1、人工智能課程的教學實踐與思考摘要：分析中學人工智能課程的教學現(xiàn)狀，提出師范院校人工智能課程設(shè)計教學改革，在人本主義教育觀指導下，從課程內(nèi)容、課程目標、課程實施、課程評價、師生管理等5個環(huán)節(jié)介紹以學生為中心的人工智能課程設(shè)計改革實踐，最后通過問卷分析說明教學效果。0引言近年來，全球掀起人工智能研發(fā)浪潮，歐美、日本等相繼出臺一系列國家政策，搶占國家 戰(zhàn)略制高點。人工智能技術(shù)創(chuàng)新最關(guān)鍵的是人工智能人才。為了適應未來人工智能的發(fā)展， 國務(wù)院新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃根據(jù)教育部發(fā)展規(guī)劃司 2019年公布的全國教育事業(yè)發(fā)展基本情況的數(shù)據(jù)，全國各類 學校51.89萬所，其中初中5.20萬所，高中2.44萬所，中

2、等教育人工智能師資需求巨大, 完善師范院校計算機專業(yè)中學人工智能課程設(shè)計課程成為時代的需求。為了滿足時代需求，應基于人本主義教育觀展開中學人工智能課程設(shè)計。首先，以人工智 能技術(shù)支持課程設(shè)計，讓學生在體驗人工智能技術(shù)的過程中學習技術(shù)，充分調(diào)動學生的主 動性；其次，堅持以人為中心的人工智能技術(shù)實現(xiàn)途徑，人工智能技術(shù)的實施以學生為中 心，而不是以技術(shù)為中心；最后，堅持以人為中心的技術(shù)價值取向，樹立“人工智能技術(shù) 研究要有助于人的價值與尊嚴的提高”的價值倫理觀。1中學人工智能課程的教學現(xiàn)狀高等院校師范類的目標是培養(yǎng)未來的中小學教師，承擔中學人工智能課程的信息技術(shù)教師 大多來源于計算機專業(yè)的師范生。為

3、了使中學人工智能課程設(shè)計更具有針對性，根據(jù)加拿 大Victoria 大學的課程設(shè)計機制與文獻1.1 課程內(nèi)容與課程目標“學什么”是課程設(shè)計的首要問題。解決了 “學什么”的問題，接下來就是“學到什么程 度”，即課程目標設(shè)置2003年我國正式啟動中小學人工智能教育。2018年在國家政策文件的要求下，出版了高中版的人工智能基礎(chǔ)教材。目前中小學的人工智能教育主要在信息技術(shù)課程、創(chuàng)客課 程人工智能教育課程是以人工智能教育為主題的泛在課程系列，主要分為編程教育和機器人 教育兩部分。編程教育停留在指導學生利用程序設(shè)計語言完成具體的編程題，學生大多以 參加競賽為目的，在學習過程中更多地關(guān)注編程技能的提升，缺少

4、對學生人工智能思維能 力培養(yǎng)的引導；機器人教育則停留在簡單的實體安裝層次，對機器人的設(shè)計思想與技術(shù)涉 及較少。縱觀國內(nèi)現(xiàn)狀，課程內(nèi)容是碎片化的，缺少對人工智能思維、方法、能力目標的系統(tǒng)化設(shè) 計。課程目標只是人工智能課程目標的一小部分。1.2 課程實施與課程評價根據(jù)文獻調(diào)查發(fā)現(xiàn)，不同地區(qū)的學校，人工智能課程實施與課程評價有較大差別。如有些縣中，信息技術(shù)課程并未開設(shè)人工智能模塊，即使開設(shè)也是采用傳統(tǒng)課程設(shè)計中以“教師一粉筆/黑板一學生”的方法實施教學活動，評價方式采用傳統(tǒng)的考試。在中小城市的中學，僅用 多媒體課件代替了粉筆/黑板，機試代替了筆試，或者增加一些人工智能產(chǎn)品的展示。辦 學條件較好的一二

5、線城市的部分中學，在人工智能課堂上利用為教師和學生搭建的交流平 臺如Class Dojo組建班級群，學生分組學習。教師通過項目驅(qū)動組織教學，學生以項目 成果的形式提交到Class Dojo的班級群展示項目成果，由教師評價。目前，課程實施與課程評價的主體都是教師。傳統(tǒng)課程設(shè)計中采用了 “教育工廠”模式1.3 師生管理隨著可穿戴技術(shù)在教育領(lǐng)域的應用，電子手環(huán)、谷歌眼鏡、可穿戴手套和口袋投影儀這些 人工智能產(chǎn)品已出現(xiàn)在課堂中，但目前還未能充分利用這些可穿戴設(shè)備獲取的學生在課堂 上的各種行為數(shù)據(jù)，進行學生管理。目前，課程設(shè)計的師生管理只關(guān)注學生的管理，未包括教師的交流與學習，忽視了教師在 課程中的自我

