劉子瑜，阮志紅

（貴州師范大學(xué)教育學(xué)院，貴陽 550025）

0 引言

人工智能由來已久，在歷經(jīng)幾次低迷之后的二十一世紀(jì)的第二個十年又掀起了人工智能的浪潮。2017年國務(wù)院在頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出要在中小學(xué)開設(shè)人工智能課程，人工智能課程成為了當(dāng)前研究的一大趨勢。關(guān)于人智能課程的現(xiàn)狀，于勇等［1］通過我國頒布的政策文件及實施情況分析了當(dāng)前我國人工智能教育存在的問題。張志新等［2］使用訪談法、問卷調(diào)查法等對某城市做了實證研究，并對課程的設(shè)計、實施、評價三個維度進行了現(xiàn)狀分析。以上研究雖對國內(nèi)人工智能課程的現(xiàn)狀做了系統(tǒng)的分析，但面對不斷發(fā)展和變化的人工智能教育新要求，研究者勢必要對國內(nèi)人工智能課程研究的領(lǐng)域與趨勢進行更深層次的分析。基于此，本研究采用知識圖譜的方法，利用客觀的數(shù)據(jù)全方位、多角度地對當(dāng)前人工智能課程做出可視化分析，從中發(fā)現(xiàn)當(dāng)前人工智能課程存在的問題，并提出有針對性的建議。

1 研究設(shè)計

1.1 數(shù)據(jù)來源

本文以中國知網(wǎng)全文期刊數(shù)據(jù)庫為數(shù)據(jù)來源，選擇學(xué)術(shù)期刊數(shù)據(jù)庫，采用高級檢索的方式，以“人工智能課程”“中小學(xué)”為主題詞進行高級檢索，截至2021年12月31日，共檢索出191篇文獻，刪除其中重復(fù)及與主題偏差較大的文獻，最終獲得文獻175篇。

1.2 研究方法

本研究主要采用知識圖譜和共詞分析的研究方法。知識圖譜又被稱作科學(xué)知識圖譜、知識域可視化［3］，是用圖形的方式從宏觀、中觀、微觀層面揭示學(xué)科或主題的發(fā)展面貌［4］。共詞分析法實質(zhì)上是一種內(nèi)容分析法，主要是通過兩個詞同時出現(xiàn)在文獻中的頻率和共現(xiàn)次數(shù)來明晰學(xué)科領(lǐng)域中各個主題之間的關(guān)系，以此來展現(xiàn)學(xué)科的研究結(jié)構(gòu)［5］。

1.3 研究流程

高頻關(guān)鍵詞是對文章研究主題和內(nèi)容的集中概括，因此文章選用關(guān)鍵詞作為研究分析對象，使用書目共現(xiàn)分析軟件Bicomb、社會網(wǎng)絡(luò)分析軟件Ucinet、統(tǒng)計軟件SPSS26.0等對高頻關(guān)鍵詞進行分析，直觀把握當(dāng)前我國基礎(chǔ)教育階段人工智能課程研究的現(xiàn)狀。具體流程如下：①收集數(shù)據(jù)。在中國知網(wǎng)上對人工智能課程的已有文獻記錄進行檢索和收集；②利用書目共現(xiàn)分析軟件Bicomb生成相應(yīng)的高頻關(guān)鍵詞表格和矩陣；③利用社會網(wǎng)絡(luò)分析軟件Ucinet對共現(xiàn)矩陣進行格式轉(zhuǎn)換，用NetDraw繪制社會網(wǎng)絡(luò)圖譜；④利用SPSS26.0軟件生成系統(tǒng)聚類圖和高頻關(guān)鍵詞相似矩陣，再使用Excel用“1”減去高頻關(guān)鍵詞相似矩陣得到高頻關(guān)鍵詞相異矩陣，相異矩陣表示兩個詞之間的差異程度，轉(zhuǎn)換為相異矩陣可以降低矩陣中數(shù)字0過多而對統(tǒng)計結(jié)果造成的影響［6］；⑤將相異矩陣導(dǎo)入SPSS20.0進行多維尺度分析。

2 研究過程和數(shù)據(jù)分析

2.1 高頻關(guān)鍵詞詞頻分析

高頻關(guān)鍵詞是文獻中出現(xiàn)頻次較高的關(guān)鍵詞，對高頻關(guān)鍵詞進行分析可初步把握當(dāng)前人工智能課程的研究熱點。高頻關(guān)鍵詞選擇的標(biāo)準(zhǔn)一般為截取出現(xiàn)頻次3至4次的高頻詞，且高頻詞累計占總頻次的40%左右［7］。在175篇文獻中用Bicomb提取出頻次大于等于3的關(guān)鍵詞共30個，大致符合高頻關(guān)鍵詞選擇標(biāo)準(zhǔn)，這30個高頻關(guān)鍵詞基本可反映當(dāng)前我國基礎(chǔ)教育階段人工智能課程的研究熱點，如表1所示。

