人工智能時代美國中小學計算機科學教育新進展

在人工智能時代，美國將中小學計算機科學教育升級為國家優先事項。本文通過相關政策文本與調研數據，從教育政策、課程開設、課程規劃與管理、課程標準、課程內容、教師專業發展等方面梳理美國中小學計算機科學教育最新進展與面臨的挑戰，并提出我國信息科技教育的健康發展需要處理好課程定位、師資培養、研究先行、教育公平、倫理安全等五個方面的關系。

人工智能（AI）技術的飛速發展，使全球基礎教育面臨重塑。為了讓學生適應未來人工智能驅動的社會，美國將中小學計算機科學課程升級為國家優先事項，人工智能教育已經成為美國國家人才戰略的核心。根據美國勞工統計局（Bureau of Labor Statistics）的數據，未來十年，計算機和信息技術領域的工作崗位將以遠高于所有職業平均水平的速度增長。面對國內勞動力需求和國際競爭，美國社會各界對中小學計算機科學教育的認識在不斷深化，其課程發展也非常迅速。

計算機科學教育的必要性

人工智能可以賦能學習，但它不能取代計算機科學教育培養學生的核心素養。雖然自然語言處理、機器學習和計算能力的進步導致出現了越來越強大的人工智能代碼生成工具，但編程不僅僅是寫代碼，它仍然是幫助學生培養批判性思維、解決問題和計算思維能力的關鍵技能。此外，編程還能培養個人能動性，使學生成為積極的技術創造者，而且人工智能也不會取代程序員，它需要人類的創造力和領域專業知識。同時，學生需要通過計算機科學課堂學習人工智能，了解其工作原理，因為它是獲得這方面知識的最佳途徑。

2024年8月，由美國計算機科學教師協會（CSTA）聯合美國計算機協會（ACM）等眾多機構發布研究報告《重塑計算機科學教育之路》（Reimagining CS Pathways），討論了為什么計算機科學要成為所有高中學生的必修課。報告認為計算機科學教育的價值是全面而深遠的，指出計算機科學為學生提供一個提高問題解決能力、培養創造性思維以及探索自身感興趣話題或完成學習共同體任務的獨特平臺，促進學生特別是那些感到與傳統學科脫節的學生的深度學習，培養學生批判性思維、解決問題和協作技能。報告指出：“無論什么身份或職業的學生要變成有見識的公民、數字工具和數字內容產品的自信創造者，都需要接受高質量的計算機科學教育。”另一項研究報告發現，高中學習計算機科學的學生更有可能選擇大學相關專業，即使選擇其他領域專業的學生也有更多擇業可能性或在早期職業生涯中獲得高收入，這表明計算機科學教育具有影響人的發展的長期作用，并且能促進教育公平。

美國計算機科學教育政策

1.Code.org倡導聯盟的計算機科學教育政策建議

為推動K-12計算機科學教育的普及與可持續發展，美國Code.org倡導聯盟（The Code.org Advocacy Coalition）在2013年就提出了最初的計算機科學教育政策建議，當時只有14個州和華盛頓特區采納了其中的個別政策建議。后來該聯盟又制定了《使計算機科學成為基礎課程的十項政策》，倡導各州采納。其主要包括：制定州層面的計算機科學教育規劃；明確計算機科學定義、開發K-12課程標準；為教師專業發展提供專項資金；明確師資認證途徑；高校設置相關職前課程；州層面設立專職計算機科學教育管理崗位；要求所有學校開設并整體規劃計算機科學課程；把計算機科學算作核心課程學分；高校相關專業設置入學要求；高中生畢業必須學習計算機科學課程。同時，聯盟還提出了明確性、能力、領導力、可持續性、公平性和多樣性的五項基本原則，引導該政策建議的實施。

目前，有5個州采納了全部10項政策，39個州采納了其中至少6項，在這些州中，70%的高中開設了計算機科學課程，而在采納不足6項的州中，只有52%的高中開設計算機科學課程。

2.美國人工智能教育政策

（1）專業機構的人工智能教育政策

2018年，美國計算機科學教師協會（CSTA）和人工智能協會（AAAI）聯合推出《AI4K12計劃》用來指導人工智能在教學中的應用。2024年，TeachAI發布《面向學校的AI指導工具包》《教育中AI基礎政策構想》《AI時代計算機科學教育未來發展指南》三份指導文件。

