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2019年12月28日 星期六

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5個策略,讓人工智能教育真實有效落地


人工智能教育在中小學普遍開展是必然選擇,但如何讓人工智能教育真實有效落地,目前還存在諸多問題需要探索和研究。本文将對中小學人工智能教育存在的主要問題進行分析,并提出相應的對策。

人工智能與人工智能教育
人工智能是什麼?在長達半個世紀的人工智能研究曆程中,大量學者對其概念進行了不同維度的界定。綜合梳理,主要可分為兩類:一是從行為和功能的角度出發,定義人工智能機器的外在行為和能夠實現的功能,即人工智能是通過機器來模拟人類認知能力的技術。二是将人工智能定義為一門學科或新科學,即“人工智能是研究、開發用于模拟、延伸和擴展人類智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。”上述兩類定義集中反映人工智能的本質是人類賦予機器的未來形态,即機器具有人類智能。
人工智能教育是學校以人工智能為教育資源、内容或課程,以提升學生的人工智能素養為目标對學生開展的教育。中小學人工智能教育的開展需具備五個基本條件:教師、課程、設備、時間和環境。所以,要提高人工智能教育的質量,就必須不斷完善這五個基本條件,并做到協調聯動,才能促進中小學人工智能教育的開展。
中小學人工智能教育