表1 基礎(chǔ)教育中人工智能課程高頻關(guān)鍵詞表（部分）

從表1可以看出，排在前十位的高頻關(guān)鍵詞分別是“人工智能課程”“人工智能”“人工智能教育”“課程建設(shè)”“項目式學(xué)習(xí)”“教學(xué)方法”“教學(xué)改革”“人工智能技術(shù)”“課程改革”和“計算思維”，這十個關(guān)鍵詞反映了當(dāng)前人工智能課程的研究熱點在于對人工智能課程的建設(shè)、教學(xué)方法的改革以及課程內(nèi)容的改革。

2.2 社會網(wǎng)絡(luò)分析

高頻關(guān)鍵詞可初步反映研究的熱點，但不能體現(xiàn)出核心關(guān)鍵詞的地位及詞與詞之間聯(lián)系的緊密程度。通過對高頻詞共現(xiàn)矩陣進行社會網(wǎng)絡(luò)分析，研究相關(guān)詞的共現(xiàn)，可得出關(guān)鍵詞在整個網(wǎng)絡(luò)中的地位及其與其他詞之間的聯(lián)系，分析結(jié)果如圖1所示。

圖1 所示關(guān)鍵詞使用正方形節(jié)點來表示，節(jié)點的大小反映節(jié)點在社會網(wǎng)絡(luò)中的地位，節(jié)點越大，關(guān)鍵詞的地位越高，作用也越大。節(jié)點之間的距離反映關(guān)鍵詞之間聯(lián)系的緊密程度，節(jié)點距離越小，節(jié)點之間的聯(lián)系越大，關(guān)系越緊密。節(jié)點間連線的粗細體現(xiàn)了關(guān)鍵詞間關(guān)系的強弱程度，連線越粗，關(guān)系越強。從圖1可以看出，“人工智能教育”是所有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點中最大的正方形，處于網(wǎng)絡(luò)圖最中心的位置，圍繞該節(jié)點形成了以“人工智能課程”“人工智能”“教學(xué)改革”“核心素養(yǎng)”“信息技術(shù)”及“項目式學(xué)習(xí)”為核心的結(jié)構(gòu)主體。此結(jié)構(gòu)主體可反映出：①就節(jié)點大小來看，除“人工智能教育”這一檢索詞外，“人工智能課程”“人工智能”“項目式學(xué)習(xí)”“核心素養(yǎng)”等關(guān)鍵詞節(jié)點較大，是人工智能課程研究的熱點話題，這與高頻關(guān)鍵詞分析的結(jié)構(gòu)基本吻合；②就節(jié)點之間的關(guān)系來看，“人工智能教育”與“人工智能課程”“人工智能”“教學(xué)方法”“教學(xué)改革”的距離最近，關(guān)系最密切，說明我國基礎(chǔ)教育的人工智能課程正在施行教學(xué)改革，探究新的教學(xué)模式成為當(dāng)前研究關(guān)注的重點；③就整個社會網(wǎng)絡(luò)圖譜而言，“人工智能應(yīng)用”“課程內(nèi)容”等關(guān)鍵詞處于邊緣位置，與其他關(guān)鍵詞的聯(lián)系較為松散，共現(xiàn)次數(shù)較少。

2.3 聚類分析

從社會網(wǎng)絡(luò)分析可以看出高頻關(guān)鍵詞在網(wǎng)絡(luò)中的地位及關(guān)鍵詞之間的關(guān)系，為了進一步了解人工智能課程研究的主題，本文還進行了聚類分析。聚類分析是利用聚類的統(tǒng)計學(xué)方法，把關(guān)系緊密的關(guān)鍵詞聚集在一起形成聚類團。生成得系統(tǒng)聚類分析樹狀圖如圖2所示。

2.4 多維尺度分析

聚類分析可以揭示出當(dāng)前人工智能課程的研究主題，為了進一步了解研究主題所處的位置、聯(lián)系以及人工智能課程發(fā)展的趨勢，本文還利用多維尺度分析揭示了各關(guān)鍵詞的空間關(guān)系，得到人工智能課程研究熱點知識圖譜，如圖3所示。

