基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)的中職學(xué)校人工智能通識(shí)課程的開(kāi)發(fā)與實(shí)踐

摘要：本文結(jié)合人工智能專(zhuān)業(yè)特點(diǎn)和中職學(xué)生學(xué)情，開(kāi)展了基于任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的實(shí)踐探索，即以學(xué)生為主體，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，從厘清課程的主要任務(wù)、構(gòu)建課程框架結(jié)構(gòu)、明確教學(xué)設(shè)計(jì)路徑和課程實(shí)例展示等方面探討了中職學(xué)校人工智能通識(shí)課程的開(kāi)發(fā)和實(shí)踐思路，以期為中職學(xué)校人工智能通識(shí)教育課程提供理論參考和實(shí)踐指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：中職；人工智能課程；通識(shí)教育；任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?論文編號(hào)：1674-2117（2023）16-0108-05

引言

在政府、學(xué)校和教師對(duì)人工智能課程的定義和設(shè)計(jì)方面缺乏理論支撐和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的背景下[1]，為培養(yǎng)適應(yīng)新時(shí)代思維模式的技術(shù)性人才，讓中等職業(yè)學(xué)校學(xué)生具備符合時(shí)代要求和適應(yīng)職業(yè)發(fā)展的素養(yǎng)能力，筆者嘗試運(yùn)用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法開(kāi)辟中職學(xué)生新型人才培養(yǎng)的人工智能通識(shí)課程教學(xué)新路徑，下面以筆者所在學(xué)校為例，結(jié)合中職教師和學(xué)生的實(shí)際情況展開(kāi)具體闡述。

人工智能通識(shí)課程的概念及現(xiàn)狀

1.概念

通識(shí)課程（General Education）是通識(shí)教育的一門(mén)具體實(shí)踐課程，其目的是拓展學(xué)生的知識(shí)范圍，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和批判思維能力。通識(shí)課程聚焦培養(yǎng)什么人、怎樣培養(yǎng)人和為誰(shuí)培養(yǎng)人的教育根本問(wèn)題，適應(yīng)快速變化的社會(huì)對(duì)人才的需求。[2]而人工智能課程具有區(qū)別于其他課程教學(xué)內(nèi)容、形式的獨(dú)特性。[3]人工智能的課程內(nèi)容主要圍繞培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新型思維、掌握相關(guān)知識(shí)技能和樹(shù)立正確的態(tài)度觀念展開(kāi)。[4]

2.現(xiàn)狀

（1）現(xiàn)有中職教育中關(guān)于人工智能人才培養(yǎng)的研究比較缺乏

《中等職業(yè)學(xué)校信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2020年版）》明確提出“人工智能初步”為兼顧學(xué)生就業(yè)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，需要突出職業(yè)教育“做中學(xué)，做中教”的特色。[5]從教育政策導(dǎo)向中可知“人工智能初步”作為信息課程基礎(chǔ)模塊的重要性。在中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）里，以“人工智能教育”為主題進(jìn)行檢索可以檢索到文獻(xiàn)6907篇，但以“人工智能教育&中職”為主題只有58篇；以“人工智能課程”為主題可以檢索到文獻(xiàn)1348篇，但以“人工智能課程&中職”為主題只有15篇，且集中在2019年至2022年。由此可見(jiàn)，在中職學(xué)校教育體系中人工智能課程教育教學(xué)的相關(guān)研究存在明顯的乏力性，深度也不足以支撐該專(zhuān)業(yè)的快速發(fā)展。同時(shí)，多數(shù)地區(qū)的中職學(xué)校仍未開(kāi)設(shè)人工智能課程，這進(jìn)一步導(dǎo)致中職教育中人工智能課程教學(xué)的發(fā)展緩慢，呈現(xiàn)出教學(xué)開(kāi)展的不均衡性。

（2）現(xiàn)有人工智能課程與中職學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不匹配

有研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前的人工智能課程授課對(duì)象以本科生和研究生為主。對(duì)已有課程進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，學(xué)生所學(xué)的內(nèi)容大多涉及多種算法，學(xué)生需要擁有一定的程序設(shè)計(jì)、高等數(shù)學(xué)和機(jī)器學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)方能應(yīng)付。[6]而李曉敏等人通過(guò)對(duì)中職學(xué)生進(jìn)行半結(jié)構(gòu)式訪談研究發(fā)現(xiàn)，中職學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)體驗(yàn)存在理論基礎(chǔ)不扎實(shí)、自主學(xué)習(xí)能力有待提高等問(wèn)題。[7]由此可見(jiàn)，由于中職學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)并不能與高校或其他學(xué)段的學(xué)生相媲美，故不能完全照搬現(xiàn)有高校人工智能課程。

