摘 要：OBE是一種以學生為本的教育理念，有助于學習者高質量參與教學活動。文章在OBE視域下構建了高中人工智能教學框架，并選取我國G省X高中開展兩輪迭代教學應用，利用準實驗研究法探究了OBE視域下的高中人工智能教學活動框架的應用效果。研究結果表明，OBE視域下的高中人工智能教學與傳統(tǒng)教學相比，學生的學習興趣、動機、信心、知識水平、核心素養(yǎng)、問題解決能力得到了顯著提升。

關鍵詞：高中人工智能教學；OBE；教學活動框架

中圖分類號：G4 文獻標志碼：A 文章編號：2096-0069（2024）06-0044-08

一、問題的提出

人工智能（Artificial Intelligence，簡稱AI）作為引領未來的戰(zhàn)略性技術，正推動人類社會向智能時代邁進，有助于培養(yǎng)掌握顛覆性技術的創(chuàng)新型人才，為現代化強國建設贏得人才先機[1]。當前，人工智能教學主要包含在其他課程中使用人工智能技術進行教學和在專門的課程中以人工智能為內容進行教學兩層含義[2]。我國部分高中已在信息技術課程中以人工智能相關知識技能為內容開展教學，但未達到貼近學生、貼近生活、由易到難的標準[3]；部分學校硬件設備總體情況較好，但仍存在相應教學軟件及資源較為稀缺[4]、教學活動設計較隨意、重理論輕實踐、缺乏可借鑒的典型教學案例等問題。成果導向教育（Outcome-based Education，簡稱OBE）理念強調發(fā)揮學習者的主動性，重視教學活動與真實生活需求和經驗的聯結等相關內涵[5]，對提高高中人工智能教學活動效果具有一定的啟示。本研究將嘗試在OBE視域下構建高中人工智能教學活動框架，并在課堂中開展應用實踐和效果檢驗，從而為高中人工智能教學革新提供理論支持及實踐參考，以期助力“數字中國”戰(zhàn)略的推進。

二、研究基礎

為促進人工智能教學活動的開展，研究者從整體上提出了包含課程目標、課程內容、教師培養(yǎng)、教育服務的中小學人工智能教學實施框架[6]，依托項目式教學模式、STEM教學模式等構建了“人工智能+X”跨學科融合教學活動框架[7]，以及“知識建構、STEM、創(chuàng)客”三位一體教學活動模型等[8]。項目式教學模式能發(fā)揮學生主動性和合作精神，STEM教學模式適用于實操教學，人工智能教學同時包含實操教學和理論教學。項目式教學和STEM教學雖然值得人工智能教學借鑒，但兩者與人工智能教學并不能等同。此外，將人工智能與STEM教學整合是否會導致學生認知負荷過載尚不明確。雖然已有研究對人工智能教學活動框架的設計具有很好的借鑒作用，但仍存在缺少對學生學習成果的關注、缺乏實踐支撐、可操作性不強等問題，未能較好地促進我國高中人工智能教學。

21世紀以來，OBE理念已在國外教育領域、國內工程教育領域中得到廣泛應用。OBE作為一種人才培養(yǎng)的理論框架，具有成果明確、關注學生、能夠充分發(fā)揮學生的主觀能動性、促進教學不斷改進等優(yōu)點，能幫助增強學生的內在驅動力，為解決我國高中人工智能教學困境提供了思路和方法。因此，本研究將結合高中信息技術學科中人才培養(yǎng)的新目標，在OBE視域下構建適合我國高中階段人工智能教學的活動框架，以期為推動高中人工智能教學革新提供參考和借鑒。

三、OBE視域下高中人工智能教學活動框架設計

（一）設計原則

1.以學生為主體，制定能力和素質提升目標

OBE理念強調以學生為中心，最大限度地激發(fā)學習者的動機，在對學生學習需求反思與分析的基礎上進行教學設計[9]。OBE視域下的高中人工智能教學活動框架應以學生為中心，依據學生最終應具備的能力和素質來制定教學目標；以預期成果作為出發(fā)點，設計貼近學生生活的活動任務；在有限的課時內，最大限度地激發(fā)學生的動機與潛能，引導學生在成果實現過程中解決問題，促進學生的學科核心素養(yǎng)與問題解決能力的提升。

