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

        2022-04-02 21:55:32黎清萬(wàn)鐘嘉寶
        關(guān)鍵詞:混合式教學(xué)

        黎清萬(wàn) 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(shí)型教育實(shí)施需求與普適性課程資源相對(duì)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(shí)教學(xué)資源的行動(dòng)研究過程及成果。

        [關(guān)鍵詞]人工智能通識(shí);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(guó)家《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的出臺(tái),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(dòng)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(shì),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(duì)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(shí)類MOOC(下稱“AI通識(shí)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(shí)MOOC內(nèi)容規(guī)劃

        (一)創(chuàng)設(shè)“知道—分析—綜合”人工智能通識(shí)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(gè)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(duì)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(shì)”“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(jiǎn)單的人工智能應(yīng)用模塊”,辯證認(rèn)識(shí)層次的包括“倫理及安全挑戰(zhàn)”“發(fā)展價(jià)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(shí)教育目標(biāo)體系(如圖1所示):

        由此確定了AI通識(shí)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(jí)至高中三年級(jí)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(jí)編程系列課程。AI通識(shí)MOOC能被應(yīng)用于弱化裝備要求、弱化平臺(tái)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?,人工智能教育開展的難點(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(duì)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(dòng)畫呈現(xiàn)方式以及充分利用線上開放平臺(tái)、Mind+編程平臺(tái)、普通攝像頭、普通麥克風(fēng)等有效降低學(xué)習(xí)活動(dòng)對(duì)裝備的投入要求和探究活動(dòng)實(shí)施的準(zhǔn)入門檻,多個(gè)維度的協(xié)同作用,實(shí)現(xiàn)了人工智能通識(shí)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(shí)MOOC內(nèi)容分兩個(gè)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(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)六個(gè)方面基礎(chǔ)知識(shí)。共5課時(shí):第1課時(shí)認(rèn)識(shí)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(shí)了解人工智能的發(fā)展歷程;第3課時(shí)了解圖像識(shí)別的原理,認(rèn)識(shí)和體驗(yàn)常用圖像識(shí)別工具;第4課時(shí)了解語(yǔ)音合成、語(yǔ)音識(shí)別、自然語(yǔ)言處理等人工智能技術(shù);第5課時(shí)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(dòng)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(tái),開展探究體驗(yàn)活動(dòng)。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(shí),各課時(shí)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(bào)告、評(píng)價(jià)等教學(xué)活動(dòng)。兩個(gè)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(dòng)框架設(shè)計(jì)

        為確保學(xué)習(xí)者在MOOC學(xué)習(xí)活動(dòng)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(yǔ)言表達(dá)方式前,根據(jù)所在地市中小學(xué)學(xué)生對(duì)科技類知識(shí)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(cè)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(dòng)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(shí)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(dòng)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(dòng)預(yù)設(shè)、交流評(píng)價(jià)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(shí)MOOC中,開發(fā)團(tuán)隊(duì)尤其關(guān)注了課堂活動(dòng)預(yù)設(shè)要符合“探中學(xué)、學(xué)中聯(lián)(做)、聯(lián)(做)中享(評(píng))”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(gè)學(xué)習(xí)單元以及一個(gè)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(dòng)包括視頻學(xué)習(xí)、課內(nèi)主題交流、課內(nèi)測(cè)評(píng)、人工智能體驗(yàn)、拓展閱讀五個(gè)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(dòng)、項(xiàng)目實(shí)施活動(dòng)、項(xiàng)目報(bào)告與評(píng)價(jià)活動(dòng)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(shí)MOOC

        AI通識(shí)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(píng)價(jià)量規(guī)制作)——MOOC生成(平臺(tái)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(tái)自動(dòng)評(píng)價(jià)設(shè)置)——教師手冊(cè)及學(xué)生學(xué)習(xí)手冊(cè)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(dòng)漫人物進(jìn)行知識(shí)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(píng)價(jià)(測(cè)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(shí)圖譜作為課程的重要組成部分,對(duì)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(dòng)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(bào)文案,第二階段為人工智能創(chuàng)客作品介紹視頻,作業(yè)評(píng)價(jià)則設(shè)定為學(xué)習(xí)者互評(píng)與授課者評(píng)價(jià)相結(jié)合的評(píng)價(jià)模式。

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

        后期的教師手冊(cè)及學(xué)生手冊(cè)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(shí)教育專遞課堂實(shí)施的必要條件。教師手冊(cè)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(dòng)建議五個(gè)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(dòng)。學(xué)生手冊(cè)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(tái)操作指引、項(xiàng)目學(xué)習(xí)記錄表五個(gè)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(shí),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(cè)和學(xué)生手冊(cè)開展混合式教學(xué)活動(dòng),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(dòng)。AI通識(shí)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(dòng)應(yīng)用

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

        (二)混合式學(xué)習(xí)活動(dòng)應(yīng)用

        MOOC的教學(xué)設(shè)計(jì)覆蓋了課中及課后兩個(gè)環(huán)節(jié),從教學(xué)及評(píng)價(jià)兩個(gè)維度保障學(xué)習(xí)效果?;旌鲜綄W(xué)習(xí)活動(dòng)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(dòng)、難點(diǎn)突破(線下)—課后測(cè)驗(yàn)題、學(xué)習(xí)問卷(線上)—學(xué)習(xí)交流評(píng)價(jià)(線下)。

        混合式項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)應(yīng)用模式中,根據(jù)項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)流程,教師遴選部分線上課程內(nèi)容(所有單課時(shí)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(shí)MOOC在高中信息技術(shù)必修一模塊第六章“初識(shí)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(jià)值

        基于混合學(xué)習(xí)的人工智能通識(shí)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(dòng),涵蓋小、初、高三個(gè)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(dòng)以及第二課堂教學(xué)活動(dòng)。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(dòng)。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(shí)也為特殊時(shí)期信息技術(shù)學(xué)科教育提供了在線教學(xué)資源。AI通識(shí)MOOC結(jié)合了精簡(jiǎn)、易用性及可移植性強(qiáng)優(yōu)勢(shì),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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