中職學(xué)校人工智能通識(shí)課程模式設(shè)置

隨著人工智能時(shí)代大數(shù)據(jù)的積累，解決具體實(shí)際問(wèn)題的高階應(yīng)用場(chǎng)景不斷更新，與社會(huì)各行各業(yè)的深度融合也使相關(guān)人工智能技術(shù)得到了最大程度的應(yīng)用。[8]根據(jù)徐正麗等人的研究，AI崗位可分為軟件工程師、算法工程師、產(chǎn)品架構(gòu)師和產(chǎn)品經(jīng)理等4個(gè)崗位簇，以及數(shù)據(jù)庫(kù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、模式識(shí)別、大數(shù)據(jù)和程序設(shè)計(jì)等5個(gè)所需的技能集。[9]這些專(zhuān)業(yè)性極強(qiáng)的學(xué)習(xí)內(nèi)容如何轉(zhuǎn)變?yōu)榕c中職學(xué)生學(xué)習(xí)水平和能力特點(diǎn)相當(dāng)并能夠被他們理解、接受的學(xué)習(xí)任務(wù)呢？

針對(duì)上述問(wèn)題，筆者所在學(xué)校開(kāi)發(fā)了以實(shí)踐應(yīng)用為核心的人工智能通識(shí)課程，注重在人工智能屬性上實(shí)現(xiàn)學(xué)科交叉融合，體現(xiàn)不同的專(zhuān)業(yè)區(qū)分度，其教學(xué)設(shè)計(jì)和應(yīng)用內(nèi)容由淺入深，利用人工智能賦予學(xué)生創(chuàng)新思維的靈感，在淺顯易懂的教學(xué)過(guò)程中培養(yǎng)學(xué)生對(duì)人工智能的知識(shí)整合和創(chuàng)新遷移能力，在主動(dòng)求知和探索的過(guò)程中完成相應(yīng)的課程任務(wù)。

1.厘清課程主要任務(wù)

首先，消除學(xué)生恐慌，正確認(rèn)識(shí)人工智能學(xué)科內(nèi)容，包括人工智能的定義、四大分支、主要應(yīng)用領(lǐng)域、三種形態(tài)和人工智能倫理風(fēng)險(xiǎn)防范等基礎(chǔ)性問(wèn)題，以及對(duì)現(xiàn)行的就業(yè)結(jié)構(gòu)、就業(yè)范圍和質(zhì)量產(chǎn)生的深刻影響，此任務(wù)決定了接下來(lái)課程的框架結(jié)構(gòu)和教學(xué)設(shè)計(jì)的設(shè)置。

其次，人工智能課程要實(shí)現(xiàn)開(kāi)放和重構(gòu)，需要進(jìn)行學(xué)科整合和專(zhuān)業(yè)融通，通過(guò)設(shè)計(jì)跨學(xué)科的學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)進(jìn)程突破中職學(xué)生學(xué)習(xí)的局限，讓學(xué)生通過(guò)拓展視野的方式形成在未來(lái)社會(huì)生活的能力。此課程任務(wù)在內(nèi)容上決定了中職學(xué)校人工智能通識(shí)教材所選的案例和活頁(yè)形式，最后通過(guò)此課程實(shí)現(xiàn)立德樹(shù)人總目標(biāo)。

2.構(gòu)建課程框架結(jié)構(gòu)

