智能教育是个新课题，目前有不少学校进行了探索，但还面临诸多制度性问题、条件性问题、教学法问题。制度性问题需要政府进行制度设计，条件性问题需要政府和学校创造条件，教学法问题需要教研部门和学校一起，结合课例开展实际的研讨，就内容选择、教学方法、课程评价、学生学习指导、课外活动、竞赛组织等问题开展有组织有计划的研究。