人工智能視域下高校創(chuàng)客教育的實施路徑

李蓓

摘要：隨著信息技術的不斷發(fā)展，我國逐漸步入了人工智能化的時代。高校創(chuàng)客教育有利于培養(yǎng)大學生的創(chuàng)新素養(yǎng)，提高了大學生解決實際問題的能力，能夠更好地適應社會的需求。我國創(chuàng)客教育尚處探索階段，人工智能技術在該領域的教學研究與實踐還不夠深入。文章分析了目前高校創(chuàng)客教育的發(fā)展困境，并運用人工智能信息生態(tài)方法論構建了創(chuàng)客教育的模型，提出了發(fā)展困境解決機制，考察了南通大學在該領域的探索與實踐。最后，從創(chuàng)客空間建設和課程建設兩個維度，探討了面向人工智能的創(chuàng)客教育在高校的實施策略。

關鍵詞：人工智能;創(chuàng)客教育;創(chuàng)客空間

早在上世紀50年代，人工智能就已經(jīng)被提出。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，人們越來越傾向于構建統(tǒng)一的人工智能研究方法。美國的《規(guī)劃未來，迎接人工智能時代》報告中，分析了人工智能的應用、發(fā)展現(xiàn)狀，明確其中存在的問題，提出了應對未來人工智能發(fā)展的建議和對策。我國在推進教育信息化工作中，提出要探索創(chuàng)客教育、STEAM教育等模式，并利用現(xiàn)代信息技術構建“眾創(chuàng)空間”，以提升學習者的創(chuàng)新意識和信息意識。創(chuàng)客教育是教育領域重要的創(chuàng)新教育形式，為人工智能課程的開展提供了新思路;同時，人工智能技術也為創(chuàng)客教育注入了新活力。

一、人工智能視域下創(chuàng)客教育人才培養(yǎng)目標

人工智能大量替代了簡單的勞動力，為社會帶來了新的智能制造模式。人工智能的興起，深刻改變了教學形態(tài)。人工智能教育的基本教學目標是培養(yǎng)學生信息素養(yǎng)。但社會的發(fā)展迫切需要創(chuàng)新人才。因此，培養(yǎng)具備扎實技術素養(yǎng)的創(chuàng)新人才是人工智能教育的終極目標。創(chuàng)客教育的人才培養(yǎng)目標，與人工智能教育的人才培養(yǎng)目標存在高度的同質性。創(chuàng)客教育和人工智能教育都重視創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，并立足于善于運用新興技術人才的培育。創(chuàng)客教育關注綜合創(chuàng)新人才的培養(yǎng)，并充分利用了開源技術優(yōu)勢。人工智能教育注重人才的創(chuàng)新技能和信息素養(yǎng)，關注人才對智能技術的應用，能夠創(chuàng)新開展個性化設計與創(chuàng)作。從人才培養(yǎng)模式來說，創(chuàng)客教育培養(yǎng)的創(chuàng)新人才，對人工智能的多元創(chuàng)新具有積極意義;從工具本體來看，人工智能為創(chuàng)客教育提供了資源支撐以及技術平臺。人工智能視域下的高校創(chuàng)客教育人才培養(yǎng)目標，是要培養(yǎng)綜合性創(chuàng)新人才，堅持綜合創(chuàng)新素養(yǎng)和技術素養(yǎng)相綜合的人才教育。

二、人工智能視域下高校創(chuàng)客教育面臨的困境

（一）主體困境

創(chuàng)客教育涉及教育者和被教育者，主體是人。人工智能創(chuàng)客教育要求教育者的綜合素質要較高，并具備多學科的知識和能力。但目前一方面缺乏多學科知識背景的教育者，另一方面被教育者往往對創(chuàng)客教育目標缺乏清晰的定位。在創(chuàng)客教育中，是提升創(chuàng)新能力，還是成為一名創(chuàng)客，成為被教育者迷茫的問題，影響著創(chuàng)客教育的效果。創(chuàng)客教育要求被教育者具有一定的實踐動手技能以及多學科知識。

（二）客體困境

對于人工智能創(chuàng)客教育來說，客體主要是外部環(huán)境，包括軟件條件和硬件條件。這些是開展創(chuàng)客教育必不可少的。但目前，在一些高校創(chuàng)客教育中，正面臨著客體困境。比如在軟件方面，缺乏支撐創(chuàng)客實踐的資金，這就影響實踐活動的開展，且支持創(chuàng)客實踐的軟件條件也有待改進。在硬件方面，高校的硬件資源和設備有限，無法有效支持創(chuàng)客活動，如場所等。這些客體的困境需要校內(nèi)外多方協(xié)同才能解決。