2.以成果為導向，明確活動設計

OBE理念提倡為學而教，強調教學活動服務于教學目標，增強學生在教學過程中獲得的主體體驗。OBE視域下的高中人工智能教學活動框架應以學習成果為導向，設計明確且系統(tǒng)的活動，促進高中生在人工智能學習活動中獲得更多的主體體驗，進行實際操作訓練，提升學生的核心素養(yǎng)，成功實現預期教學目標。

3.以反饋為途徑，改進溝通交流效果

持續(xù)改進是OBE理念的核心思想之一，強調指導和促進學生提升獨立思考、交流合作、問題探究和實踐應用等能力，關注每位學生的學習反饋，并對學生的學習成果更為包容。OBE視域下的高中人工智能教學活動框架應強調反饋與改進，以反饋為引導，加強師生、生生之間的交流，使學生不斷地將自己的學習情況與活動情境中的目標成果相對照，持續(xù)改進課堂產出，促進學生能夠達到最佳的學習效果。

（二）框架內涵

針對當前高中人工智能教學存在的問題和不足，本研究基于OBE構建高中人工智能教學活動框架（見下頁圖1），具體包括以下環(huán)節(jié)：（1）明確成果。教師設計課前測試題，對學生進行課前測試，根據前測的結果、課程標準及教學重難點等，與學生共同明確預期教學成果。（2）實現成果。首先，依據評估結果對學生精準分組；接著，創(chuàng)設貼近學生生活的活動情境，帶領學生融入情境，引出新課，講解知識點，闡明任務；隨后，引導學生拆解任務，依次進行個人體驗學習、分組協作學習，利用編程工具創(chuàng)作作品，完成學習任務單。（3）評價成果。學生展示、匯報成果，師生評價交流，總結反思。（4）學生填寫問卷，師生共同找出不足與問題，并進行改進，完善教學實踐活動，強化學生所學的知識內容，不斷迭代教學效果。

（三）活動設計

1.教師活動

教師在OBE視域下的高中人工智能教學活動中起引導作用，是教學的主導者，需要完成以下活動：（1）為學生設計課前測試，引導學生完成自測，明確總體教學目標；（2）組織學生劃分小組，按小組就坐，為小組活動做準備；（3）創(chuàng)設教學活動情境引入新課，引導學生補充學習任務單中的目標成果，利用學習任務單布置活動任務；（4）帶領學生分解任務、選擇活動進行體驗，并在不同階段講解知識點，引導學生進行小組作品創(chuàng)作；（5）回收學習任務單，組織學生展示學習成果，進行評價交流；（6）分析成果，帶領學生總結所學內容，并發(fā)放教學情況問卷，結合數據進行反思，迭代提高。

2.學生活動

學生是OBE視域下的高中人工智能教學活動的主體，需要完成以下活動：（1）登錄課堂管理系統(tǒng)，使用人工智能測試題進行自測，明確總體教學成果；（2）加入分組，確定組號；（3）在教師的引導下進入教學活動情境，并補充學習任務單中的具體目標成果，了解學習任務；（4）選擇任務并體驗AI應用，在教師的講解下深入了解知識點，小組協作制作作品，并解決制作過程中的問題；（5）展示匯報小組制作的AI應用，提交學習任務單；（6）自我反思，完善作品，總結所學內容，并填寫評價問卷。