《面向學校的AI指導工具包》提出七項關鍵原則：目標（AI助力教育目標實現）、合規（遵守相關規定）、知識（提升AI素養）、平衡（AI的利弊）、誠信（學術誠信）、代理（人類做決定）和評估（定期評估AI影響）。

《教育中AI基礎政策構想》給出五項政策建議：①培養領導力。聚集人工智能專家、管理人員、教師、家長、學生和政策制定者等進行集體決策，監督試點項目，特別關注意外后果，以確保人工智能應用賦能教育目標的實現。②提升AI素養。理解AI如何工作，包括原理、概念、應用、局限性和倫理考量。③提供指導。國家、州和地方層面要為學校提供指導，在確保學生隱私和負責任使用的前提下充分發揮AI作用。早期指導應優先關注公平獲取AI工具、縮小差異化、合法使用、合乎倫理創建訓練集和模型、重申遵守隱私和安全政策以及保持人類決策等問題。④助力專業發展。持續的專業發展應該涵蓋人工智能的工作原理、局限性、倫理考量以及如何使用人工智能賦能教學實踐。⑤支持創新。支持AI在各個學段教學研究，包括試點項目和評估，助力科學決策。

《AI時代計算機科學教育未來發展指南》實際上是對在計算機科學教育中如何負責任且有效地整合人工智能以及常見誤解等問題給出初步答案。

（2）國家層面的人工智能教育政策

2025年4月，特朗普政府發布總統行政命令《推進美國青年人工智能教育》，全面規劃了人工智能教育在K-12階段的實施路徑。其在教育目標、實施機制、教學資源建設與教師發展方面提出支持政策，以國家戰略為牽引，以制度機制為保障，以核心素養為導向，構建了覆蓋K-12階段的人工智能教育框架。

（3）人工智能教育立法

美國政府出臺了一些與人工智能教育相關的法律，如《人工智能掃盲法案》旨在定義何謂人工智能掃盲，將其納入數字掃盲計劃，提高學生人工智能素養；《美國國家科學基金會人工智能教育法》將設立學生獎學金、專業發展獎學金等，并在社區大學設立人工智能教育中心；《未來技術素養人工智能法案》旨在加強K-12師生人工智能素養教育，改善教育工作。

美國計算機科學課程發展情況

1.課程開設情況

高中：根據美國24,602所公立高中的數據，60%的公立高中至少開設一門計算機科學課程，開設比例各州之間從31%到100%不等。有32個州的高中開設計算機科學課程，其中17個州初中和小學一貫。高中選修計算機科學基礎課程的女生為33%。

初中：根據31個州的數據，至少37%的美國公立中學開設了相關課程，至少有8.3%的初中學生參加學習，其中44%為女生。

小學：根據13個州的數據，至少有13%的小學生學習計算機科學課程，49%為女生。

由于初中、小學數據不夠全面，實際上開課率應該更高。

2.各州K-12計算機科學教育規劃與管理、課程標準情況

2017年只有2個州制定了計算機科學教育規劃，8個州在其州教育機構設有計算機科學教育相關職位。2024年已有35個州完成整體規劃，42個州設立了專職監督員。2017年，美國計算機科學教師協會（CSTA）發布更新版的《CSTA K-12計算機科學標準2017》，推薦給各州參考采納。隨著人工智能的發展以及更多低年級學生開始學習計算機科學，各州也在更新課程標準。2024年已有43個州開發了K-12計算機科學標準。課程標準的制定增進了計算機科學教育在不同州之間的連貫性和一致性，同時也為教師和學生提供了清晰的學習路徑。

3.美國計算機科學課程內容

（1）計算機科學課程內容

小學課程內容主要是關于探索編碼和計算思維的基礎知識，重點培養學生的好奇心和自信。在初中階段，計算機科學概念的復雜性增加，重點轉移到解決問題和將編碼應用于現實世界的場景，幫助學生從視覺的、基于塊的編碼過渡到更傳統的、基于文本的編程語言，進一步培養高水平計算思維。美國初中計算機科學課程開設參差不齊，一些州只能開設幾門課程，而另一些州則開設了與高中課程類似的全方位課程。到了高中與職業技術教育階段，學生學習如算法、數據結構和網絡安全等專題，也包括各種編程語言、游戲設計、移動APP設計、機器人等專題。

