中小學(xué)人工智能通識類MOOC資源開發(fā)與應(yīng)用研究

黎清萬 鐘嘉寶

[摘要]2019年教育部《中小學(xué)人工智教育》《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》為人工智能教育落地指明了方向。當(dāng)前，中小學(xué)人工智能通識型教育實(shí)施需求與普適性課程資源相對缺乏的矛盾較為突出。在分析中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，本文以人工智能普適性教育為目標(biāo)，闡述研究、探索、開發(fā)并應(yīng)用適合廣大中小學(xué)學(xué)生的線上人工智能通識教學(xué)資源的行動研究過程及成果。

[關(guān)鍵詞]人工智能通識;MOOC;混合式教學(xué);教育均衡

引言

隨著信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)的確立以及基礎(chǔ)教育階段人工智能教育課程標(biāo)準(zhǔn)（參考）的擬定，隨著國家《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的出臺，基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)的中小學(xué)人工智能教育逐步得到重視;教育信息化2.0行動規(guī)劃指引下，在線學(xué)習(xí)課程將成為現(xiàn)代教育的優(yōu)化手段之一。而當(dāng)前中小學(xué)人工智能課程需求迫切和部分地區(qū)開不出課的矛盾日益加劇，結(jié)合MOOC的優(yōu)勢，圍繞中小學(xué)學(xué)生人工智能領(lǐng)域?qū)W習(xí)需求、信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)，從課程規(guī)劃與設(shè)計(jì)、課程資源制作、課程資源應(yīng)用模式探究到混合式教學(xué)實(shí)踐及總結(jié)，針對性地解決人工智能教學(xué)普及問題，正是中小學(xué)人工智能通識類MOOC（下稱“AI通識MOOC”）開發(fā)的最終目的。

一、著眼問題解決，創(chuàng)設(shè)目標(biāo)體系，引領(lǐng)AI通識MOOC內(nèi)容規(guī)劃

（一）創(chuàng)設(shè)“知道—分析—綜合”人工智能通識教育目標(biāo)體系

《中小學(xué)人工智能技術(shù)與素養(yǎng)框架》提出“理解人工智能技術(shù)原理、制定解決人工智能問題的方案并實(shí)現(xiàn)目標(biāo)、溝通與協(xié)作”三個實(shí)踐原則[1]，《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》對人工智能領(lǐng)域的相關(guān)描述則要求知道和了解層次的包括“人工智能概念”“人工智能發(fā)展歷程、典型應(yīng)用與趨勢”“核心算法”等，要求熟悉和利用層次的包括“智能技術(shù)應(yīng)用的過程和實(shí)現(xiàn)原理”“搭建簡單的人工智能應(yīng)用模塊”，辯證認(rèn)識層次的包括“倫理及安全挑戰(zhàn)”“發(fā)展價值和潛在威脅”[2]。由此，作者團(tuán)隊(duì)探索并創(chuàng)設(shè)了“知道—分析—綜合”層次學(xué)業(yè)水平的人工智能通識教育目標(biāo)體系（如圖1所示）：

由此確定了AI通識MOOC資源的開發(fā)是面向具有一定理解能力和邏輯思維能力的小學(xué)三年級至高中三年級學(xué)生，設(shè)計(jì)并制作普適性人工智能領(lǐng)域認(rèn)知、體驗(yàn)、辨思以及入門級編程系列課程。AI通識MOOC能被應(yīng)用于弱化裝備要求、弱化平臺要求、弱化教師專業(yè)要求的教學(xué)環(huán)境中，以混合式教學(xué)模式，賦能人工智能教育均衡發(fā)展。

