我国人工智能技术赋能中小学教师教学情况调查

摘

要：人工智能作为一种新兴的信息通信技术，对优化教育系统中各个环节的学习活动具有巨大的应用前景，可以创造出更加个性化、自适应性甚至是服务于终身学习的智能学习环境。国家发布的人工智能相关政策，也强调尽快发展与完善我国中小学人工智能教育的重要性与急迫性。而在人工智能课程的开展过程中，教师如何使用人工智能优化教学效果，成为加快实现人工智能赋能基础教育的关键。文章采用定量研究方法，以“人工智能赋能中小学教育现状”为主题，对全国19个省市的中小学教师进行调研，全面分析人工智能赋能教师教学的情况。结果显示，目前阻碍教师有效应用人工智能的首要因素是缺乏成熟的技术产品;其次是技术产品的资源服务及使用动机;再次是教师缺乏相关技能培训。在此基础上，文章建议：教师不仅要完成教学任务，更要注重专业发展，抽出时间学习如何运用人工智能，以便更好地促进教与学的融合发展;学校应该重视教师的反馈，尽快开展具有有效性、实际性的行动，以推进人工智能在教育领域的快速发展。关键词：人工智能技术;中小学教师;人工智能教育;人工智能技术赋能教师教学一、引言随着我国人工智能相关政策的发布，人工智能教育成为未来教育发展的一个重要方向。2017年，《新一代人工智能发展规划》印发，正式就智能教育的开发、智能校园的建设进行了系统部署，第一次从国家层面提出了人工智能发展的战略目标、总体计划和重点任务，特别强调了人工智能对教育的重要性[1]。其中，加快我国中小学人工智能课程建设，以尽快实现全民人工智能教育项目的实施，是政策强调的重点。之后，《中国教育现代化2035》印发，进一步对尽快布局、完善人工智能赋能基础教育提出要求。人工智能作为新时代科技与产业创新的重要驱动力量，正在深刻改变人们的生活、工作，尤其是教育与学习方式。2021年发布的《中小学人工智能课程标准》提出，人工智能可以应用到数学、物理、信息科学、神经科学、计算机科学、认知心理学等众多学科领域，具有综合性的特点[2]。由于我国中小学人工智能教育尚未形成清晰、完整的总体定位与核心内容，仍面临人工智能课程定位模糊、教学内容分化、课程体系与资源庞杂等问题[3]，这对智能时代的教师教学提出了新挑战。教师对人工智能课程教学的实施，需要融合跨学科的知识，通过教学设计创新，开展诸如观察、体验、模拟、实践等多形式的学习活动，努力提升学生对所学内容的整体理解与横向迁移，促进学生能力的全面发展。教师在开展中小学人工智能课程教学时，要选取贴近学生日常生活、学习问题情境的人工智能技术，让学生在行动实践和环境体验的过程中，感受、理解并掌握人工智能相关的原理、方法和技能。同时，教师应该鼓励学生尝试对教育科学发展提出新的问题，以及新的解决方法，从而培养学生的问题发现、深度思考、技术应用，以及创新能力等，以适应未来智能社会的发展[2]。人工智能作为一种新兴的信息通信技术，在教育活动中具有巨大的应用前景。例如，应用于教学的智能技术，可以促进教学效率与质量的提高。在人工智能技术赋能基础教育领域的过程中，有很多因素需要考虑。例如，必要的硬件设备、软件管理系统支持，政府和学校相关的政策支持，高校或企业人工智能专家的培训和指导，智能教育工具和产品的应用，等等。随着人工智能技术的快速发展，很多智能工具已经应用于教育教学领域，如智能推荐系统、智能批改系统、智能评测工具、多语言翻译系统等。具体地，学生可以使用“批改网”等系统提交英语作文，在得到即时反馈后多次修改拼写、语法、修辞等错误，直到满意为止;借助“腾讯智能学习本”等辅助学生作业的人工智能工具，可以实现教师的精准教、学生的精准学;借助“讯飞畅言语音”“英语流利说”等系统学习英语发音;借助智能机器人学习编程，培养计算思维和创造性思维。另外，学生在使用智能教育工具的过程中，智能系统是可以搜集学生在学业、行为、学习风格甚至是情感方面的大量数据，通过对这些数据的分析，教师可能会发现一些规律或模式，并为学生提供一定程度的个性化教学活动等[4]。因此，人工智能技术及其衍生产品工具在教育教学领域具有巨大的应用前景，可以创造出更加个性化、具有自适应性、服务于终身学习的智能学习环境。基于此，本文对我国中小学教师进行了问卷调查，旨在深入了解人工智能技术赋能教师教学的现状。二、研究方法本文根据《中小学人工智能课程开发标准》中，人工智能赋能教育的内容标准进行调查问卷设计，即“中小学人工智能赋能教育应用现状”[2]。然后，采用易研平台面向全国各地中小学教师，进行问卷发放。