3 研究熱點分析

根據(jù)圖2所示的人工智能課程系統(tǒng)聚類樹狀圖，結(jié)合高頻關(guān)鍵詞的多維尺度分析圖譜，總結(jié)出基礎(chǔ)教育人工智能課程的研究熱點主要包含以下三個方面，一是人工智能課程的課程建設(shè)研究；二是人工智能課程的教學(xué)策略研究；三是人工智能課程的教學(xué)實踐研究。

3.1 基礎(chǔ)教育中人工智能課程的課程建設(shè)

該主題主要涉及人工智能、課程建設(shè)、課程開發(fā)等核心概念。關(guān)于人工智能的概念，目前國內(nèi)外學(xué)者還沒有一個統(tǒng)一的界定。世界上公認(rèn)的“人工智能”起源于1956年的達特茅斯會議，在這場會議中克勞德·香農(nóng)等首次提出了“人工智能”的概念［8］。而我國人工智能學(xué)會理事長李德毅院士對人工智能做出了較為詳細的界定，他認(rèn)為人工智能是探究人類智能活動的機制和規(guī)律，使用人類智能行為的方法、理論所構(gòu)建的，能模仿人類行為的智能系統(tǒng)［9］。根據(jù)人工智能的定義可知，其核心要素是“智能”，基于此，如何在中小學(xué)開展人工智能課程，學(xué)界展開了積極的探索。周建華等［10］從課程目標(biāo)、課程體系、課程、課程資源建設(shè)等方面提出了實施策略，以期推動我國中小學(xué)人工智能教育的發(fā)展。張聰品等［11］對信息技術(shù)課中的《人工智能初步》模塊進行了教材分析，表明該教材有益于培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)。課程與教材都是人工智能學(xué)習(xí)的載體，在教學(xué)過程中離不開方法論的指導(dǎo)，安富海［12］就人工智能時代的教學(xué)論進行了探討，強調(diào)教學(xué)中要堅守專業(yè)立場，不要受“技術(shù)為王”的思潮影響。理論為實踐指明了方向，教學(xué)理論的明確為人工智能課程的實踐鋪開了道路，因此該方向也是研究人員展開研究的一個趨勢。

3.2 基礎(chǔ)教育中人工智能課程的教學(xué)策略研究

該主題包括中小學(xué)信息技術(shù)教育、教學(xué)設(shè)計、項目式學(xué)習(xí)等關(guān)鍵詞，主要探討人工智能課程的現(xiàn)狀，課程開設(shè)的模式及課程開設(shè)的效果等。從學(xué)段來看，在基礎(chǔ)教育中人工智能課程主要開設(shè)于中小學(xué)教育中，幼兒教育鮮少涉及。在學(xué)科分布上，人工智能課程主要與信息技術(shù)課程相結(jié)合進行教學(xué)，其他學(xué)科并未融入其中。從高頻關(guān)鍵詞來看，人工智能課程在教學(xué)改革方面的研究最為廣泛。從研究的具體內(nèi)容來看，人工智能課程的教學(xué)模式研究是研究者關(guān)注的重點。合適的教學(xué)模式能夠推動人工智能課程的發(fā)展，在人工智能與教育中搭建起一座橋梁。趙佳［13］以百度AI平臺為基礎(chǔ)結(jié)合新的教學(xué)理念，解決了傳統(tǒng)人工智能課程教學(xué)模式中學(xué)生學(xué)習(xí)積極性不高、師生互動少、學(xué)生實踐能力得不到提升等問題，構(gòu)建了新的人才培養(yǎng)模式，并進行了實證研究，結(jié)果表明百度AI平臺在教學(xué)中的應(yīng)用提高了人工智能課程的教學(xué)效率，激起了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性與積極性。教學(xué)模式在人工智能課程中的地位與作用是不可否認(rèn)的，但其應(yīng)用效果需在實際的教學(xué)過程中加以驗證，可采用定性分析和定量分析，定性分析可通過訪談等方法來檢驗教學(xué)模式在人工智能課程中實施的效果，并根據(jù)結(jié)果對教學(xué)模式進行相應(yīng)的調(diào)整。定量分析則可使用問卷的方式對實驗結(jié)果進行量化分析，直觀地反映出教學(xué)模式中存在的不足，對教學(xué)模式進行修改，為以后人工智能課程的教學(xué)研究提供參考。

