呼和浩特市信息技术学科教师开展人工智能教育的现状与需求调研

● 中国社会科学院研究生院 王 爽

● 呼和浩特市教育教学研究中心 李 含

信息技术的发展，为人类开拓了除物理空间、人类社会空间之外的第三极——信息空间。人类生存空间的三元化催生了新一代人工智能，其迅猛发展带动着整个世界进入到人工智能时代。人工智能时代的到来，对现有的人才培养提出新的需求。

2017年，国务院印发的 《新一代人工智能发展规划》中提出，要在中小学开展人工智能教育。教育部原部长陈宝生在2019年国际人工智能与教育大会上进一步提出了普及人工智能教育的目标。而普及人工智能教育，需要大批优秀的学科教师和完备的支持系统。

教师作为教育的基本要素，是教学顺利开展的基本条件。中小学人工智能教育主要在信息科技学科内开展，信息科技学科教师是中小学开设人工智能课程、实施人工智能教育、普及人工智能知识的主要力量。

学科教师应该具备基本的学科教学知识（Pedagogical Content Knowledge，简称 PCK），包括学科知识和教学知识。信息时代的教师还需要掌握技术知识，形成融合信息技术的学科 教 学 知 识（Technological Pedagogical Content Knowledge，简称 TPACK）。人工智能时代的到来，也对教师的知识结构提出了新的要求，教师应该能够将人工智能技术运用到学科教学中，形成融合人工智能技术的学科教学知识体系（AITechnological Pedagogical Content Knowledge，简称 AI-TPACK）。

人工智能具有辅助教学技术手段和学科内容的双重性质。教学人工智能的信息科技学科教师（以下简称人工智能教师）应该具备人工智能学科的基本知识，掌握运用人工智能技术教授人工智能课程的教学方法。除此之外，人工智能教师还应该树立立德树人的意识，对智能社会的伦理、道德和价值观有正确的认识。

教师的教学离不开健全的教育支持系统。这个系统包含课程与评价标准、课程与教材、教学环境、社会环境。在我国，课程标准和评价方式依据国家课程标准统一规定。在国家课标的框架下，优质的课程、系统的教材、专业的实验室、支持的社会环境都会促进课程健康发展。

为了了解目前呼和浩特市中小学开展人工智能教育的师资情况、支持系统情况，以及在教师开展、普及人工智能教育方面遇到的困难与问题，以便设计更具针对性的教师专业发展计划，落实课程及相关资源建设，有力有序推动呼和浩特市人工智能教育的开展，笔者于2021年6月对呼和浩特市66所学校的57名教师进行了抽样调查。

一、调研情况

本次调研的对象是中小学信息科技学科教师。调研采用问卷的形式。问卷主体来自于北京教育学院钟祖荣、于晓雅团队编制的《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）》。笔者根据呼和浩特市具体情况对原试题进行了增改，形成了44道题的问卷。测试题主要涉及师资状况、课程现状以及支持系统状况三大部分。师资状况主要是关于师资构成、教师对人工智能相关知识的了解、教师学习人工智能的意愿与计划等情况。课程现状主要是关于学校目前开展人工智能教育的情况、需求与困难所在。支持系统状况主要是关于教育主管部门的政策法规、资金情况和社会支持情况。

二、调研结果

（一）师资结构及教师对人工智能掌握情况

1.师资结构。

参与本次调查的教师中，男教师占40.35%，女教师占59.65%。25岁以下教师占8.77%，26 ～30岁的教师占 29.82%，31～40岁的教师占43.86%，41～50岁的教师占14.04%，50岁以上的教师占3.5%。

从学科背景上看，专业为教育技术的教师占24.56%，专业为计算机的教师占47.37%，剩余教师为其他专业；从学段上看，小学教师占57.89%，初中教师占33.33%，高中教师占8.77%。教师中具有专科学历的占10.53%，具有本科学历的占78.95%，具有硕士研究生学历的占10.53%。这些教师从事人工智能教学的年限情况是：从事了1～3年的占70.18%，从事了3～4年的占10.53%，从事了4～5年的占8.77%，从事了5年以上的占10.53%。教师的职称情况是：有36.84%的教师未定级，小学三级教师占1.75%，中学二级和小学二级教师占35.09%，中学一级和小学一级教师占15.79%，中学高级和小学高级教师占10.53%。

2.教师对人工智能教育的认识情况。

33.33%的教师认为，在人工智能的时代背景下，教育和人才培养的目标会发生变化；29.82%的教师认为，未来教育教学方式会发生巨大的变化；19.3%的教师认为，学生的学习方式会有根本性改变；3.51%的教师认为，教育教学管理形态将重塑；5.26%的教师认为，人工智能对未来的教育教学不会有明显的作用。

3.教师对人工智能概念和相关技术的了解情况。

人工智能教师中，非常了解人工智能概念和相关技术的占1.75%，比较了解人工智能概念和相关技术的占26.32%，一般了解人工智能概念和相关技术的占47.37.%，不太了解人工智能概念和相关技术的占24.56%。（见图1）