问卷的发放时间为2021年9月17日至10月13日，各地区样本的分布情况如图1所示。此次调查针对全国19个省市的中小学教师，回收有效问卷28782份。其中，吉林省（24.98%）、河南省（17.63%）和辽宁省（13.33%）收集的教师样本数较多，均超过10%。研究团队使用SPSS软件进行数据分析。受访教师中，小学教师占56.79%（16345人），初中教师占29.64%（8531人），高中教师占13.57%（3906人）;男教师占21.42%（6165人），女教师占78.58%（22617人）。其中，絕大多数教师具有本科学历（25299人，占87.90%），其余教师具有硕士学历（1566人，占5.44%）、博士学历（40人，占0.14%）以及专科学历（1877人，占6.52%）。参与调研的教师来自小学到高中的各个学科。从受访教师的教龄上看，教龄16年以上的（14961人）占51.98%，达到一半的占比;教龄5年以内的占19.71%（5673人）;教龄6～10年的占15.47%（4452人）;教龄11～15年的占12.84%（3696人）。三、数据分析（一）中小学教师对人工智能技术的掌握情况在此次调查的所有受访教师中（N=28782），对人工智能比较了解的教师占比31.11%，人工智能方面的专家仅占3.78%。首先，大部分教师（58.24%）对人工智能仅有一点了解。这表明，对教师进行人工智能相关知识技能的培训是十分必要的。新兴信息技术推动教育系统走向智能教育，急需教师角色的转变，以胜任未来教育教学工作[5]。其次，在使用过人工智能技术的15080位受访教师中，大部分认为人工智能“使得机器能够模拟、延伸、扩展人类的智能行为”“构造出具有一定智慧能力的人工系统”“通过模拟人类智慧来执行任务”“能够从新信息中学习并适应周围的环境”“可以是物理形式，也可以是智能软件形式”。另外还有15%左右的受访教师认为“人工智能就是智能算法”“人工智能就是机器人”。综上所述，大部分教师对人工智能的理解是比较正确的，都能够通过自身体验和了解选择正确的观点，但仍有少部分受访教师对人工智能的理解比较片面。首先，从人工智能技术的使用情况来看，在听说过人工智能技术的26806名教师中，有近半数（43.74%）教师从未使用过人工智能技术;有44.89%的教师偶尔使用人工智能技术;有11%左右的教师经常使用人工智能技术。这种情况说明，目前我国中小学课堂中，教师使用人工智能技术进行辅助教学的情况还有很多发展空间。其次，在使用过人工智能技术的15080位受访教师中，使用过“计算机视觉技术（使计算机模拟人類视觉，实现图片识别等功能）”的教师占比最多，达到72%左右;然后是“自然语言处理技术（使计算机听懂人类说的话、读懂人类写的文章）”“语音识别技术（使计算机能识别人类语音）”“机器学习技术（使计算机模仿人类的学习过程，以获取新的知识与技能）”，占比均在50%左右。最后，在课程中使用的“智能代理技术（自动收集客户信息，为客户推荐感兴趣的资源）”“情感计算技术（使计算机能识别人类情感，通过识别人的面部表情、姿态表情、语调表情等，实时捕捉人类的情感）”等人工智能技术的占比相对较低。上述情况让我们了解了目前中小学各学科中人工智能技术的使用现状。本研究进一步调查了教师所使用的人工智能教学工具（N=15080）。使用过“智能备课相关工具”的教师占比最多，达到75%;其次是“智能作业布置相关工具（如腾讯智能电子纸教学方案）”“智慧课堂相关工具”“智能学情分析相关工具”，占比50%左右;相对占比较低的是“智能阅卷相关工具”，占比40%左右;使用比例最低的是“智能作业批改相关工具”。在实际的教育教学过程中，大部分学校表示会在每次考试后使用智能阅卷系统辅助批阅。此外，本研究对教师利用人工智能技术辅助教学的具体情况进行调查，对题项赋值（从非常不满意到非常满意，依次赋分为1～5分），并根据比例求均值，结果如图2所示。其中，“教学过程中，所有App产生的数据都会记录在相关平台或系统上，对您的教学有很大辅助作用”的得分相对较高，达到3.60分，这说明教师会对学生的学习行为进行分析和了解，以更好地优化教学。其余的“您经常使用智能系统中的签到、在线测试、教学评估等功能辅助课堂教学”“教学过程中，您经常使用一些智能学情分析工具，采集学生学习过程数据（如作品、成果、行为等），且比较完整”“您经常通过一些智能教学系统的学情分析功能，来分析学生的学习风格、需求等，以推送个性化的学习服务”“您能够利用人工智能技术探索探究式教学、合作式教学、个性化教学、游戏化教学等新型教学模式”四个问题的平均得分相近，均在3.4分左右。