人工智能教育資源建設： 基于“連接學習”教育資源庫的探析

摘? ?要：隨著諸多技術走進學校課堂，人工智能也逐漸受到教育工作者的重視。為了使人工智能在教育領域發揮最大的作用，聯合國教科文組織及許多國家的教育平臺對人工智能的相關資源進行了開發與匯總。文章主要聚焦當前面向K-12教育階段的“連接學習”人工智能教育資源庫，對資源庫中的內容從基礎知識、技術的應用與實踐兩方面進行闡述，結合當前我國人工智能教育資源的建設現狀進行分析并提出三點建議，以期為我國相關教育研究提供一定參考。

關鍵詞：人工智能 教育資源 K-12教育

一、引言

從教育技術的角度回顧，教育發展史可以看作是教育學者不斷探索各時代新興技術與教育相結合的歷史，各類技術的特點不同，和教育的適配度不同，在教育中的應用方式和程度也不同。以前的廣播、電視教學已無法滿足學習者的多樣學習需求，學習者希望更便捷地獲取更豐富的知識。在近些年出現的諸多新興技術中，人工智能（AI）因其可應用的范圍廣泛、技術發展更新迅速、能夠借助互聯網力量獲得諸多資源等優勢，在教育領域得以快速開發應用。從目前來看，人工智能為教育領域帶來了一些影響，其在教學中的應用種類頗多，如在課堂內為學生提供個性化的教學服務，在課后根據學生的學習進度提供相應的輔助資料，為成人學習者提供專業化的輔導。

聯合國教科文組織（UNESCO）一直致力于研究人工智能在教育領域的應用，尤其是在人工智能教育資源開發方面，收集各國教育部或人工智能研發中心開發的教育平臺或程序等并進行推廣，對各國開發的人工智能教育程序授予獎項，期望各國能夠使用人工智能算法改善教學[1][2]。UNESCO認為，學生如果能夠了解人工智能的含義、掌握人工智能相關知識和技能，那么在今后的信息化教學中就能夠更快地適應學習方法的轉變。為此，UNESCO與愛立信公司于2020年5月共同推出了面向K-12教育階段所有教育工作者和學生的“連接學習”（Connect to Learn）人工智能教育資源庫，旨在集成各類人工智能教育平臺和工具，方便學生使用人工智能技術進行學習探索，提升教師信息素養、為課堂注入活力[3]。本文重點對該資源庫進行匯總分類，以期幫助我國教育工作者了解與人工智能相關的教育資源建設現狀，方便教師在該資源庫中快速找到所需資源，為未來教育變革做準備。

二、“連接學習”人工智能

教育資源庫的結構與內容

國內外現有教育資源庫種類繁多，需了解其定位才能更好地為師生服務。數字化或信息化教育資源庫的建設重點在于依托技術手段，對各類資源進行數字開發或轉化，并在在線環境下進行存儲和使用[4]。從技術的角度來看，現有的人工智能教育資源庫的建設理念與數字化或信息化教育資源庫建設理念相同，各類人工智能知識、依托人工智能技術開發或教授人工智能技術的應用程序同樣以數字化的方式存儲使用;但從資源庫的內容角度來看，數字化或信息化教育資源庫包含了各教育階段、各學科乃至終身學習的內容，人工智能教育資源庫隸屬于數字化或信息化教育資源庫，但更加聚焦，其知識領域有著明確的界限。

“連接學習”人工智能教育資源庫以人工智能為核心，向機器學習、編程、神經網絡等其他與人工智能密切相關的概念擴散。目前，“連接學習”人工智能教育資源庫包含多種語言，并向教育工作者和學生免費開放，每種語言的資源內容、形式以及教育目的各不相同，形式大致包括視頻、平臺、文檔、軟件或程序、集成性平臺五大類。建設此人工智能教育資源庫的主要目的是為學校師生提供幫助，便于教師在深入理解人工智能的含義和工作方式的前提下，使用技術提升教學質量;教師在課堂中應用人工智能技術以不同的呈現方式講解課程內容，學生也能夠通過不同的途徑學習人工智能知識，并將其轉換為實用的技能，實現知識架構的自主建設。如果按學習過程進行結構劃分，該教育資源庫大致可以分為人工智能的含義及基本原理等基礎知識、人工智能技術的應用與實踐兩大類，前者可以作為后者學習的基礎，學習者在掌握基礎知識的前提下更好地開展實踐。目前該教育資源庫仍在持續地進行更新。

（一）人工智能相關基礎知識建設

對于教師和學生來說，應用的前提是理解，在使用人工智能技術進行課程開發或學習之前，首先最重要的就是理解人工智能的含義、技術的基本工作原理、相關的概念等，做好認知層面的知識架構。目前，“連接學習”人工智能教育資源庫關于基礎知識的介紹頗多，并以不同的形式提供，包括書籍、會議、科普視頻等。