（二）課程內(nèi)容規(guī)劃符合分階遞進(jìn)規(guī)律

1.多維突破難點(diǎn)。依據(jù)課程論證階段中設(shè)定的課程定位及面向?qū)ο螅斯ぶ悄芙逃_展的難點(diǎn)在于：如何實(shí)現(xiàn)“理論學(xué)習(xí)能深入淺出，體驗(yàn)探究能弱化裝備依賴，編程實(shí)現(xiàn)能降低準(zhǔn)入要求”。對此，人類智能思維形成過程及智能行為的類比案例、貼近生活實(shí)際的動畫呈現(xiàn)方式以及充分利用線上開放平臺、Mind+編程平臺、普通攝像頭、普通麥克風(fēng)等有效降低學(xué)習(xí)活動對裝備的投入要求和探究活動實(shí)施的準(zhǔn)入門檻，多個維度的協(xié)同作用，實(shí)現(xiàn)了人工智能通識教學(xué)的難點(diǎn)突破。

2.目標(biāo)體系中提出了遞進(jìn)式高階認(rèn)知目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)需求，AI通識MOOC內(nèi)容分兩個階段開展規(guī)劃：第一階段以“認(rèn)知+體驗(yàn)”為課程設(shè)計(jì)目標(biāo)，涵蓋人工智能概念、應(yīng)用領(lǐng)域、發(fā)展史、圖像識別、語音識別、機(jī)器學(xué)習(xí)六個方面基礎(chǔ)知識。共5課時：第1課時認(rèn)識常見的人工智能應(yīng)用領(lǐng)域并了解人工智能的概念;第2課時了解人工智能的發(fā)展歷程;第3課時了解圖像識別的原理，認(rèn)識和體驗(yàn)常用圖像識別工具;第4課時了解語音合成、語音識別、自然語言處理等人工智能技術(shù);第5課時了解機(jī)器學(xué)習(xí)的概念及常見的兩種學(xué)習(xí)方式（監(jiān)督學(xué)習(xí)與非監(jiān)督學(xué)習(xí)）。本階段的學(xué)習(xí)活動以了解和初步理解為主，借助如百度AI、騰訊AI等線上開放平臺，開展探究體驗(yàn)活動。第二階段以“思辨+編程”為課程設(shè)計(jì)目標(biāo)，涵蓋人工智能三要素、人工智能核心算法、人工智能項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)、人工智能倫理等方面素養(yǎng)，“學(xué)生應(yīng)該能夠應(yīng)用特定的思維和推理方式在實(shí)踐中解決問題”[3]。共7課時，各課時圍繞“人工智能發(fā)展潮起潮落原因探秘”主題，按項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程開展，開展探究、辯論、編程、報告、評價等教學(xué)活動。兩個階段的課程內(nèi)容規(guī)劃如圖2所示：

二、以“學(xué)習(xí)者的學(xué)為主”的項(xiàng)目學(xué)習(xí)模式，引領(lǐng)MOOC學(xué)習(xí)活動框架設(shè)計(jì)

為確保學(xué)習(xí)者在MOOC學(xué)習(xí)活動中的主體地位，課程團(tuán)隊(duì)在確定慕課的具體內(nèi)容及呈現(xiàn)形式、語言表達(dá)方式前，根據(jù)所在地市中小學(xué)學(xué)生對科技類知識認(rèn)知學(xué)習(xí)能力基礎(chǔ)的分析及課程樣例學(xué)習(xí)測試數(shù)據(jù)分析，擬定了教學(xué)設(shè)計(jì)要基于“集體形象思維為主，融合經(jīng)驗(yàn)和感性認(rèn)知，聯(lián)系生活密切相關(guān)示例，直陳事物因果關(guān)系”的需求，在學(xué)習(xí)活動設(shè)計(jì)上務(wù)求通俗易懂性與科學(xué)專業(yè)性有機(jī)結(jié)合，同時兼顧課程的系統(tǒng)性與每節(jié)課的獨(dú)立性，以適應(yīng)學(xué)習(xí)者不同的學(xué)習(xí)需求。