6、提升。人工智能時代，教師的角色定位發(fā)生了變化2師范生的人工智能課程設(shè)計教學改革實踐教育觀是人們基于實踐對教育產(chǎn)生的系統(tǒng)性認識2.1 以學生為中心的人本主義教育觀人本主義教育觀是人本主義心理學在教育中的運用，核心內(nèi)涵以學習者為中心，教學模式 以主體性教學、自主式學習為主，完成培養(yǎng)全面、完整的人 人本主義教育觀通過教育喚醒個體潛能，使個體通過自主選擇進行學習，進而發(fā)掘隱藏在 深處的自我，最終成為完整而豐富的人，達到自我實現(xiàn)。教育模式提倡知情結(jié)合與人性化 教學，讓學生自由討論、自主學習、自我評價，使學生感受到學習的樂趣。教師既是學生 學習的引導者，又能以平等的態(tài)度對待學生，給予學生愛與關(guān)懷。2.2

7、基于師范生的人工智能課程設(shè)計教學改革為國家培養(yǎng)高端人工智能人才，中等教育非常關(guān)鍵。為了奠定人工智能人才培養(yǎng)的廣泛基 礎(chǔ)，中小學信息技術(shù)教師的人工智能學科素養(yǎng)非常重要。為了提升未來的中小學信息技術(shù) 教師一計算機專業(yè)師范生的人工智能教育能力，在人工智能課程設(shè)計教學實踐中充分利用 人工智能技術(shù)進行教學改革，并選用了商湯科技與華東師范大學慕課中心共同編寫的人工 智能教材（高中版）。1）課前準備。課前準備不是課程設(shè)計的固有環(huán)節(jié)，但在教學實踐中卻不容忽視。根據(jù)尊重學生個體差異和學生認知發(fā)展水平原則，通過中等教育中廣泛使用的電子檔案袋 技術(shù)，了解授課班級學生在上一階段學習的相關(guān)數(shù)據(jù)，并綜合教師、家長對其性格

8、的評價, 將性格互補、興趣相投的學生進行初步分組；然后，考慮學生的情感需求，利用電子檔案 袋技術(shù)，進行二次分組，小組中包含不同認知水平層次的學生但不同于隨機分組；最后， 使用學習平臺如超星學習通發(fā)布小組任務(wù)：為小組取名，增強各學習小組的團隊凝聚力， 調(diào)動學生的自主性。在此期間，教師可以通過平臺教師端了解各小組組員討論情況，對分 組做出適當調(diào)整。2）課程內(nèi)容選擇。課程內(nèi)容選擇考慮中學生的興趣、情感需求、認知發(fā)展水平。課程內(nèi)容圍繞人的智能系統(tǒng) 組織，以此體現(xiàn)出人工智能的學科思想，它是計算機對人類智能的模擬與延伸，教師利用 課堂教學再現(xiàn)人工智能思想過程以培養(yǎng)高端專業(yè)人才的思維方式。首先，從人類智能的

9、發(fā)展演化探討人工智能研究應遵循的倫理、遺傳算法的思想；然后， 從人類的感知過程學習機器感知，包括圖片識別、聲音識別、視頻識別的算法思想；第 部分圍繞人類的學習能力和學習方法，探索基于統(tǒng)計的機器學習與深度學習模型；第 分是機器的思維能力，通過了解已有的人工智能產(chǎn)品，理解智能系統(tǒng)的設(shè)計思想；第 分是機器的行為能力，包括自然語言理解、情感理解。具體課程內(nèi)容選擇時，借助軟件系統(tǒng)對給定的具體學習材料分組討論，以滿足中學生的興 趣的需求，利用繪制思維導圖軟件如Process On繪制相關(guān)內(nèi)容的思維導圖3）課程目標制訂。基于羅杰斯的理念一一自我發(fā)現(xiàn)與自我調(diào)節(jié)的學習才能影響行為制訂課程目標。首先，根據(jù)中學生的