中職學(xué)生人工智能通識(shí)課程的整體框架大致分為三大模塊、六小章節(jié)（如圖1）。第一模塊是人工智能通識(shí)的普及。人工智能研究領(lǐng)域有算法、算力和數(shù)據(jù)三方面內(nèi)容，涉及的知識(shí)面廣且不容易理解。對(duì)于大部分中職學(xué)生來(lái)說(shuō)，只將注意力放在技術(shù)開(kāi)發(fā)和編程設(shè)計(jì)上難度過(guò)大，因此，前期的知識(shí)以培養(yǎng)中職學(xué)生信息意識(shí)、計(jì)算思維的基礎(chǔ)知識(shí)為目標(biāo)。第二模塊按照專(zhuān)業(yè)的知識(shí)梯度和區(qū)分度進(jìn)行設(shè)置，根據(jù)研究領(lǐng)域的不同分為四大技術(shù)的教學(xué)，圍繞“人工智能如何觀察、表達(dá)、聽(tīng)話和思考”構(gòu)建學(xué)生對(duì)人工智能課程的基本觀念和技術(shù)架構(gòu)。在具體教學(xué)上不僅包括基本概念的介紹和原理的解釋?zhuān)€能讓學(xué)生逐漸形成以創(chuàng)新思維為核心的素養(yǎng)，為中職學(xué)生在以后的工作中所需的創(chuàng)造力儲(chǔ)能。第三模塊是在理論學(xué)習(xí)之后的實(shí)踐操作。這個(gè)模塊構(gòu)建了一個(gè)課程實(shí)踐平臺(tái)，以幫助學(xué)生增強(qiáng)學(xué)習(xí)的自信心，這種高位成就感能激勵(lì)中職學(xué)生將學(xué)到的知識(shí)用于解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。

3.明確教學(xué)設(shè)計(jì)路徑

在具體的教學(xué)實(shí)踐中，筆者采用模塊化的閉環(huán)式教學(xué)，通過(guò)“基礎(chǔ)理論模塊、學(xué)科應(yīng)用模塊、程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言模塊和實(shí)驗(yàn)?zāi)K”這四個(gè)模塊的內(nèi)容體系，使學(xué)生更加系統(tǒng)化地學(xué)習(xí)知識(shí)，具體設(shè)計(jì)路徑如圖2所示。

（1）基礎(chǔ)模塊

基礎(chǔ)模塊屬于課程導(dǎo)入期，筆者將課程知識(shí)體系分為以下三個(gè)部分：①人工智能60年的技術(shù)歷史。從最早進(jìn)行探索自動(dòng)符號(hào)計(jì)算機(jī)器的萊布尼茨開(kāi)始，通過(guò)時(shí)間的脈絡(luò)闡述人工智能的黃金時(shí)期（1956年至1974年）、第一次寒冬時(shí)期（1974年至1980年）、興盛期（1980年至1989年）、第二次寒冬時(shí)期（1989年至1993年）、發(fā)展期（1993年至2006年）、爆發(fā)期（2006年至現(xiàn)在）；②針對(duì)各關(guān)鍵技術(shù)的研究現(xiàn)狀，讓學(xué)生了解科學(xué)前沿，包括2006年開(kāi)始深度學(xué)習(xí)在計(jì)算機(jī)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)，在自然語(yǔ)言處理和強(qiáng)化學(xué)習(xí)等領(lǐng)域的主要進(jìn)展，并根據(jù)它的發(fā)展過(guò)程來(lái)分析未來(lái)的發(fā)展方向；③闡明現(xiàn)代企事業(yè)單位對(duì)人工智能人才的現(xiàn)實(shí)需求和職業(yè)前景。人工智能基礎(chǔ)知識(shí)和原理的學(xué)習(xí)任務(wù)主要是通過(guò)互動(dòng)體驗(yàn)的形式來(lái)組織教學(xué)，能更好地幫助中職學(xué)生理解和內(nèi)化學(xué)習(xí)內(nèi)容。

（2）應(yīng)用模塊

應(yīng)用模塊的任務(wù)達(dá)成是基于課程內(nèi)容的知識(shí)更新，引進(jìn)人工智能相關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)景。從與生活息息相關(guān)的圖像處理方面的應(yīng)用開(kāi)始，向?qū)W生介紹人工智能在金融、司法、公邊檢、航天電力、教育和醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，如在金融、安防和智能家居領(lǐng)域的自然語(yǔ)言處理技術(shù)。這一模塊的人工智能教學(xué)主要通過(guò)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的方式進(jìn)行，以學(xué)生生活經(jīng)驗(yàn)和實(shí)踐體驗(yàn)所關(guān)聯(lián)的場(chǎng)景作為教學(xué)切入點(diǎn)。