四、OBE視域下高中人工智能教學活動框架的迭代應用

（一）研究目標

為驗證OBE視域下的高中人工智能教學活動框架的合理性，本研究將在真實教學情境中進行框架的實踐應用，并基于應用效果對框架進行修正，獲得正確的結論與啟示。

（二）研究對象

本研究選取我國G省X高中高一年級4個班的學生為研究對象。前期調查發(fā)現，該校目前人工智能教學活動較繁雜且偏理論，體驗、實踐、協作活動較缺乏，學生對人工智能的興趣不足，問題解決能力較差。為進一步了解研究對象，本研究使用與該校多名高中信息技術授課教師共同編制的“人工智能基礎知識測試題”，對研究對象進行了前測，具體情況如表1所示（見下頁）。第一輪隨機指定的實驗組A班與控制組B班，學生的人工智能基礎知識水平無顯著性差異（p=0.83，pgt;0.05）。第二輪隨機指定的實驗組C班與控制組D班，學生的人工智能基礎知識水平無顯著性差異（p=0.50，pgt;0.05）。進一步分析發(fā)現，超過60%的學生對人工智能的相關知識與應用了解程度較低。同時，該年級學生有Python語言學習經驗但整體基礎較薄弱，故本課的活動成果設定以學生實際知識水平為基礎。

（三）研究假設

本研究的自變量為教學模式，因變量為高中生人工智能教學效果，包括學生的學習興趣、動機、信心、知識水平、核心素養(yǎng)、問題解決能力等，同時控制任課教師、課時量等無關變量。結合研究目標和文獻梳理，提出以下兩個假設。

H1：OBE視域下的高中人工智能教學與傳統(tǒng)教學相比，學生的學習興趣、動機、信心、知識水平顯著提升。

H2：OBE視域下的高中人工智能教學與傳統(tǒng)教學相比，學生的核心素養(yǎng)、問題解決能力顯著提升。

（四）研究工具

為探索OBE視域下高中人工智能教學活動框架對學習效果的影響，使用“人工智能基礎知識測試題”和“教學效果調查問卷”進行測試與調查。（1）測試題由研究助理與該校多名高中信息技術授課教師共同研討編制，分為選擇題、填空題和開放題，用于前后測；（2）調查問卷包括學生的學習興趣、滿意度、核心素養(yǎng)、問題解決能力等6個維度，其中，學習興趣、滿意度題項參考ARCS量表[10]，核心素養(yǎng)題項基于信息意識、計算思維、數字化學習與創(chuàng)新、社會責任4個維度設置。問卷采用李克特5點式計分，信度檢驗的Cronbach’s α值為0.909，效度檢驗的KMO值為0.877，說明問卷的信、效度良好[11]。

（五）研究過程

本研究中的教材選用普通高中教科書《信息技術》（必修1），以及《人工智能（高中版）》。研究助理與研究對象所在學校的任課教師共同編制教學PPT、學習任務單，并借助課堂管理系統(tǒng)、編程貓源編輯器等教學工具，進行了為期半個月的教學，每班的教學時長均為兩個課時。

1.第一輪教學實施

實驗組具體教學活動如下：（1）明確成果。教師根據課前分析，與學生共同明確教學成果，闡明學習任務單上的任務內容。（2）實現成果。教師創(chuàng)設學習情境“人工智能之旅”，學生通過辨認動物園中的動物活動進入旅游情境，引出新課。完成第一站“知識補給站”中的人工智能介紹之后，教師引導學生拆解任務，進入第二站“智能體驗站”，選擇活動體驗學習，匯報人工智能的作用與影響。然后，基于體驗，在第三站“頭腦風暴站”中辯論人工智能的弊端。接著，在第四站“實踐感知站”中協作學習，制作“人臉識別”系統(tǒng)。（3）評價成果。小組展示“人臉識別”系統(tǒng)、匯報成果，師生評價交流，總結成果。最后，在此基礎上進行迭代提升，在第五站“風景延伸站”進行隨堂練習、學生自我評價，改進作品，完善教學實踐活動。