存在的主要問題


專業教師匮乏。目前,絕大部分中小學校的人工智能教學由信息技術教師或科學教師擔任,短時間内專業教師不可能得到及時有效的補充。這說明中小學人工智能教育專業教師嚴重匮乏,農村和邊遠地區尤為突出,這已成為中小學開展人工智能教育面臨的最大挑戰。
課程資源短缺。中小學人工智能教育,應有統一的課程标準,因為沒有統一的課程标準,課程在構建過程中,教學目标的确定、教學内容的選擇、教學課時的安排和調整、教學模式和教學策略的遴選、課程評價和綜合教學場建設等方面,都存在着或大或小的分歧。如有的學校将大學的人工智能課程稍加梳理就搬到了中小學,各種複雜的算法和公式、生僻的概念充斥着課堂;有的學校則隻關注應用、體驗,很少涉及人工智能理論知識;有的學校甚至把人工智能教育窄化為編程教育、創客教育、STEM教育、機器人教育和無人機教育。上述諸多現象,突出暴露了适合中小學人工智能教育的課程資源短缺,尤其是既能滿足社會現實和長遠需求又能促進學生個性充分發展的課程資源。
課時難以保障。《義務教育課程設置實驗方案》規定,九年義務教育中學校總課時數是9522節,小學一、二年級每周26節,三至六年級每周30節,初中階段的課時總數應為3502節,即每周安排34節左右。高中階段每周的課時約為30節。從表面上看課時是充裕的,實際實施中會發現課時是嚴重緊缺的:一是科學技術類課程在學校課程體系中始終沒有得到充分重視,課時少且得不到保證。二是學校對國家課程、地方課程和校本課程的課時安排缺少頂層設計,有機融合不夠,同時又受到學校特色發展思路的制約,想從傳統的考試科目中争取到課時基本是不可能。這就造成在中小學開展人工智能教育,在時間上很難得到保障。
設備缺少集成。人工智能教育具有很強的實踐體驗性,離不開教學設備的支持。人工智能設備大體上可分為三類:一是基礎性設備,如計算機、網絡、大屏幕、雲桌面及相關的軟件系統;二是緊貼AI課程需求的教學體驗設備,如智能開源拼插硬件、無人駕駛小車、智能編程機器人、編程無人機、智能音箱等;三是有利于項目學習的課桌椅,異形展示櫃、套件箱、大型操作展示平台等。目前,有條件的地區,中小學開展人工智能教育所需的基礎設備、教學體驗設備基本具備,但大多數在散點使用,缺乏有機整合,更談不上系統的集成,設備的功能沒有得到有效的發揮,制約了人工智能教育質量的提升。
中小學人工智能教育
存在問題的解決策略
◆ 高位統籌資源,構建專兼職教師隊伍
教育行政部門制定相應政策,積極鼓勵高等學校、科研院所、人工智能産業相關人員和人工智能專業的畢業生到中小學擔任兼職教師。從中小學遴選部分信息技術和科學教師參加人工智能理論和實踐的培訓,考核後擔任人工智能教師。教育行政部門加強頂層設計,長遠規劃,漸進實施,要求并鼓勵有條件的綜合性大學,特别是各省市的高等師範院校調整專業結構,盡快開設人工智能教育專業,培養面向中小學的專業師資,确保我國中小學人工智能教育的健康開展,滿足國家未來人才發展的需要。
◆ 求取課程價值,開發人工智能校本課程
當下中小學人工智能教育還沒有全國統一的課程标準,這就需要學校在深入理解人工智能思想、算法及其發展趨勢的基礎上,基于基礎教育的規律和學生的發展需要,以培養更好适應人工智能時代的人才為價值取向,整體建構課程目标、内容層級和教學體系,逐步建構面向全體中小學生的人工智能教育基礎課程。人工智能教育屬于科學技術範疇,主要是讓學生“感知其特征,理解其算法,了解其價值,開發其潛能,探索其發展,論辯其未來”。各學校要時不我待,在求取适切的課程價值的基礎上,積極開發獨具特色的校本課程。
◆ 找定位巧融合,積極開設人工智能課程
在中小學課時資源緊缺的情況下,人工智能課程的課時定位要準,即不是讨論如何增加,增加多少課時的問題,而是怎樣更加合理利用已有學科課程的課時,開展普及性的人工智能教育。
2017年教育部印發的《義務教育小學科學課程标準》把課程目标之一定位在科學技術方面,而人工智能屬于科學技術範疇,所以在小學科學課程中安排人工智能内容是切實可行的。
《義務教育課程設置實驗方案》中規定了 “綜合實踐活動”主要包括:信息技術教育、研究性學習、社區服務與社會實踐以及勞動技術教育。因此在初中階段,人工智能課程可以在“綜合實踐活動”課程中安排。
2017版《普通高中信息技術課程标準》在原有課程标準基礎上進行了大量修訂,在人工智能領域,不僅保留了“人工智能初步”模塊,在必修模塊中也增加了與人工智能相關的内容。
由此可見,找準人工智能教育的課時定位并巧妙融合,在中小學普遍開展人工智能教育是切實可行的。
◆ 系統整合資源,營造人工智能綜合場
人工智能綜合場的建設與應用是人工智能教育發展的必然趨勢。學校可以根據教學需要,一是将網絡、AI教學服務平台、計算機、人工智能産品以及AR、VR等設備進行有機互聯,系統集成,創設學生感知、體驗人工智能最新技術應用的實感體驗場。二是依場地設計制造适合人工智能學習的異型桌椅、大型展示平台、智能家居等設備以适應人工智能教學的特殊需要。三是整體設計人工智能文化,如人工智能發展的曆史、基本思想、基本原理、各個關鍵節點的重要人物和标志性産品等。
人工智能資源的整合與綜合場的創設有助于教師及時獲取豐富的教學資源,讓技術賦能教學,更好地為教學提供核心支持和服務;有利于激發學生對人工智能學習的興趣,培養學生的計算思維、創新思維和科學探索精神,全面提升學生的人工智能素養。
◆ 多方協調聯動,創設良好内外環境
國家層面,要盡快制定國家課程标準,确定中小學各學段的課程目标、模塊、内容和基本要求及條件保障,為中小學開發課程和開展教學活動提供指南,鼓勵學校根據國家課程标準開發具有自身特點的校本課程。
社會層面,根據《新一代人工智能發展規劃》要求,制定鼓勵社會力量、高等院校、科研機構、人工智能骨幹企業等部門跨界參與人工智能活動的政策和組合管理辦法,适時啟動全民智能教育活動。
學校層面,堅持科學普及與提高相結合,教師培訓與校本課程開發相結合,課程實施與綜合場建設相結合,課程實施與設備集成相結合,系統推進人工智能環境創設。
家庭層面,堅持普及與引領相結合,創設環境與應用體驗相結合,鼓勵實驗與探索創新相結合,逐步改善家庭人工智能學習環境。