10、思維發(fā)展特點，采取各小組討論，小組將討論結(jié)果上傳至班級群，再 由其他小組在線評價和提問，綜合各小組的討論結(jié)果，獲取初步的課程目標。然后，教師 通過對全體學生電子檔案袋中學業(yè)數(shù)據(jù)的分析，尊重個體差異，對初步課程目標做出適當 調(diào)整，完成班級課程目標的設(shè)計。班級課程目標為不同認知層次的學生制定個性化學習目標。保存的學生學習數(shù)據(jù)計入學生 的電子檔案袋，用于下一階段學習，乃至終身學習。為了滿足學生的情感需求，在利用課堂互動技術(shù)中保護學生的隱私，無條件尊重和接納學 生的個性化目標。4）課程實施。人本主義認為人類的學習是“完整的人的學習”。完整的人的學習包含認知、感受和直覺 水平的學習。基于中學生的認知水平

11、選擇人工智能助教技術(shù)，通過學情監(jiān)測和分析，得到“學生畫像”， 并制定下一步的教學計劃。然后按照課程內(nèi)容和目標設(shè)計，基于學生的感受能力，充分利 用教學平臺和課程材料。如在“機器感知：語音識別”部分課程實施時，以小組為單位研 究智能機器人" NaO',通過與" NaO'對話，給" NaO'下語音指令等小組活動，激發(fā)學 習興趣，積累學習經(jīng)驗。選擇增強現(xiàn)實 /虛擬現(xiàn)實技術(shù)和課堂互動技術(shù)，通過構(gòu)建虛擬的 學習場景，提升學生對人工智能技術(shù)的直覺經(jīng)驗。如在“機器思維：圍棋高手”部分課程 實施時，利用增強/虛擬現(xiàn)實學習設(shè)備，體驗“ Alpha GO”的高超

12、水平，增強學生對于抽 象的人工智能課程內(nèi)容的理解。課程實施過程中，通過控制使用時間的方式，規(guī)避學生沉溺虛擬世界帶來的心理和生理問 題，避免學生產(chǎn)生情感依賴。5）課程評價。中等教育中非常重視評價環(huán)節(jié)，課程教學采用多種形式評價，包括自我評價、學生互評、 教師評價、整體評價。自我評價：與課程目標一一對應。學生根據(jù)自身對學習內(nèi)容的學習情況，與課程目標中的 目標動詞進行對照，目的在于查漏補缺。學生互評：借助學習平臺，學生將自己學習到的內(nèi)容制作成文字、圖片或視頻等各種形式, 上傳至班級群，由其他同學瀏覽和討論，評價主體是學生展示的學習成果。教師評價：借助學習平臺對學生進行形成性評價，評價主體是學生在課堂上

13、的隨堂測驗及 課后作業(yè)，目的在于檢測學生對知識的掌握情況，并間接反映課堂教學效果。整體評價：整合以上3種評價結(jié)果，記錄到學生的電子檔案袋中。從多個角度進行綜合性課程評價，評價主體是學生及其相關(guān)能力，評價者包括教師和學生。利用電子檔案袋技術(shù)，學生在某個學習階段的綜合數(shù)據(jù)被納入終身學習系統(tǒng)中，評價具有 整體性、發(fā)展性，與人本主義教育觀培養(yǎng)全面、完整的人一致。6）師生管理。將利用人工智能技術(shù)完成教學過程中的師生管理。利用合作學習技術(shù)考慮到教師的發(fā)展，選擇較多中學教師交流的Pedagoo等平臺，在平臺上教師疑惑、感觸的分享對象不再僅限于教研組成員，而是全國乃至全球教師，從而促進教師教學水平的提 高、教

14、師自身的成長，同時設(shè)置教師隱私保護機制，避免教師信息泄露。3教學效果分析針對課程內(nèi)容、目標、實施、評價和師生管理等5個環(huán)節(jié)設(shè)計了 “高中人工智能課程設(shè)計方案測評”問卷，旨在為人工智能課程設(shè)計中各個環(huán)節(jié)的指導思想和實現(xiàn)路徑的選擇提供 數(shù)據(jù)支持，測評目標見表 1。測評問卷通過本校計算機專業(yè)師范生所在實習單位的微信群中分享二維碼完成，采取匿名 制。測試問卷中評價維度包括課程內(nèi)容、目標、實施、評價、師生管理、整體評價，每個 維度6個題目，共36個題目，其中3個題目用來篩選前后矛盾的問卷，以排除無效問卷。 共收到37份問卷，去掉4份前后不一致的問卷，有效問卷 33份。測評過程包括兩個步驟：（1）閱讀人工智能課程設(shè)計方案中的“方案一” “方案二”， 方案一是改革前采用的人工智能課程設(shè)計方案，本方案是方案二；（2）根據(jù)各個設(shè)計環(huán)節(jié)中的評價維度，選出符合該維度的方案，每個維度的題目，分別對兩個方案做出評價