第一輪教學結束后，與學生、授課教師訪談，并分別對實驗組A班和控制組B班的學生使用“人工智能基礎知識測試題”進行后測，以及用“教學效果調查問卷”進行調查，發(fā)現存在以下問題：（1）學生在分組合作時較為混亂，影響合作進度。（2）制作“人臉識別”系統(tǒng)時，部分學生跟不上進度，在操作上存在困難。（3）在小組中，學生的動手能力參差不齊，少數學生能力較強，但不愿意參與組內討論。（4）教師在學生動手操作的過程中穿插知識點的講解，會打斷學生的思路，導致部分學生出現不認真聽講的抗拒現象。基于受訪學生、授課教師的建議，針對OBE視域下的高中人工智能教學活動框架在運用中存在的問題作以下改進：（1）每組學生選出1名小組長，促進組內成員的協作。（2）在學生動手操作制作“人臉識別”系統(tǒng)時，為學生提供學習支架，例如提供教學視頻。（3）教師可邀請能力較強的學生擔當教學小助手，在班內巡視，幫助有問題的小組解決技術問題。（4）教師在學生進行實操前，先對相關知識點作講解。

2.第二輪教學實施

第二輪教學針對實驗組C班和控制組D班的學生展開。在教學中，授課教師按照第一輪教學的改進策略，作了明確小組長、提供學習支架等方面的改進，提高了學生完成學習任務的效率。教學實驗結束后，研究助理對學生、授課教師進行了訪談，并分別對兩班學生使用“人工智能基礎知識測試題”進行后測，以及用“教學效果調查問卷”進行調查。接著，針對訪談資料和調查數據進行分析，探究OBE視域下的高中人工智能教學活動框架在教學實踐中的實際應用效果。

基于OBE視域下的高中人工智能教學活動框架在應用過程中出現的問題與改進策略，本研究對初構的框架進行了修正。針對“實現成果”環(huán)節(jié)的教師活動作出以下修改（見圖2）：（1）在教師“設置任務”之后，增加“知識點講解”；（2）在“任務分解”之后，增加“提供學習支架”。

（六）研究結果

1.學生的學習興趣、動機、信心、知識水平顯著提升

運用SPSS軟件對實驗組和控制組學生的學習興趣、動機、信心、知識水平進行獨立樣本t檢驗，結果如表2所示。實驗組的平均值均高于控制組，且plt;0.01，存在顯著差異。同時，受訪師生表示實驗組的學生注意力更集中、學習興趣更濃、師生互動增加，課堂氛圍變得輕松愉悅。此外，為進一步了解教學前后學生的變化情況，運用SPSS進行配對樣本t檢驗，發(fā)現實驗組學生的學習興趣、學習動機、學習信心均顯著提升，存在顯著差異（plt;0.01），而控制組學生的學習興趣、學習動機、信心在教學前后不存在顯著差異（p值均大于0.05）。綜上所述，OBE視域下的高中人工智能教學與傳統(tǒng)教學相比，學生的學習興趣、動機、信心、相關知識水平得到了顯著提升，假設H1成立。

2.學生的核心素養(yǎng)、問題解決能力顯著提升

對實驗組和控制組學生的核心素養(yǎng)進行獨立樣本t檢驗，結果如表3所示。實驗組的信息意識、計算思維、數字化學習與創(chuàng)新、社會責任4個維度的平均值均高于控制組，且plt;0.01，這表明4個維度均存在顯著差異。其中，在計算思維上表現最為優(yōu)異，平均值為4.64（滿分5.00）。本研究對計算思維實踐各要素前后測的均值進行了比較，發(fā)現實驗組學生的信息意識、計算思維、數字化學習與創(chuàng)新、社會責任的前后測結果呈現出顯著差異（plt;0.01），而控制組學生的核心素養(yǎng)在教學前后不存在顯著差異（p均大于0.05）?？梢?，通過OBE視域下高中人工智能教學活動框架下的教學，學生的核心素養(yǎng)得到了顯著提升，在計算思維、社會責任兩個要素上的表現尤為明顯。

由表4可知，實驗組學生的問題解決能力、學習滿意度均高于控制組，且具有顯著差異（plt;0.01），與傳統(tǒng)教學模式相比，學生更愿意接受OBE視域下高中人工智能教學活動框架下的教學，學生、授課教師均對此教學活動框架持肯定態(tài)度。此外，對同一組學生教學前后的問題解決能力、學習滿意度進行比較發(fā)現，實驗組學生的問題解決能力的前后測結果呈現出顯著差異。由此可見，OBE視域下高中人工智能教學活動框架下的教學，顯著提升了學生的核心素養(yǎng)與問題解決能力，故假設H2成立。