该结果说明教师对人工智能技术辅助教学的应用普遍持满意态度。（二）教学中人工智能技术的应用情况调查发现（如图3所示），教师使用智能搜索等人工智能技术最为频繁，可以节省用于查找课程材料或内容的大量时间;其次是“利用智能代理等人工智能技术节省备课时间”“应用虚拟现实等人工智能技术提升学生学习动机”“应用人脸识别等人工智能技术辅助管理学生”;再次是“利用智能学情分析等人工智能技术评估学生教学反馈”和“应用虚拟助教减少教学中的错误”;应用比例最低的是“应用自然语言处理等人工智能技术节省批改作业的时间”。由此可见，目前大部分教师已经将人工智能技术融入到教育教学工作中。具体应用情况表明，在备课和管理阶段，教师使用人工智能技术辅助工作的频率越高，越能够大幅度提高工作效率并提升学生的学习热情。但在评估教学过程和批改作业方面，教师对人工智能技术的利用比例相对较低。原因可能是目前评估教学、监控教学过程、批改作业相关的人工智能技术尚不够成熟，教师认为借鉴意义不够，导致使用率不高。在听说过人工智能的教师中（N=26806），绝大部分认为目前学校提供的智能化应用还不足以满足教学的需求，且目前学校提供的智能设备主要集中在管理上，并没有为教学提供帮助。如图4所示，在“在教学中有效应用人工智能技术的阻碍因素”（最小的障碍赋值为1分、最大的障碍赋值为7分）调查中，选项“在教学中没有成熟的人工智能技术或产品”被认为是最大的阻碍因素，达到4.96分;其次是“在教学中没有与人工智能技术或产品配套的资源和服务”“学校缺乏在教学中使用人工智能产品的文化氛围”“教师使用人工智能技术或产品的自身动机不足”;排名较低的是“教师缺乏在教学中应用人工智能的相关培训”“教师缺乏在教学中应用人工智能技术的技能”;排名最后的为“学校领导不重视人工智能的教学应用”，得到2.73分。因此，综合来看，缺乏成熟使用的技术产品，是教师有效应用人工智能技术的最大阻碍;其次是技术产品的资源服务及使用动机;再次是教师缺乏相关技能培训。因此，若在中小学校广泛开展人工智能技术辅助教学，亟待解决的是成熟可用教学工具的开发，并配套相应的教学资源和服务，学校还应采取激励措施或政策，激发教师使用人工智能技术的动机，并组织相关培训提高教师掌握和运用信息技术的能力。分析所有受访教师（N=28782）对人工智能教育应用的满意度，通过对题项赋值并根据比例求均值，结果如图5所示。整体来看，所有选项的均分都高于3分，这说明在使用过人工智能平台、软件、硬件产品的教师中，对教学较为满意。得分最高的两个选项依次为“在未来的教学中，使用人工智能技术会对课堂教学产生积极影响”“通过在教学中使用人工智能技术，教学自信心和满足感得到了提升”。可见，教师对于人工智能在教学中应用有着很高的期待，并认为在教学中应用人工智能技术可以提高自己的教学自信心。得分最低的选项是“使用的人工智能平臺、软件、硬件产品操作简单易用”。这说明，在教学一线，教师应用的人工智能产品使用起来较为复杂，难以实现简单操作。另一方面，教师在课堂中的角色行为转变也值得受到关注。当智能技术、设备逐渐融入教育生态时，许多中小学教师由于经验不足，容易产生“人工智能将会替代人类教师”的担忧和恐慌[6]。对于人工智能技术与教师的关系，许多教师的态度并非完全乐观。对了解并使用过人工智能技术的15080名教师群体进行调查，结果发现：62.24%的教师认为，需要花费许多时间去备课，才能在教学中有效应用人工智能技术;54.95%的教师认为，教师这份工作需要人的参与，人工智能技术并不能完成教师做的事情;47.74%的教师认为，人工智能技术不是完美的，并不能毫无差错地执行任务;18.44%的教师认为，人工智能技术会夺走教师的工作机会。因此，为了未来更好地推进人工智能进入基础教育，需要培养教师对人工智能正确的认知和理解，使其可以高效地使用人工智能技术。（三）人工智能技术赋能教学过程中存在的风险人工智能与教育的融合在促发教育伦理演变进化的同时，也带来了一系列新的挑战。如今的人工智能发展已经走向广谱性应用阶段。在教育领域，数字化教学系统能够更广泛地搜集学生学习过程中所产生的行为、状态、表现、情感、交互等各类数据，并实时存储在云端进行精准分析。因此，基于这些大数据的积累，人工智能教育生态可以稳定运行。