基于CiteSpace可視化分析的中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀研究

廖素芬?陳衛(wèi)純?袁李華

摘? 要：在人工智能背景時(shí)代下，中小學(xué)人工智能教育可以為我國(guó)培養(yǎng)創(chuàng)新人才，推動(dòng)教育高質(zhì)量發(fā)展，在日后國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中更具有優(yōu)勢(shì)。文章借用CiteSpace主要分析了中小學(xué)人工智能教育的研究現(xiàn)狀，從關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析和關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析來(lái)進(jìn)行計(jì)量分析;從能力培養(yǎng)、課程實(shí)施和教學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行內(nèi)容分析。總結(jié)并分析我國(guó)中小人工智能教育的發(fā)展熱點(diǎn)和趨勢(shì)，還需要多主體共同探討合作做好人工智能教育的頂層設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：人工智能教育;中小學(xué);CiteSpace

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：2096-4706（2022）06-0119-03

Research on the Artificial Intelligence Education Status in Primary and Secondary School Based on the Visualization Analysis of CiteSpace

LIAO Sufen， CHEN Weichun， YUAN lihua

（School of Humanities and Education， Foshan University， Foshan? 528000， China）

Abstract： In the era of artificial intelligence background， the artificial intelligence education in primary and secondary school can cultivate innovative talents for our country. it will promote the education department of high quality and make it have comparative advantages in international competition in future. This paper uses the CiteSpace mainly to analyze the research status of the artificial intelligence education in primary and secondary school. The keyword co-occurrence analysis and keyword cluster analysis is using for measurement analysis， and the ability training， courses implement and teaching system is using for content analysis. It summarizes and analyzes the development hot spots and trends of artificial intelligence education in primary and secondary school， and it is also necessary for multiagent to discuss and cooperate together to make the top-level design of artificial intelligence education.

Keywords： artificial intelligence education; primary and secondary school; CiteSpace

0? 引? 言

隨著物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等人工智能技術(shù)的發(fā)展，人工智能技術(shù)不斷地被應(yīng)用于教育領(lǐng)域。人工智能教育主要有兩種理解：一是課程內(nèi)容，學(xué)習(xí)人工智能最新的技術(shù)知識(shí)。二是技術(shù)支持，利用人工智能相關(guān)技術(shù)去分析教育數(shù)據(jù)，實(shí)施精準(zhǔn)教學(xué)和個(gè)性化學(xué)習(xí)。人工智能教育可以改變教育方式，促進(jìn)教育公平，提升教育質(zhì)量。本文主要通過(guò)探究中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展現(xiàn)狀，以期為我國(guó)人工智能教育的未來(lái)研究提供參考價(jià)值。

1? 研究設(shè)計(jì)

1.1? 研究數(shù)據(jù)

本文將中國(guó)知網(wǎng)CNKI作為數(shù)據(jù)來(lái)源平臺(tái)，以“中小學(xué)人工智能教育”為主題詞，文獻(xiàn)型為期刊論文和學(xué)位論文，檢索時(shí)間為2002年1月1日至2021年12月15日，最終篩選出有效文獻(xiàn)為564篇。

1.2? 研究工具

本文的研究工具CiteSpace 5.8.R3是美國(guó)Drexel大學(xué)陳超美教授研發(fā)的知識(shí)圖譜可視化分析工具，通過(guò)文獻(xiàn)關(guān)鍵詞的可視化分析，我們可以快速地了解某一領(lǐng)域內(nèi)最新的發(fā)展熱點(diǎn)和趨勢(shì)[1]。

2? 知識(shí)圖譜分析

2.1? 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

本文借助CiteSpace對(duì)中小學(xué)人工智能教育相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行關(guān)鍵詞詞頻和中心性分析。在關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析中，詞頻分析就是在文獻(xiàn)中提取能夠表達(dá)文獻(xiàn)核心內(nèi)容的主題詞詞頻的高低分布;中介中心性是指關(guān)鍵詞在整個(gè)共線網(wǎng)絡(luò)中的中心地位，一般把中心性大于0.1的節(jié)點(diǎn)稱(chēng)作關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。

如圖1所示，關(guān)鍵詞共現(xiàn)圖譜中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)有316個(gè)，網(wǎng)絡(luò)連線為488條，網(wǎng)絡(luò)密度為0.009 8，這說(shuō)明該圖譜關(guān)鍵詞之間聯(lián)系較緊密。