（三）系統(tǒng)困境

高校人工智能創(chuàng)客教育也面臨著系統(tǒng)困境，創(chuàng)客教育活動形式和資源相對集中，主要在創(chuàng)客空間內(nèi)部開展。人工智能創(chuàng)客空間應該是可發(fā)展的、開放的系統(tǒng)，包括系統(tǒng)自我更新發(fā)展、系統(tǒng)規(guī)則的開放和可持續(xù)。系統(tǒng)自我更新主要是硬件和軟件的更新發(fā)展。系統(tǒng)規(guī)則包括創(chuàng)客空間規(guī)則、創(chuàng)客教育規(guī)則和創(chuàng)客規(guī)則等，但目前還不夠開放、健全和完善。

三、信息生態(tài)方法論對創(chuàng)客教育的影響

（一）構建創(chuàng)客教育模型

人工智能創(chuàng)客教育的困境相互關聯(lián)、不可分割。主體、客體和系統(tǒng)是創(chuàng)客教育的重要組成部分。解決人工智能創(chuàng)客教育的問題，需要從全局的層面解決主體、客體和系統(tǒng)的困境。目前，信息生態(tài)方法論倍受關注。根據(jù)信息生態(tài)方法論，將人工智能的研究對象分為四要素，即主體、客體、客體信息和智能行為。四個要素視為一個整體，密切相關，并進行整體研究。其中，智能行為，即創(chuàng)客行為，包括教育者或者被教育者的自主創(chuàng)造行為，在教育者引導下的被教育者的創(chuàng)造行為和教育者的教育行為。基于不同的主體和主體行為實施，我們提出了如下圖1所示的創(chuàng)客教育行為模型、圖2所示的教育者行為模型以及圖3所示的被教育者行為模型，從而明確了創(chuàng)客教育在實踐中的運作模式。

（二）困境解決機制

根據(jù)人工智能信息生態(tài)方法論，我們提出了解決系統(tǒng)困境的機制，包括主體困境的解決機制、客體困境的解決機制和系統(tǒng)困境的解決機制。

1.主體困境解決機制

人的知識技能要達到“大而全”很難，教育者的知識技能屬于有限性的困境。教育者不是單一的個體，而是團隊式的。教學團隊包括輔助教育者、專長教育者。輔助教育者主要負責引導被教育者，是有多學科領域知識技能的教育者。通過教育者的引導，使被教育者了解在創(chuàng)新主體方面的欠缺。專長教育者包括創(chuàng)新意識教育者、創(chuàng)新技能教育者和創(chuàng)新綜合能力教育者。專長教育者是讓該學科教育者擔任專長領域的教育任務，涉及創(chuàng)客教育各個學科的知識、技能。隨著時代的發(fā)展，知識與技能不斷更新和發(fā)展，教育者自身需要不斷學習新知識和新技能，提升多人組合的教學團隊的綜合素質。被教育者需要進行基于學習的創(chuàng)新和基于創(chuàng)新的學習。被教育者進行創(chuàng)客教育，一是需要在輔助教育者指引下發(fā)現(xiàn)創(chuàng)新主體方面的欠缺，制定創(chuàng)新目標;二是在專長教育者指導下進行基于創(chuàng)新的學習;三是進行創(chuàng)客活動，在活動過程中發(fā)現(xiàn)需要進一步學習的知識、技能。

2.客體困境解決機制

通過創(chuàng)客行為，以人工智能創(chuàng)客教育客體信息數(shù)據(jù)為基礎，創(chuàng)客教育主體作用于客體。高校要完善人工智能創(chuàng)客教育的機制體制，盡可能地豐富軟硬件基礎和資源基礎，提升創(chuàng)客教育的客觀物質和環(huán)境基礎，解決客體困境，促進創(chuàng)客教育的順利進行。創(chuàng)客載體的選擇沒有統(tǒng)一的標準，只要能夠充分結合校地和師生的實際情況，無論采用何種載體，都能發(fā)揮其最大效能。也可以借鑒人工智能研究方法，通過數(shù)據(jù)挖掘來提高主體的信息數(shù)據(jù)挖掘能力，使主體能夠科學利用客體來開展創(chuàng)客活動，提高創(chuàng)新能力。