五、研究討論與小結

（一）研究討論

1.OBE視域下的高中人工智能教學活動框架應用效果

本研究設計了OBE視域下的高中人工智能教學活動框架，并開展兩輪迭代應用。準實驗研究結果表明，OBE視域下的高中人工智能教學與傳統(tǒng)教學相比，不僅學生的學習興趣、動機、信心、知識水平顯著提升，核心素養(yǎng)、問題解決能力、學習滿意度也顯著提升。本研究中的預期教學成果由師生共同制定，學生可自主選擇體驗活動和確定具體的預期成果，以此提升學生的學習動機與信心。本研究的教學活動既包含教師的理論講解，也包含學生的實際應用操作訓練，學生既能“學懂”，也能“做出”，在動手完成學習任務的過程中，將獨立的知識節(jié)點進行聯結，形成相應的認知網絡。除了關注學生知識水平的提升，本研究還關注學生學科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，在活動設計中更加注重培養(yǎng)學生的遷移能力，使學生在參與實操性、邏輯性的教學活動過程中，不斷對目標成果進行系統(tǒng)思考、設計、編程實現。

2.OBE對高中人工智能教學的支持作用

本研究充分發(fā)揮了OBE教育理念的關注學生、成果導向等內涵對高中人工智能教學的重要支持作用。（1）以學生為主體，以成果為導向。本研究設計的教學活動框架凸顯了OBE理念對學生的關注，結合學生情況與生活實際，打造以學生為中心、師生高質量參與的課堂。本研究以學生自身的學習、生活經驗為基礎創(chuàng)設教學活動情境，做到教學活動以學生為主體；同時，運用教材之外的人工智能應用資源及編程工具，幫助學生形成以成果為導向的學習意識。（2）發(fā)揮學生自主性，高效實現成果。在實現成果的過程中，OBE理念關注實踐性與自主性，在個人活動時，讓學生自主選擇體驗活動，在體驗中理解、歸納人工智能的相關作用與影響；在小組活動時，讓學生互助完成學習成果，效率較高。此外，本研究設計的活動框架讓學生無課前負擔，僅需在課中高效地完成學習任務單并提交。（3）以反饋促提升，溝通交流迭代成長。在評價方式上，通過師生反饋來保證教學活動不偏離目標，同時能激發(fā)學生的表達欲望。在評價內容上，除了對學生的核心素養(yǎng)較關注，還關注學生的問題解決能力。在評價工具上，本研究中的評價活動無須特殊評價的工具，僅使用問卷星工具及課堂管理系統(tǒng)。

3.OBE視域下的高中人工智能教學活動建議

結合教學活動實踐，本研究提出以下幾點建議：（1）制定明確且有引導性的學習目標。高中人工智能傳統(tǒng)教學容易使學生對學習目的感到迷茫，而運用OBE視域下的高中人工智能教學活動框架進行教學時，師生共同制定明確、具體的學習目標，在具體活動中為實現學習成果共同努力。（2）設計以學生為中心的趣味性活動。教師在設計高中人工智能教學活動時，可參考本研究提出的教學活動框架及應用案例，以學生的知識水平與經驗為基礎，設計系統(tǒng)性和趣味性的教學活動，營造輕松愉悅的教學氛圍，點燃學生對人工智能的學習熱情。（3）給予學生實操機會和及時反饋。教師使用OBE視域下的高中人工智能教學活動框架進行教學，應給學生更多的動手實踐機會，使學生在體驗中加深對相關內容的理解，在實際操作中形成知識網絡，并提升自身解決問題的能力。此外，教師要在教學中給予學生及時的評價反饋，使學生在溝通交流中成長，幫助學生在反饋中不斷改進學習策略，促進學習目標的實現。