如表1所示，除檢索主題詞“人工智能”“中小學(xué)”“智能教育”之外，中小學(xué)人工智能教育的高頻關(guān)鍵詞還有編程教育（33）、機(jī)器人（27）、創(chuàng)客教育（22）、信息技術(shù)（18）、智慧教育（13）等;它們的中介中心度均大于0.1，這些關(guān)鍵詞說(shuō)明中小學(xué)人工智能教育的主要關(guān)注方向。4369D54D-E4F7-4C8C-9335-FCC8753EEB2A

2.2? 關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析

在關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析的基礎(chǔ)上，本文借助CiteSpace中對(duì)數(shù)似然算法（LLR）對(duì)樣本數(shù)據(jù)所包含的關(guān)鍵詞進(jìn)行聚類(lèi)。在關(guān)鍵詞聚類(lèi)分析中，“節(jié)點(diǎn)數(shù)量”代表聚類(lèi)中包含的關(guān)鍵詞個(gè)數(shù);“緊密程度”代表各關(guān)鍵詞之間的聯(lián)系程度，值越高聚類(lèi)效果越好。

如表2所示，在關(guān)鍵詞聚類(lèi)表中，中小學(xué)人工智能教育共形成10個(gè)有效聚類(lèi)標(biāo)簽。除檢索主題詞人工智能之外，聚類(lèi)標(biāo)簽的節(jié)點(diǎn)數(shù)量較多的有機(jī)器人、創(chuàng)客教育、編程教育等;各聚類(lèi)標(biāo)簽值的緊密程度均在0.9以上，說(shuō)明聚類(lèi)效果很好，形成相對(duì)應(yīng)的研究主題。

3? 文獻(xiàn)內(nèi)容分析

知識(shí)圖譜分析可以反映研究的主要方向，但無(wú)法提供更詳細(xì)的內(nèi)容信息，存在一定的局限性。因此，本研究以CiteSpace的聚類(lèi)分析結(jié)果為參考，通過(guò)整合聚類(lèi)標(biāo)簽形成三大研究主題，從內(nèi)容分析的角度深度地去探究中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展情況。

3.1? 以能力培養(yǎng)為核心的研究主題

該主題的聚類(lèi)詞有人工智能、信息素養(yǎng)、教學(xué)模式、教學(xué)實(shí)踐，相關(guān)的關(guān)鍵詞有創(chuàng)新能力、創(chuàng)客素養(yǎng)模型、智能素養(yǎng)、計(jì)算思維等。機(jī)器人教育可以激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)科技創(chuàng)新能力[2]。為扮演好教師在信息技術(shù)創(chuàng)新教學(xué)中的角色，從創(chuàng)新設(shè)計(jì)者、學(xué)習(xí)促進(jìn)者、建設(shè)性評(píng)價(jià)者等維度構(gòu)建教師信息技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用能力框架[3]。為應(yīng)對(duì)中小學(xué)缺乏創(chuàng)客教育師資的問(wèn)題，構(gòu)建面向師范生培養(yǎng)的創(chuàng)客素養(yǎng)模型[4]。智能素養(yǎng)是發(fā)展人工智能的重要能力，從智能意識(shí)、智能技能、智能創(chuàng)新等維度構(gòu)建了中小學(xué)生智能素養(yǎng)框架[5]。為提高師范生的智能素養(yǎng)，開(kāi)發(fā)面向師范生人工智能素養(yǎng)自評(píng)工具[6]。在人工智能課程中開(kāi)展項(xiàng)目式教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力及計(jì)算思維能力[7]。由此，我們發(fā)現(xiàn)能力培養(yǎng)的主體不僅面向?qū)W生，還對(duì)教師能力有了更高的新要求。能力培養(yǎng)目標(biāo)從信息素養(yǎng)轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芩仞B(yǎng)，有了更寬泛的內(nèi)涵。中小學(xué)人工智能教育主要圍繞以創(chuàng)新能力、問(wèn)題求解能力、計(jì)算思維等高階思維能力去培養(yǎng)，更高層次地推進(jìn)素質(zhì)教育。