（3）程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言模塊

程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言是工程師為了告訴計(jì)算機(jī)需要做什么事情而發(fā)明的。這是中職人工智能專(zhuān)業(yè)學(xué)生在此課程中需要掌握的核心技能。此模塊需要結(jié)合中職學(xué)生的知識(shí)基礎(chǔ)和內(nèi)容儲(chǔ)備來(lái)設(shè)計(jì)，在教學(xué)過(guò)程中要盡量以通俗的語(yǔ)言去解釋各種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言。除此之外，該模塊需要結(jié)合學(xué)校擁有的教學(xué)資源，讓學(xué)生充分利用互聯(lián)網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行課前學(xué)習(xí)及課后鞏固。

（4）實(shí)驗(yàn)?zāi)K

筆者結(jié)合“參與體驗(yàn)—感知概念—作品呈現(xiàn)—分享所得”的任務(wù)體驗(yàn)教學(xué)法，并根據(jù)中職學(xué)生的實(shí)際情況與應(yīng)用模塊所學(xué)到的場(chǎng)景知識(shí)相對(duì)應(yīng)靈活地設(shè)置實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容。該模塊以互動(dòng)的交往形式加強(qiáng)師生的雙邊情境體驗(yàn)，以學(xué)生為主體采用設(shè)計(jì)活動(dòng)和任務(wù)分配的任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法形式提高學(xué)生的積極性，通過(guò)有針對(duì)性地提問(wèn)和追問(wèn)啟發(fā)學(xué)生思考。

以上模塊并不是機(jī)械式單向進(jìn)行，在教學(xué)過(guò)程中可以根據(jù)中職學(xué)生的掌握情況以及技術(shù)更新穿插進(jìn)行教學(xué)，相互影響，相互滲透。

人工智能課程案例教學(xué)法展示實(shí)例

部分中職學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力不強(qiáng)，缺乏探索精神，而人工智能課程又屬于實(shí)踐性非常強(qiáng)的學(xué)科，采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)法可轉(zhuǎn)變學(xué)生解決問(wèn)題、獨(dú)立分析問(wèn)題的學(xué)習(xí)理念。因此，筆者根據(jù)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)法的基本環(huán)節(jié)、人工智能專(zhuān)業(yè)、行業(yè)發(fā)展方向、人才的現(xiàn)實(shí)需求，以課程框架結(jié)構(gòu)中的第二章“人工智能怎么觀察”中的《察“顏”觀色：人臉表情識(shí)別》進(jìn)行教學(xué)，具體環(huán)節(jié)如圖3所示。

1.創(chuàng)設(shè)情境 給出任務(wù)

在課堂教學(xué)中，針對(duì)中職學(xué)生思維活躍和偏愛(ài)直觀動(dòng)態(tài)知識(shí)呈現(xiàn)的特點(diǎn)，開(kāi)展與當(dāng)前學(xué)習(xí)主題相關(guān)的情境導(dǎo)入。例如，小慧在線上學(xué)習(xí)時(shí)頻頻走神，經(jīng)?！皼](méi)聽(tīng)懂”某個(gè)知識(shí)點(diǎn)，又不敢主動(dòng)向教師反饋?zhàn)约旱膶W(xué)習(xí)焦慮。小智是學(xué)習(xí)委員，他希望設(shè)計(jì)一個(gè)基于人臉表情分析同學(xué)們注意力情況的系統(tǒng)，并將分析結(jié)果即時(shí)反饋給教師。學(xué)生帶著“任務(wù)”進(jìn)入學(xué)習(xí)情境后對(duì)任務(wù)進(jìn)行概括性的描述：通過(guò)掃描人臉表情來(lái)識(shí)別情緒異常的學(xué)生。

2.分析任務(wù) 收集知識(shí)

此環(huán)節(jié)是課程的核心，學(xué)生根據(jù)教師提供的線索與同學(xué)進(jìn)行不同觀點(diǎn)的交流、補(bǔ)充和修正。學(xué)生在預(yù)備知識(shí)環(huán)節(jié)學(xué)習(xí)表情相關(guān)的概述和表情識(shí)別的應(yīng)用。在教學(xué)過(guò)程中，教師針對(duì)人臉表情識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，要求學(xué)生完成以下任務(wù)。

任務(wù)1：思考此項(xiàng)識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)思路有哪些步驟？在此過(guò)程中可能會(huì)遇到什么困難？有什么解決問(wèn)題的途徑？學(xué)生小組討論回答。