3.系統(tǒng)困境解決機制

創(chuàng)客教育系統(tǒng)困境的解決基于創(chuàng)客教育主（客）體，可劃歸為創(chuàng)客教育主體解決部分和創(chuàng)客教育客體解決部分，如圖4所示。創(chuàng)客主體在制定系統(tǒng)規(guī)則時包括規(guī)則更新機制的制定、創(chuàng)客主體學習和交流機制。這樣可保證主體的交互開放性。創(chuàng)客主體在解決創(chuàng)客客體困境的基礎上，持續(xù)抓好對創(chuàng)客教育系統(tǒng)外客體的關注，做到適時更新。

（三）應用分析

南通大學積極探索創(chuàng)客教育實施路徑，分別依托國家大學科技園、工程訓練中心建設了眾創(chuàng)空間和創(chuàng)客空間。2015年，南通大學成為清華創(chuàng)客聯(lián)盟首批成員單位。近兩年，南通大學努力加強創(chuàng)客空間建設和改造升級，依托工程訓練中心，建立人工智能在線實驗平臺，開展了一系列創(chuàng)客教育活動，旨在將機器學習技術引入人工智能系統(tǒng)，讓不同技術級別的開發(fā)者將更多的計算機認知功能應用到智能設備開發(fā)中，創(chuàng)造更多自然的用戶交互。為了讓學生能夠在人工智能課程中進行實踐教學，我校聯(lián)合了校友企業(yè)，開始AI平臺的規(guī)劃和建設，建立“智能機器人”“無人機”“3D打印”和“Arduino開源軟硬件”等諸多創(chuàng)新實踐教學平臺建設。學生可以免費使用高性能集群進行人工智能創(chuàng)新項目的開發(fā)。進入“VR元年”后，在創(chuàng)客教育載體選擇上又引入了虛擬與增強現(xiàn)實技術（如可穿戴裝備），以不斷進行創(chuàng)客教育拓展實驗。

近兩年，南通大學多次組織導師參加清華大學、浙江大學、西安理工大學等知名高校舉辦的“創(chuàng)客日”“創(chuàng)客高端論壇”等活動。目前，超過上百支隊伍曾在南通大學創(chuàng)客空間接受創(chuàng)新訓練和競賽培訓。多名教師獲得了清華大學頒發(fā)的“創(chuàng)客導師資格證”，成為了清華創(chuàng)客聯(lián)盟首批成員。學校每年資助大學生積極參加國家級、省級競賽，如中國教育機器人大賽、機械創(chuàng)新設計大賽、江蘇省機械創(chuàng)新設計大賽、江蘇省工程綜合創(chuàng)新競賽等，并斬獲了諸多獎項。南通大學創(chuàng)客空間每年接待眾多國內(nèi)外專家、創(chuàng)客和師生來訪參觀，受到了廣泛贊譽，起到了良好的示范效應。

四、基于人工智能的高校創(chuàng)客教育實施策略

（一）面向人工智能的創(chuàng)客空間建設

高校要滿足基本的人工智能技術需求，建設面向人工智能創(chuàng)客教育的創(chuàng)客空間。高校要為大學生提供多元創(chuàng)新服務，學生可根據(jù)實際情況選擇線上或線下學習形式。在線上，教師向學生發(fā)布人工智能體驗信息，學生根據(jù)興趣愛好進行自由選擇，完成人工智能體驗活動。在線下，學生開展作品搭建與完善。在創(chuàng)客工作坊階段，線上要上傳整合項目的過程性資料，線下主要深加工作品;在挑戰(zhàn)賽階段，學生需要在規(guī)定時間內(nèi)及時修正和補充作品功能，并由線上專家遠程輔導，討論項目情況，線下專家親臨現(xiàn)場進行指導，對于脫穎而出的作品，頒發(fā)相應的獎項和獎勵。最后是產(chǎn)品的推廣。通過各個環(huán)節(jié)的層層篩選和打磨，一些優(yōu)秀作品達到了推廣的要求，甚至可以批量生產(chǎn)。至此，高校創(chuàng)客空間突破了學?；驅嵱眯缘木窒?，有效地實現(xiàn)了創(chuàng)客教育的經(jīng)濟社會價值。