具體的學(xué)習(xí)活動緊緊圍繞“探、學(xué)、聯(lián)、享”開展整體規(guī)劃，包括章節(jié)設(shè)計(jì)、課堂活動預(yù)設(shè)、交流評價環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)。整體規(guī)劃涉及了后期工作的方向與重心，在人工智能通識MOOC中，開發(fā)團(tuán)隊(duì)尤其關(guān)注了課堂活動預(yù)設(shè)要符合“探中學(xué)、學(xué)中聯(lián)（做）、聯(lián)（做）中享（評）”的要求，以切實(shí)提升受眾人工智能核心素養(yǎng)。根據(jù)論證階段所做目標(biāo)分析及內(nèi)容預(yù)設(shè)，MOOC共分為一個學(xué)習(xí)單元以及一個學(xué)習(xí)項(xiàng)目（章），分別為認(rèn)知與分析單元以及探究與綜合單元。第一單元按節(jié)次開展，每節(jié)教學(xué)活動包括視頻學(xué)習(xí)、課內(nèi)主題交流、課內(nèi)測評、人工智能體驗(yàn)、拓展閱讀五個環(huán)節(jié)。第二階段以項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程開展，分為項(xiàng)目范例學(xué)習(xí)、項(xiàng)目探究活動、項(xiàng)目實(shí)施活動、項(xiàng)目報告與評價活動等環(huán)節(jié)。單元或項(xiàng)目學(xué)習(xí)后，利用思維導(dǎo)圖幫助學(xué)習(xí)者總結(jié)及串聯(lián)，并預(yù)設(shè)學(xué)后作業(yè)幫助學(xué)習(xí)者提升、鞏固，促進(jìn)學(xué)習(xí)者達(dá)成高階認(rèn)知層次并最終促進(jìn)核心素養(yǎng)的提升。如圖3所示：

三、基于易學(xué)性、易移植性優(yōu)化AI通識MOOC

AI通識MOOC制作主要經(jīng)歷“課程資源制作（教學(xué)設(shè)計(jì)、講稿設(shè)計(jì)、視頻錄制及后期制作、拓展資源整理、作業(yè)設(shè)計(jì)、評價量規(guī)制作）——MOOC生成（平臺開課預(yù)設(shè)、章節(jié)及環(huán)節(jié)設(shè)置、資源上傳、論壇及作業(yè)設(shè)置、平臺自動評價設(shè)置）——教師手冊及學(xué)生學(xué)習(xí)手冊制作”系列流程。

（一）從需求出發(fā)，基于易學(xué)性制作MOOC

“教學(xué)過程中，學(xué)習(xí)內(nèi)容、學(xué)習(xí)形式、學(xué)習(xí)方法的擴(kuò)容增加和優(yōu)化發(fā)展，可促進(jìn)學(xué)習(xí)更深入和融合”[4]，每節(jié)課的主體學(xué)習(xí)資源從貼近學(xué)生生活的實(shí)例出發(fā)，設(shè)計(jì)了虛擬動漫人物進(jìn)行知識點(diǎn)呈現(xiàn)和難點(diǎn)講解演示，課堂討論主題設(shè)計(jì)、線上課內(nèi)評價（測試）設(shè)計(jì)、課外拓展資源及課外學(xué)習(xí)指引設(shè)計(jì)等輔助學(xué)習(xí)資源、階段性知識圖譜作為課程的重要組成部分，對學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)鞏固以及繼發(fā)性學(xué)習(xí)驅(qū)動有關(guān)鍵性作用。課后作業(yè)方面，其中第一階段為項(xiàng)目匯報文案，第二階段為人工智能創(chuàng)客作品介紹視頻，作業(yè)評價則設(shè)定為學(xué)習(xí)者互評與授課者評價相結(jié)合的評價模式。

（二）從應(yīng)用考慮，基于易移植性制作教師手冊及學(xué)生學(xué)習(xí)手冊

后期的教師手冊及學(xué)生手冊不是常規(guī)MOOC制作的必要步驟，但卻是MOOC在應(yīng)用階段能順利實(shí)施的關(guān)鍵保障，亦是MOOC驗(yàn)證應(yīng)用及完善、人工智能通識教育專遞課堂實(shí)施的必要條件。教師手冊主要按章節(jié)結(jié)構(gòu)，從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)環(huán)節(jié)及資源說明、問題指引建議、課堂活動建議五個方面的內(nèi)容展開說明，便于引用MOOC的教學(xué)組織者順利組織教學(xué)活動。學(xué)生手冊則從學(xué)生視角出發(fā)，圍繞學(xué)習(xí)指引，頭腦風(fēng)暴、學(xué)習(xí)參考資料、探究指引與體驗(yàn)平臺操作指引、項(xiàng)目學(xué)習(xí)記錄表五個方面展開，幫助學(xué)生更好的應(yīng)用MOOC開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)，經(jīng)歷“探、學(xué)、聯(lián)、享”的過程，并在教師的導(dǎo)引下，達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