任務(wù)2：針對(duì)以上尚未解決的問(wèn)題，需要具備什么新知識(shí)？請(qǐng)各小組匯報(bào)分析結(jié)果，教師點(diǎn)評(píng)是否完善準(zhǔn)確。

任務(wù)3：利用學(xué)校的教學(xué)資源平臺(tái)提前進(jìn)行學(xué)習(xí)，為下一節(jié)課的教學(xué)打好知識(shí)基礎(chǔ)。

3.任務(wù)實(shí)施 動(dòng)手實(shí)操

由于有前期讓學(xué)生自行思考及探索環(huán)節(jié)的鋪墊，本環(huán)節(jié)的課堂教學(xué)從學(xué)習(xí)人臉表情識(shí)別需要掌握的相關(guān)技術(shù)—圖形化編程開(kāi)始。先讓學(xué)生進(jìn)行程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的學(xué)習(xí)，目的是培養(yǎng)學(xué)生利用類(lèi)似程序的邏輯關(guān)系獲得獨(dú)立解決問(wèn)題的邏輯思維能力，而操作簡(jiǎn)易、好上手的圖形化編程工具能提升中職學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在學(xué)習(xí)完適配的編程工具后，教師進(jìn)行任務(wù)小結(jié)，使學(xué)生再次回顧人臉表情識(shí)別的基本原理和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)。

4.評(píng)價(jià)反思 鞏固提升

此環(huán)節(jié)包括兩方面內(nèi)容，第一是對(duì)所學(xué)知識(shí)意義建構(gòu)的評(píng)價(jià)，第二是對(duì)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和協(xié)作學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)。在學(xué)生進(jìn)行任務(wù)的創(chuàng)作過(guò)程中教師巡回檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)學(xué)生編程實(shí)操中遇到的問(wèn)題并進(jìn)行指導(dǎo)；讓完成任務(wù)有困難的學(xué)生團(tuán)隊(duì)合作完成創(chuàng)作，培養(yǎng)其合作精神；在檢驗(yàn)學(xué)生任務(wù)的完成情況后對(duì)能及時(shí)按要求完成編程設(shè)計(jì)的學(xué)生進(jìn)行口頭表?yè)P(yáng)；鼓勵(lì)沒(méi)完成或作品不理想的學(xué)生利用學(xué)校的教學(xué)資源平臺(tái)進(jìn)行鞏固學(xué)習(xí)。

結(jié)語(yǔ)

本文根據(jù)筆者所在學(xué)校開(kāi)發(fā)的人工智能通識(shí)教材，探討了一系列與課程相關(guān)的模式、課程思路設(shè)置和內(nèi)容案例等，為中職學(xué)校人工智能技術(shù)人才的培養(yǎng)提供了多維度、深層次的教學(xué)方向支持。未來(lái)，筆者還將根據(jù)實(shí)踐教學(xué)得出的樣本和數(shù)據(jù)分析基礎(chǔ)繼續(xù)對(duì)中職學(xué)校人工智能課程進(jìn)行深化完善，在以學(xué)生為本的理念下實(shí)現(xiàn)課程教學(xué)向中職學(xué)生職業(yè)規(guī)劃有效轉(zhuǎn)化的目標(biāo)。

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作者簡(jiǎn)介：馮敬益（1978—），男，廣東廣州人，碩士研究生，廣州市信息技術(shù)職業(yè)學(xué)校軟件與信息服務(wù)專(zhuān)業(yè)帶頭人，高級(jí)講師，廣東省科技教育名師工作室主持人，主要研究方向?yàn)槿斯ぶ悄芙逃?、?chuàng)客教育、STEM教育和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用研究等。

本文系廣東省中等職業(yè)教育教學(xué)改革項(xiàng)目（GDZZJG2029）“基于‘雙精準(zhǔn)、雙銜接的中職人工智能專(zhuān)業(yè)建設(shè)探索”和全國(guó)工業(yè)和信息化職業(yè)教育教學(xué)指導(dǎo)委員會(huì)重點(diǎn)課題“‘校企耦合協(xié)同育人——中職人工智能新型人才培養(yǎng)模式探索與實(shí)踐”（GXHZWZ20507）的研究成果。