智能系统掌握了大量的个人行为信息，如果这些数据使用得当，可以提升学习服务的支持效果，但如果某些用户出于非法目的，就可能会造成数据泄露，以及个人隐私被侵犯等情况，甚至涉及到安全问题[7]。人工智能的数据挖掘和分析能力在很大程度上超越了以往的分析技术，数据使用不当在一定程度上会侵犯学生个人的合法权益，这将导致新教育问题的出现。在关于“人工智能技术是否会在教育应用中导致师生的个人信息泄露，对生活造成困扰”的调查中，从26806名受访教师的调查结果中发现：45.1%的教师表示对这种困扰和担忧持“一般”的态度;35.79%的教师表示“非常同意”或“同意”;“非常不同意”或“不同意”的教师占比只有19.11%。同样，在关于“人工智能技术在教育中的应用，可能会被潜在监视，产生安全问题”的调查中，43.78%的教师持“一般”的态度，40.64%的教师表示“非常同意”或“同意”，表示“非常不同意”或“不同意”的教师占比仅为15.58%。综合上述两个问题的调查结果，可以发现，许多师生认为人工智能技术在教育应用的过程中，可能会导致个人信息泄露，或被监视并产生安全威胁等问题，这对师生在工作学习乃至生活产生一定的困扰。在数据安全方面，大约只有五分之一的教师认为，人工智能在信息存储规划上是值得信任的。因此，在我国大力推进人工智能进入校园的同时，执行者、管理者、研究者等人员也同样需要关注人工智能可能带来的风险与挑战。（四）人工智能技术支持教师教学的未来展望对受访教师进行关于“未来借助人工智能工具赋能学校教育期望”的调查，从教师自身视角出发，探寻其对未来人工智能教育的看法。首先，本研究对教师所期望获得的外部支持进行了调查。结果表明，有77.95%的教师希望学校定期开展培训，帮助其应用人工智能技术提高学生的学习兴趣、支持个性化学习;72.06%的教师希望学校支持购置人工智能相关产品设备;68.66%的教师希望政府加大对学校信息化建设的投入，出台相关政策文件进行指导;62.41%的教师希望家长能够理性看待课堂中使用智能产品进行教与学;46.44%的教师希望企业能够提供支持，开发更多适应教学需求的产品与应用。由此可见，教师所希望获得的外部支持中，对学校的呼声较高，说明教师普遍认同学校需要不断完善人工智能设备，并定期开展教学培训，以此来激发教师在教育过程中使用人工智能技术，进而帮助学生提高学习兴趣，促进其个性化发展。其次，本研究还对“如何才能够适应未来人工智能技术整合教学的发展趋势”进行了调查。结果表明，72%的教师认为，要积极学习人工智能知识和技术，持续关注人工智能研究的最新进展;68%的教师认为，要积极尝试在人工智能环境下开展课程教学;62%的教师认为，要积极与同事、专家探讨人工智能技术应用于教学实践;54%的教师认为，要总结和反思人工智能技术在教学中的应用效果;49%的教师认为，在使用人工智能技术进行教学的过程中，应秉持辩证的人工智能技术观。未来中小学教师应具备的智能教育素养，需要基于人工智能技术，针对课堂教学所普遍存在的问题，从课堂教学组织结构重构、教与学路径优化、教与学活动开展的方法创新等方面，分层次探索人工智能技术支持下的课堂教学创新途径，构建起技术赋能教育的新体系[8]。因此，未来的中小学教师须具有人工智能教学平台操作、问题解决策略、学生个别化辅导、跨学科知识储备、教学技能等能力。在本研究还对“教师需要具备哪些能力，才能应对未来人工智能技术支持的个性化学习环境”这一问题进行了调查。结果表明，超过70%的教师认为，要提高自身善于发现、解决问题的能力，以及持续关注人工智能知识和技能的终身学习能力;超过60%的教师认为，需要培养利用人工智能技术创新教学模式的能力、与同事同行进行讨论交流的能力，以及善于总结反思不断优化、改进教学的能力。因此，人工智能搭建了一种新型的学习环境，又承担了一个技术工具的角色，为教育活动发生提供了强有力的技术支持[9]。最后，本研究还通过开放性题目的方式，收集了已有人工智能课程经验的教师，在教学过程中使用人工智能技术所带来的改变。通过对参与开放性题目的12179位教师的回答进行词频分析，得到如图6所示的词云图。结果表明，人工智能是一项与时俱进的新技术，能够帮助教师更高效地备课，并提高工作效率;人工智能可以改善课堂教学方法、丰富教学方式、提高教学效率;人工智能还可以更加直观地展示知识内容，从而提高学生的学习兴趣，对教学质量也有很大的提升。四、结论基于本文的调查结果可以发现，目前大部分中小学教师对人工智能的理解是正确的，而已经利用其进行辅助教学的大部分教师，对人工智能技术的应用效果持满