（二）人工智能融合的創(chuàng)客教育課程建設

面向人工智能的高校創(chuàng)客教育，要發(fā)揮人工智能的作用，實現(xiàn)人工智能與創(chuàng)客教育的深度融合，就要加強課程建設。學習環(huán)境、學習內(nèi)容、網(wǎng)絡資源、活動項目、課程評價等，都是創(chuàng)客教育課程的基本要素。創(chuàng)客教育可以利用人工智能，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。創(chuàng)客教育課程建設根據(jù)整合難度、技術本體難度，可分為科普教育、嵌入式課程、項目型課程、整合性課程等，課程的實施形式可以是多種多樣的，從開放體驗的學習環(huán)境到項目聚焦，從大班集體活動到小組深入研討，從體驗導向的學習目標到能力導向。

在科普教育階段，主要是開展互動體驗活動，理解人工智能基本概念，幫助被教育者進行基礎的認知，明確人工智能核心技術的服務對象以及實際功能。通過互動體驗活動，增強學生與人工智能技術的互動，體會其技術魅力。在嵌入式課程中，需要融合學校校本創(chuàng)客課程以及人工智能入門技術。學生要學習工程設計的基本規(guī)范和基本思想，掌握工程核心技能。學生學習活動的線下場所主要依靠創(chuàng)客實驗室，線上學習可以借助一些開源人工智能編程平臺。課程驅動基于工程設計學習模式，使學生掌握基本知識、技能，基本編程素養(yǎng)，提高創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)學生的工程設計思維。教師定期組織線上研討，解答學生的疑問，討論學生的課程作品。在項目型課程階段，要強化學生的工程設計理念，強調技術的深入學習。項目型課程是嵌入式課程的拓展。在項目型課程階段教育中，選取對高新科技、人工智能有濃厚興趣，相關技術基礎比較強的學生，在教師引導下進行深入學習，全面學習代碼化編程。在教育中，規(guī)范訓練學生的工程設計能力和項目研發(fā)能力，提高學生的創(chuàng)新水平。在項目型課程的基礎上，開展整合性課程。在整合性課程階段，主要培養(yǎng)學生的項目研發(fā)能力以及跨學科綜合創(chuàng)新能力。整合性課程的重要學習目標，就是項目設計以及產(chǎn)品化。整合性課程致力于完善大學生的職業(yè)生涯規(guī)劃，助力創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)、科技創(chuàng)新與科技成果轉化。

五、結語

人工智能技術是社會發(fā)展的重要科技力量，能夠推動國家經(jīng)濟發(fā)展，對提升國際競爭力有重要的意義。我國逐漸步入了人工智能化的時代。如何將人工智能與教育相結合，提升人才培養(yǎng)質量，是世界各國面臨的重要議題。創(chuàng)客教育作為一種新型的教育模式，受到了廣泛關注。其目的是提升學生的綜合創(chuàng)新能力，促進學生的全面發(fā)展，培養(yǎng)具備創(chuàng)客素養(yǎng)的人。面向新時代，要抓住人工智能發(fā)展的有利契機，積極探索高質量、有特色的創(chuàng)客教育。當前的相關探討仍是初步的，人工智能創(chuàng)客教育的實施，仍面臨一些待解決的問題，包括技術手段、法律法規(guī)和倫理道德等多個方面，值得我們在今后的研究中進一步探討。

參考文獻：

[1]楊飛.淺談人工智能在創(chuàng)客教育教學中的應用和實踐[J].科學與信息化，2019，（3）：147.

[2]謝光強，蘭天翔，章世楠.面向創(chuàng)客教育的編程學習平臺研究與應用[J].教育信息技術，2019，（7）：3—9.

[3]李晶.基于創(chuàng)客教育的職業(yè)院校教學實踐探索——以石家莊理工職業(yè)學院為例[J].河北職業(yè)教育，2019，3（4）：63—67.

[4]鐘義信.機制主義人工智能理論——一種通用的人工智能理論[J].智能系統(tǒng)學報，2018，13（1）：2—18.

[5]楊志紅.基于創(chuàng)客教育模式的人工智能課程研究[J].現(xiàn)代信息科技，2018，2（9）：138—139.

[6]楊緒輝，沈書生.教師與人工智能技術關系的新釋——基于技術現(xiàn)象學“人性結構”的視角[J].電化教育研究，2019，（5）：12—17.

[7]邱健筠.人工智能：學校教育智能化創(chuàng)建的探索[J].基礎教育研究，2019，（21）：85—86.

[8]趙雙閣，牛文靜.人工智能視域下新聞教育反思與重構[J].河北經(jīng)貿(mào)大學學報（綜合版），2019，19（3）：80—87.

編輯∕姜雯