（2）人工智能課程內容與教學

與人工智能相關的教學內容成為計算機科學課程的重要組成部分，課程內容不僅包括編程，還涵蓋了人工智能的基本原理、社會影響和倫理問題，幫助學生成為人工智能技術的使用者和負責任的創造者。同時，還有與如藝術、社會學科緊密融合的跨學科課程，培養學生的綜合素養。

4.教師專業發展

教師是計算機科學課程實施的關鍵，但美國在計算機科學教師方面仍面臨挑戰。2020年，CSTA與ISTE合作發布《2020 CSTA計算機科學教師標準》，為美國中小學計算機科學教師職前培養與職后繼續教育提供依據，為各州、學區提供教師資格認證的參考。2017年，27個州擁有計算機科學教師資格認證，2024年擁有教師資格認證的州已經達到44個。

盡管24個州倡議要加強培養職前教師，但只有阿肯色、康涅狄格、路易斯安那、印第安納、內華達和俄亥俄6個州為教師提供職前培訓課程，教師短缺問題依然存在。為了解決師資問題，一些州的勞工部門、教育機構與高校或社區學院合作，創建帶薪的學徒制或駐校模式，讓職前教師在培訓期間得到報酬，提高其從事教育工作的意愿。

中小學計算機科學教師也面臨人工智能的新挑戰。TeachAI和CSTA的調查顯示，大多數計算機科學教師對人工智能工具感到興奮，88%的教師表示需要培訓來幫助他們確定是否、何時以及如何使用特定的人工智能工具，并能將計算機科學與其他學科相結合，但他們也表示出對過度依賴、抄襲、偏見和道德問題的擔憂。

在人工智能時代，美國中小學計算機科學教育從原來自下而上專業機構推動轉變為如今的自上而下的國家戰略，呈現出強調教育政策系統性，關注教育公平性、多樣性，重視中小學計算機科學教育價值等特點。同時，它也面臨地方發展不平衡，性別、族裔差異顯著，小初高課程系統化不夠，職前教師培養薄弱等挑戰。

啟示

1.處理好中小學信息科技國家課程與人工智能課程的關系

《教育部辦公廳關于加強中小學人工智能教育的通知》（教基廳函〔2024〕32號）提出“構建系統化課程體系，實施常態化教學與評價”“開發普適化教育資源”等。北京市、廣東省等地方也紛紛出臺中小學人工智能教育課程綱要，明確人工智能教育目標，解決“學什么”“怎么學”的問題，但人工智能課程不是“另起爐灶”，而是以信息科技國家課程為核心，既要明晰其中人工智能主線，又要廣泛、有機融入到其他學科課程的學習之中。

2.處理好職前與職后專業發展的關系

借鑒美國職前計算機科學教師培養的一些辦法，一方面，在職前階段，可以在師范院校增設“人工智能教育”專業，將Python編程、人工智能教學法等納入必修，依托“優師計劃”建立人工智能教育示范試點，加強現代教育技術專業碩士的實踐培養，由高校與中小學聯合培養信息科技教師；另一方面，從教學應用到跨學科學習設計，再到學科育人等，對在職教師開展不同水平發展的分層培訓。

3.處理好研究先行與實踐應用的關系

借鑒美國“試點校”經驗，圍繞“學段銜接、認知規律、倫理教育、教學評價”持續開展教育實驗研究，為課程標準迭代、教材修訂、政策調整提供證據。依托國家智慧教育平臺，建設“AI教學案例庫”，利用學習分析技術實時診斷學生概念誤區、教師教學難點，實現“研究—實踐—再研究”的閉環改進。

4.處理好教育公平與數字鴻溝的關系

美國計算機科學教育地方發展，性別、族裔差異顯著，我國在推進信息科技教育過程中要注意財政傾斜、資源普惠、師資共享等問題。

5.處理好人工智能教育與倫理安全的關系

美國計算機科學教育強調誠信、隱私、人類決策權等原則，我國也要在開展信息科技課程與教學過程中融入相關問題，發揮教師示范作用，協同“家校社”共治等。

處理好上述幾個關系，我國信息科技教育一定能走出一條兼具本土特色、時代特征和未來指向的健康發展之路。

本文作者：

錢松嶺

吉林師范大學教育科學學院

文章刊登于《中國信息技術教育》2025年第17期

引用請注明參考文獻：

錢松嶺.人工智能時代美國中小學計算機科學教育新進展[J].中國信息技術教育，2025（17）：9-12.

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