四、適合多種教學(xué)模式，開展MOOC應(yīng)用實(shí)踐

MOOC系列課程在規(guī)劃、開發(fā)時，就綜合考慮了各種應(yīng)用條件，既可以滿足教師指導(dǎo)學(xué)生開展自主線上學(xué)習(xí)，亦可以結(jié)合教師手冊和學(xué)生手冊開展混合式教學(xué)活動，此外，靈活組合課程內(nèi)容，還可以支持教師開展項(xiàng)目式教學(xué)活動。AI通識MOOC的應(yīng)用實(shí)踐可以有線上應(yīng)用模式以及混合式教學(xué)模式。

（一）線上教學(xué)活動應(yīng)用

線上教學(xué)應(yīng)用莞易學(xué)平臺、中國大學(xué)MOOC平臺實(shí)施，教學(xué)過程策略如圖所示。

（二）混合式學(xué)習(xí)活動應(yīng)用

MOOC的教學(xué)設(shè)計(jì)覆蓋了課中及課后兩個環(huán)節(jié)，從教學(xué)及評價兩個維度保障學(xué)習(xí)效果?；旌鲜綄W(xué)習(xí)活動依以下流程開展：情景引入（線下）—課程學(xué)習(xí)（線上）—拓展學(xué)習(xí)、探究活動、難點(diǎn)突破（線下）—課后測驗(yàn)題、學(xué)習(xí)問卷（線上）—學(xué)習(xí)交流評價（線下）。

混合式項(xiàng)目教學(xué)活動應(yīng)用模式中，根據(jù)項(xiàng)目教學(xué)活動流程，教師遴選部分線上課程內(nèi)容（所有單課時學(xué)習(xí)資源均可以獨(dú)立成課），靈活組合，作為學(xué)生開展不同選題的項(xiàng)目學(xué)習(xí)自主學(xué)習(xí)資源，為學(xué)生開展項(xiàng)目探究提供支撐。AI通識MOOC在高中信息技術(shù)必修一模塊第六章“初識人工智能”項(xiàng)目學(xué)習(xí)中應(yīng)用設(shè)計(jì)如下圖：

（三）案例實(shí)施成效與價值

基于混合學(xué)習(xí)的人工智能通識MOOC在2020年4月正式投入線上使用，視頻課程應(yīng)用范圍廣泛，各學(xué)校通過在線直播或點(diǎn)播的方式，讓學(xué)生學(xué)習(xí)該系列課程。根據(jù)數(shù)據(jù)反饋，學(xué)生返校前，東莞多所中小學(xué)校使用本課程開展了線上學(xué)習(xí)活動，涵蓋小、初、高三個學(xué)段。此后，則更多的被用于高中信息技術(shù)必修一第六章教材的項(xiàng)目式教學(xué)活動以及第二課堂教學(xué)活動。市外如韶關(guān)、清遠(yuǎn)、江門等地區(qū)部分高中亦引用了本資源開展線上線下混合教學(xué)活動。各學(xué)校使用反響良好，該系列課程既補(bǔ)充了中小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科中人工智能中的教學(xué)內(nèi)容，同時也為特殊時期信息技術(shù)學(xué)科教育提供了在線教學(xué)資源。AI通識MOOC結(jié)合了精簡、易用性及可移植性強(qiáng)優(yōu)勢，為解決人工智能教育均衡開展的實(shí)際問題，寫下了精彩而濃重的一筆。

參考文獻(xiàn)

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