3.3 基礎(chǔ)教育中人工智能課程的教學(xué)實踐研究

該主題包括教學(xué)改革、教學(xué)內(nèi)容、人工智能技術(shù)、教學(xué)實踐等關(guān)鍵詞，主要探討人工智能課程內(nèi)容及其實施效果等。課程教學(xué)離不開規(guī)劃設(shè)計和教學(xué)實施兩個過程。研究者嘗試從不同視角對人工智能課程展開理論與實踐研究，有的研究者從微觀視角展開了人工智能課程的設(shè)計和實踐，有的研究者從宏觀視角構(gòu)建了人工智能課程群。王本陸等［14］在深入了解人工智能技術(shù)的內(nèi)涵之后從課程目標(biāo)、課程內(nèi)容、教學(xué)體系三方面對中小學(xué)人工智能課程做出了規(guī)劃，開發(fā)了“基于人工智能和大數(shù)據(jù)的青少年創(chuàng)新素質(zhì)測評系統(tǒng)及AI教學(xué)技術(shù)平臺”，并在中小學(xué)展開了人工智能課程的實踐，結(jié)果表明學(xué)生在解決問題的過程中得到了跨學(xué)科知識的學(xué)習(xí)，創(chuàng)造力也有所增強。柳棟等［15］從人工智能本體出發(fā)，構(gòu)建了一種人工智能課程群的開放式跨領(lǐng)域框架，突破了單一的實施路徑，發(fā)揮了人工智能基礎(chǔ)性、跨越性的特征。需要注意的是，人工智能課程的內(nèi)容還需建立在人工智能概念本位的基礎(chǔ)上，做好合適的、具有針對性的規(guī)劃設(shè)計，才能確保人工智能課程教學(xué)的科學(xué)性和有效性。而人工智能課程教學(xué)也豐富了學(xué)生的學(xué)習(xí)生活，增強了學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗，學(xué)生接觸前沿的知識并學(xué)習(xí)，拓寬了他們未來生活和工作的道路。

4 結(jié)語

總體來看，當(dāng)前我國基礎(chǔ)教育中人工智能課程的研究主要集中在人工智能課程的課程建設(shè)、人工智能課程的教學(xué)策略、人工智能課程的教學(xué)實踐，未來人工智能課程的研究要關(guān)注以下三個方面。

（1）人工智能教育理論的豐富與完善。理論研究是每個研究領(lǐng)域的研究基礎(chǔ)，但隨著理論研究的火熱進行，研究總體處于較低水平，深度和廣度有所缺乏，概念混淆不清等問題也逐漸浮出水面。總體而言，我國人工智能課程的研究尚處于起步階段，很多理論框架的建構(gòu)還有待驗證。后續(xù)，應(yīng)借鑒國外的研究成果，在國外研究的基礎(chǔ)上，厘清相關(guān)概念，從宏觀上結(jié)合政府、學(xué)校、企業(yè)等多角度，探索人工智能與教學(xué)相融合的路徑。

（2）人工智能課程建設(shè)的優(yōu)化與普及。高新技術(shù)是提高國際競爭力的關(guān)鍵，人工智能作為高新技術(shù)中的前沿，是我國培養(yǎng)創(chuàng)新復(fù)合型人才的重要保障。目前，基礎(chǔ)教育人工智能課程的建設(shè)逐漸受到重視，但文獻的質(zhì)量較低，核心及核心以上期刊發(fā)文量較少。后續(xù)研究應(yīng)立足實際，結(jié)合各地區(qū)學(xué)校、班級的實際情況，采用VR、創(chuàng)客等多種手段，優(yōu)化人工智能課程的建設(shè)，并向全國中小學(xué)進行普及。這也需要師范高校開設(shè)專門的人工智能專業(yè)，培養(yǎng)具有智能素養(yǎng)的教師，加快人工智能課程的普及。

（3）人工智能教育平臺的開發(fā)與應(yīng)用。人工智能技術(shù)正深入到中小學(xué)教育教學(xué)實踐當(dāng)中，對我國現(xiàn)有的教育理念和教學(xué)模式產(chǎn)生了深遠的影響。其中，大數(shù)據(jù)、人工智能閱卷、語音輸入、人機交互等在教育教學(xué)中的應(yīng)用有效地減輕了教師的教學(xué)負擔(dān)，學(xué)生的學(xué)習(xí)倦怠等問題。在實踐中，應(yīng)對應(yīng)具體問題使用人工智能技術(shù)開發(fā)出相應(yīng)的應(yīng)用，切實解決教學(xué)實踐中的問題，提高教學(xué)效率，真正實現(xiàn)人工智能時代的教與學(xué)。