3.2? 以課程實(shí)施為核心的研究主題

該主題聚類(lèi)詞有機(jī)器人、創(chuàng)客教育、編程教育，相關(guān)的關(guān)鍵詞有課程設(shè)計(jì)、人工智能課程等。為了應(yīng)對(duì)中小學(xué)人工智能課程內(nèi)容碎片化，缺少對(duì)人工智能課程系統(tǒng)化設(shè)計(jì)等問(wèn)題，以區(qū)域校本課程“小學(xué)人工智能入門(mén)”為例，構(gòu)建信息技術(shù)學(xué)科“1+2”課程模式[8]。圍繞人工智能通識(shí)、應(yīng)用及編程等內(nèi)容，開(kāi)發(fā)具有廣州市地方特色的中小學(xué)人工智能課程體系[9]。創(chuàng)客教育的課程建設(shè)要以以解決現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問(wèn)題為主，要圍繞人工智能相關(guān)技術(shù)作為開(kāi)展項(xiàng)目研究的技術(shù)支撐[10]。開(kāi)發(fā)了一套面向高中AI課程項(xiàng)目資源包“校園新時(shí)尚，垃圾分類(lèi)我先行”[11]。由此，在開(kāi)展人工智能相關(guān)課程的過(guò)程中，以校本課程開(kāi)展為主，課程內(nèi)容多為編程，創(chuàng)新應(yīng)用各種新型的教學(xué)模式?？傮w來(lái)講，面向中小學(xué)人工智能教育的課程內(nèi)容不斷地豐富，教學(xué)設(shè)計(jì)不斷地創(chuàng)新。但是，還存在諸多挑戰(zhàn)，例如課程內(nèi)容偏理論輕實(shí)踐、課程標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)以、課程評(píng)價(jià)方式缺乏多元化設(shè)計(jì)等問(wèn)題。

3.3? 以教學(xué)系統(tǒng)為核心的研究主題

該主題聚類(lèi)詞有智慧教育、中小學(xué)校園網(wǎng)、專(zhuān)家系統(tǒng)，相關(guān)的關(guān)鍵詞主要有智慧課堂、大數(shù)據(jù)、智能教學(xué)系統(tǒng)等?；跈C(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)技術(shù)，開(kāi)發(fā)面向中學(xué)生的“智慧狗”人工智能教學(xué)輔助系統(tǒng)[12]。構(gòu)建了基于Machine learning for kids平臺(tái)的小學(xué)生人工智能項(xiàng)目式教學(xué)模式[13]?；诮?gòu)主義學(xué)習(xí)環(huán)境（CLES）設(shè)計(jì)模型，從促進(jìn)知識(shí)建構(gòu)的認(rèn)知工具、啟迪學(xué)生思維的會(huì)話與協(xié)作、人工智能應(yīng)用的社會(huì)境脈支持等方面，提出了針對(duì)中小學(xué)人工智能課程學(xué)習(xí)平臺(tái)的優(yōu)化策略[14]。提出構(gòu)建中小學(xué)教育大數(shù)據(jù)人工智能教育系統(tǒng)，讓中小學(xué)教育更加智能化[15]。智能一體化實(shí)驗(yàn)教學(xué)與管理系統(tǒng)用智能技術(shù)為教師減輕壓力，從而開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)[16]。由此，我們發(fā)現(xiàn)人工智能教學(xué)平臺(tái)有助于緩解當(dāng)前中小學(xué)人工智能教育資源分配不均、優(yōu)秀師資匱乏的難題，減輕學(xué)生的學(xué)業(yè)負(fù)擔(dān)和教師的教學(xué)壓力。但是，人工智能教學(xué)平臺(tái)存在教學(xué)實(shí)際脫節(jié)、教學(xué)資源難實(shí)現(xiàn)協(xié)同共享、教學(xué)資源數(shù)據(jù)缺乏安全保障、教育數(shù)據(jù)倫理等問(wèn)題。

4? 結(jié)? 論

通過(guò)分析中小學(xué)人工智能教育的現(xiàn)狀，本研究發(fā)現(xiàn)中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展還處于初步探索階段，我們除了要培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力之外，還要注意提升教師信息化教學(xué)水平。除了信息技術(shù)教師之外，其他任課教師都應(yīng)該將人工智能相關(guān)技術(shù)運(yùn)用到常態(tài)化教學(xué)。人工智能課程的實(shí)施存在地區(qū)差異化，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)開(kāi)設(shè)校本課程，而欠發(fā)達(dá)地區(qū)卻沒(méi)有存在課程資源匱乏。人工智能教育平臺(tái)建設(shè)需要多方力量的協(xié)同合作，解決資源共享、資金費(fèi)用及技術(shù)指導(dǎo)等問(wèn)題。人工智能教育課程的開(kāi)發(fā)是前提基礎(chǔ)，師資匹配和平臺(tái)系統(tǒng)是保障支持，能力培養(yǎng)是最終目標(biāo)，我們需要繼續(xù)推動(dòng)人工智能技術(shù)與教育教學(xué)的融合創(chuàng)新。

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作者簡(jiǎn)介：廖素芬（1993—），女，漢族，廣東佛山人，研究生在讀，研究方向：信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)。

收稿日期：2022-01-264369D54D-E4F7-4C8C-9335-FCC8753EEB2A