（二）研究小結

本研究構建了OBE視域下的高中人工智能教學活動框架，并進行了框架應用效果的檢驗，為高中人工智能的一線教學提供了參考和借鑒，但仍存在一定的局限性。第一，本研究只對某省的一所高中進行了實踐，樣本量較小，具有較強的個案特征。今后將逐漸擴大樣本量，增加對活動框架的實際運用，使研究成果的普適性得到提高。第二，在教學中只是讓學生體驗了部分人工智能的相關技術應用，今后將繼續(xù)進行探索與優(yōu)化，致力于探尋可操作性強、更具系統(tǒng)性和趣味性的人工智能教學活動，以期更好地幫助提升高中人工智能教學效果，為一線教師教學提供可參考和借鑒的案例，助力我國高中人工智能教學發(fā)展，為國家培養(yǎng)更多的數字化人才，推進“數字中國”戰(zhàn)略的實施。

參考文獻

[1] 關裕平.為世界數字教育貢獻中國智慧[N].光明日報，2023-02-14（8）.

[2] 方圓媛，黃旭光.中小學人工智能教育：學什么，怎么教：來自“美國K-12人工智能教育行動”的啟示[J].中國電化教育，2020（10）：32-39.

[3] MARKAUSKAITE" L， MARRONE R， POQUET O， et al. Rethinking the Entwinement between artificial intelligence and human learning： what capabilities do learners need for a world with AI？[J].Computers and Education： Artificial Intelligence，2022（1）：100056.

[4] 張志新，杜慧，高露，等.發(fā)達地區(qū)中小學人工智能課程建設現狀、問題與對策：以某“新一線”城市為例探討[J].中國電化教育，2020（9）：40-49.

[5] SPADY W G， MARSHALL K J. Beyond traditional outcome-based education[J]. Educational Leadership，1991，49（2）：65-74.

[6] 張丹，崔光佐.中小學階段的人工智能教育研究[J].現代教育技術，2020，30（1）：39-44.

[7] 梁云真，劉瑞星，高思圓.中小學“人工智能+X”跨學科融合教學：理論框架與實踐策略[J].電化教育研究，2022，43（10）：94-101.

[8] 丁美榮，王同聚.人工智能教學中“知識建構、STEM、創(chuàng)客”三位一體教學模型的設計與應用[J].電化教育研究，2021，42（4）：108-114.

[9] 張男星，張煉，王新鳳，等.理解OBE：起源、核心與實踐邊界：兼議專業(yè)教育的范式轉變[J].高等工程教育研究，2020（3）：109-115.

[10] KELLER J M. Motivational design for learning and performance[M].Berlin： Springer US，2010.

[11] SPSSAU教程03：信效度分析指標解讀[EB/OL].（2019-03-08）[2023-07-02].http：//zhuanlan.zhihu.com/p/59634791.

（責任編輯 孫興麗）

Framework and Application of AI-Based Teaching Activities in High Schools Under OBE Perspective

Zhang Ni， Xie Linyi

（School of Education， Guizhou Normal University， Guiyang， Guizhou， China 550025）

Abstract： OBE is a student-centered education concept that helps learners participate in teaching activities with high quality. The article constructs a framework for high school AI teaching under the OBE perspective， and selects X high school in G province in western China to carry out two rounds of iterative teaching application， and uses quasi-experimental research method to explore the application effect of this framework. The results of the study show that high school AI teaching under the OBE perspective， compared with traditional teaching， significantly improves students’ learning interest， motivation， confidence， knowledge level， core literacy， and problem-solving ability.

Key words：" High school AI teaching; OBE; Teaching activity framework

基金項目：國家自然科學基金項目“人工智能助力鄉(xiāng)村教師新型研修模式構建及應用策略研究”（72164004）；貴州省高校人文社會科學研究項目“貴州城鄉(xiāng)融合背景下鄉(xiāng)村教育研究” （2024RW252）

作者簡介：張妮（1982— ），女，廣西南寧人，博士，教授、碩士生導師，研究方向為人工智能和教育教學融合創(chuàng)新；謝林易（1998— ），女，貴州惠水人，碩士研究生，研究方向為人工智能和教育教學融合創(chuàng)新。