图 1 教师对人工智能了解情况

对于“人工智能在教学中的应用系统”的问题，有50.88%的教师选择智能翻译，61.4%的教师选择虚拟现实，52.63%的教师选择智能搜索，54.39%的教师选择智能批改，有22.81%的老师还知道选项之外的一些应用。

作为信息技术学科教师，73.68%的教师认同人工智能是计算机科学的一个分支。有26.32%的教师没有准确作答。

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（38.6%）、 根据搜索结果推荐服务（52.63%）、 根据历史记录推荐服务（59.65%）、 根 据驾驶习惯提供路况（68.42%）、 智 能 手机提供的个性化服务（70.18%）等。

关于“机器人能够与人对话主要运用了什么技术”这个问题，只有56.14%的教师选择了运用自然语言理解技术，还有54.39%的教师认为是模式识别技术，54.39%的教师认为是虚拟现实技术，38.6%的教师认为是多媒体技术。这说明不少教师还缺乏对相关技术知识的了解。

关于“人工智能涉及的学科”，只有64.91%的教师选择了计算机科学，15.79%的教师选择仿生学，10.53%的教师选择数学，5.26%的教师选择统计学，1.75%的教师选择语言学，1.75%的教师选择医学。

关于“计算思维”，有40.35%的教师表示了解这种思维方式，其余的教师表示不清楚或不了解。26.32%的教师表示接受过计算思维的培训，38.6%的教师明确表示没有培训过。66.7%的教师认为，计算思维跟人在日常生活中解决问题的能力相关，28.07%的教师表示关系一般，而5.26%的教师表示没有关系。40.35%的教师表示已经把计算思维的培养引入到日常教学中，而8.77%的教师表示没有必要，还有50.88%的教师表示不清楚。至于在人工智能课堂上培养学生的计算思维是否有价值，有73.68%的教师表示有价值，1.75%的教师表示没有价值，24.56%的教师表示不清楚。

关 于“ 对人工智能相关文件的学习”选项，63.16%的教师表示学习过，36.84%的教师表示没有学习过。只有12.28%的教师阅读过《新一代人工智能发展规划》，38.6%的教师阅读过《教育信息化2.0行动计划》，10.53%的老师阅读过《高等学校创新行动计划》。

对于“人工智能伦理的认识”，38.6%的教师认为可以将人工智能运用于战争，这样可以促进人工智能的发展；21.05%的教师持相反态度；28.07%的教师认为战争现代化是可以理解的。有42.11%的教师表示不了解，没有看法。

4.教师学习人工智能相关知识的意愿和学习方式选择。

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”这一问题，大多数教师的回答是肯定的，占比为82.46%，有少数教师选择不愿意。

对于“学习人工智能的方式”选项，57.89%的教师选择通过获取无偿的公共资源进行学习，50.88%的教师选择通过教研活动进行学习，33.33%的教师选择短期速成，19.3%的教师选择两年的学历教育，17.54%的教师选择通过购买有偿线上资源学习，有1.75%的教师不考虑学习。

对于希望投入多少时间来学习人工智能，有43.86%的教师觉得可以用半年时间来学习，43.86%的教师愿意付出1～2年的时间，17.54%的教师愿意付出两年以上的时间。

对于“需要学习人工智能在哪个方面的应用”的选项中，56.14%的教师选择语音识别或语言翻译，49.12%的教师选择图像识别，54.39%的教师选择指纹识别，61.4%的教师选择智能家居，61.4%的教师选择无人驾驶或无人机，57.87%的教师选择机器人。

（二）人工智能教育开展情况

目前，我国中小学人工智能教育的开展主要分为校内课程和校外活动两个途径。因此，笔者就这两个途径的开展情况向信息科技教师进行了调查。

1.学校课内开设人工智能课程情况。

调查显示，在开课的学校中，有8.77%的学校单独开设课程且排在学校正常教学时间当中，31.58%的学校单独开设且排在社团活动时间内。在信息技术课中渗透人工智能教育的学校占比为50.88%，在竞赛团队中开设人工智能教育的学校占比为8.77%。

编程是人工智能课程的组成部分，也是信息技术课程的重要内容。笔者调研的开设编程课程的情况：开设图形化编程课程的学校占比为36.84%，开设Python编程课程的学校占比为8.77%，开设其他编程课程的学校占比为15.79%，没有开设编程课程的学校占比为38.6%。

对于“使用开源硬件授课”的调查显示，有12.28%的教师选用Microbit2，3.51%的教师选用Mixly，3.51%的教师选用树莓派，选用无人小车和掌控板等其他硬件的教师占比为21.05%，没有使用硬件的教师占比为59.65%。

在参与调查的学校中，只有7.02%的学校将人工智能课程作为必修课，26.32%的学校将人工智能作为选修课，15.79%的学校将人工智能作为竞赛类课程，将人工智能作为其他类课程开设的学校占比为50.88%。（见图2）

图 2 开设人工智能课程情况

2.学校课外开展人工智能相关活动的情况。

有19.3%的学校开展了针对人工智能的课外活动，80.7%的学校没有开展。在学校中，人工智能相关课外活动的内容分布，主要有机器人活动（15.79%）、编程活动（24.56%）、其他智能硬件（14.04%），45.61%的学校开展了除上述3种活动以外的其他活动。

（三）开展人工智能教育的困难与需求

1.开展人工智能教育的困难。

42.11%的教师认为，将人工智能技术应用于教育教学中的最大挑战是资金和设备不足；21.05%的教师认为，挑战来自于缺乏对管理者和教师的培训；17.54%的教师认为，挑战来自于管理者与教师的理念和技术跟不上教育信息化需求；10.53%的教师认为，挑战来自于来自传统的教学方式；3.51%的教师认为，道德伦理问题是一项挑战。

在实施人工智能教育中，受调查教师遇到的最大的困难是活动场地和活动经费不足的问题（57.89%），课程目录和课程标准问题（54.39%）。47.37%的教师希望得到学校政策支持，42.11%的教师反映，对人工智能的内容不够理解是开展人工智能教育的困难所在，只有1.75%的教师反映开展人工智能教学没有困难。（见图3）

图 3 实施人工智能教育的困难

2.期待给予支持。

学校希望得到人工智能教育方面支持的是：资金和设备支持（78.95%）、课程开发和教学指导（61.4%）、基础理论和方法的指导（38.6%）。

三、结论与建议

（一）调研结论

1.师资结构合理，但教师数量不足，知识结构有欠缺。

目前，呼和浩特市人工智能教师的性别、年龄、教龄、职称、学位、学科结构等均为正态分布，师资结构合理，具备实施人工智能教育的基本条件。大多数教师对开设人工智能课程的必要性有正面的认识，对学习和运用人工智能有积极的态度，这些都是学校开展人工智能教育的良好基础。

然而，调查显示，目前在编教师的数量仅能够满足半数学校的需求，师资数量需要补充。

大多数教师在人工智能领域的学习和实践都不超过三年，因此，在知识结构上存在一些问题。比如，对人工智能的了解大多处于中等程度，没有深入的理解；在政策理解、基础知识、教育应用等方面还存在较多缺失；教师的授课方式大多以传统的讲授模式为主，灵活运用项目式教学等方式授课的教师占比不到五分之一；很多教师还不太了解计算思维，更无法在课堂上有意识地培养学生的计算思维。

2.教学条件尚不完善。

人工智能课程体系尚不完善，没有现成、可用的教材，仅有少数学校拥有完整的人工智能课程体系。大多数学校没有装备齐全的人工智能实验室，不具备硬件条件教学。

在开设人工智能课程的学校中，以人工智能的知识和技能为主的学校占比不足五分之一，很多教师把编程当作人工智能的主要内容，大多数教师在没有硬件的情况下开展人工智能教学。

3.教育教学支持系统。

调查显示，教师对教育管理部门总体是满意的，对家长的支持也很认可。

（二）改善建议

针对目前调研中反映出来的开展人工智能教育的困难，笔者提出如下几个改进建议。

1. 教师专业发展刻不容缓。

对于目前师资短缺的状况，建议采用增编、校招，借助企业力量，培训现有信息科技教师等方式解决。

解决师资知识结构欠缺的问题，可以采用在职培训的方式。培训的内容应该涵盖国际局势和国家政策、人工智能知识和技能、教学方式和方法、智能社会道德和伦理等。培训形式可采取自学加培训、线上加线下、短期加长期等多种方式。学历提升教育也是有效解决师资专业化的重要渠道。允许教师根据自己的情况灵活选择。

另外，要定期组织教研活动，对不同学段人工智能知识以及技能的内容、难度、教法等进行理论、实践等多方位的研讨。鼓励教师编写优秀课例，组织教学大赛，奖励优秀教师。

2. 大力加强课程建设。

开设人工智能课程，普及人工智能教育是国家教育方针政策，也是时代发展所需。需要从课程标准、课程内容、课程教法、评价方式等多个角度进行研究，以确保课程质量。在国家课标的框架下，应尽快编写地方教材，结合呼和浩特市学生实际情况制订切实可行的培养目标、设计难易适中的课程内容、制定可测可量的评价标准，切实做到以学生为中心，因材施教。

3. 尽快落实普及人工智能教育所需的各项教学条件。

人工智能课程是培养学生解决问题能力的课程。应该配备必要的硬件、软件、平台等以激发学生的学习动机，提升学习效果。在条件允许的学校建设人工智能实验室，为学生提供相对真实的环境，拓展学生的思维，培养学生解决实际问题的能力。

4. 加强教学支持系统建设。

政府需要制定政策、投入资金解决课程建设、人才培养、实验室建设、实验装备等现实困难。学校需要凝聚和团结社会力量，充分发挥高校、企业、社区、家长在人工智能教育中的作用，在师资培养、进校授课、实验室建设、社会实践等多方面为学生提供全方位的支持。

5. 推进校外活动开展。

校外活动是校内课时不足导致学生无法深入系统学习的重要补充。学校应该组织各级各类的校外活动，鼓励学生参与，让学生在合作与竞争中培养交流、合作能力，提升抗压能力。在团队共同解决问题的过程中，发展学生的批判性思维和创新意识。