其一，書籍。為了方便教育工作者和學生查找，多個學習平臺對教育資源進行了匯總，如資源庫中集成性的在線圖書館“達富爾”對人工智能領域阿拉伯語相關優質書籍進行了整理，學習者可以根據自己的需求選擇性閱讀。該圖書館中的人工智能在線書籍供讀者免費閱讀，且內容涉獵廣泛，如人工智能基本原理、與計算機結合下的知識與應用、相關爭議問題答疑以及人工智能各類分支技術的發展歷史，包括專家系統、神經網絡概述等，各類資源皆能夠幫助師生學習關于人工智能的各類知識[5]。其二，會議。各國召開的人工智能相關會議緊跟技術前沿，如歐洲互聯網專業學院（？魪cole Européenne des Métiers de l'Internet，l'EEMI）召開面向青少年的人工智能會議，重點介紹人工智能不同的發展階段、人工智能在不同領域的應用，并對未來的機遇和風險進行了詳述[6]。其三，科普視頻。簡短生動的科普視頻符合學生碎片化的學習習慣，也十分適合K-12教育階段學生的認知水平，是一個學習知識的良好渠道。法語資源平臺ClassCode發起“IAI項目”，通過視頻介紹明確界定了人工智能的定義，講解了人工智能和機器學習的原理以及在生活中的應用，并詳細說明了作為教育的工具，人工智能將如何促進教學的發展[7]。除學生以外，教師群體同樣需要面對龐大的人工智能知識資源庫，如何把握其在課堂中的應用界限十分重要。為此，UNESCO發布“思考人工智能倫理視頻”并提出，作為將人工智能技術引入課堂的人，教師在了解其透明運作機制的前提下才能更好地對學生負責，教師需要承擔技術的使用責任，更需要承擔技術與教學融合的責任。[8]

（二）人工智能應用與實踐建設

除基礎知識外，目前的人工智能教育資源庫多將建設重點放在技術的應用上，促使技術與教育的各個學科或領域相結合，開發出不同類別的人工智能程序或軟件，期望學習者能夠在實踐的過程中培養自己的技能。“連接學習”教育資源庫中包含的人工智能程序或教育平臺涉及多個主題，且適用于不同的年齡層次和認知水平。若從學習者的角度進行劃分，已有的程序或平臺又可以分為技術支撐的被動型人工智能應用和認知結構主導的主動型人工智能實踐，其中前者多以技術為主，學習者的思維隨著設定好的程序發展，而后者則將學習的主動權交予學習者，學習者可以使用技術自主決定自我學習與實踐的過程。不同的程序或平臺對于學習者的先前經驗要求不同，教育工作者在選擇時需要做多方面考慮。

1.技術支撐的被動型應用

被動型人工智能應用以技術為主，設定好既定的程序步驟后由技術引導學習者完成任務，學習者更多地是去理解程序提供的人工智能相關內容，其知識架構的過程較為被動。此類人工智能應用雖然涉及多個教育領域，但大多數內容較為淺顯，適合年紀較小、思維模式相對簡單的兒童，且多以游戲的方式出現，可以作為課堂教學的補充。

“連接學習”人工智能教育資源庫中的應用涉及音樂、繪畫等多個學科，如“快速涂鴉”這一款基于機器學習的游戲，該平臺具有中英兩個語言版本，學生根據提示繪制圖畫，平臺使用神經網絡技術猜測繪制的內容，且學生使用的次數越多，技術越完善。在繪制圖畫以及接受平臺反饋的過程中，學生能夠簡單地了解機器學習和神經網絡工作的原理[9]。在用于創作音樂的英文資源平臺MixLab中，學生首先觀看人工智能技術及其使用方式的科普視頻，然后通過語音告訴平臺自己需要的音樂和聲音，查看人工智能程序響應語音命令的結果，從而理解程序的運行原理[10]。類似的音樂創作平臺還有AI Duet，平臺使用機器學習技術、由神經網絡建立音符和時間圖，學生演奏虛擬音符以等待神經網絡的響應[11]。除了單一的學科，名為“AI還是人類”的法語資源平臺為學生提供了包括面部識別、腳本、文本、音樂以及四項隨機混合在內的五種游戲，每種游戲隨機出現人工智能技術生成的虛擬結果和生活中真實存在的事物，由參與者鑒定該事物屬于哪一種類，最終告知學生正確結果。開發該平臺的目的是通過輕松愉快的方式讓學生了解人工智能技術的應用原理[12]。可以看出，當下技術引導的人工智能教育應用多以娛樂為主，若要應用到正式的課堂教學中，還需要做進一步的改進，或作為課堂的補充，用于開發低年級學生的智力，起到活躍課堂氣氛的效果。

2.認知結構主導的主動型實踐

主動型實踐的目的是幫助學習者在“做中學”，從而自主構建認知結構，在多個技術模塊的支持下，學生使用不同的技術創建自己的項目。在此類教育程序或平臺中，人工智能已不再是學習的重點，最終的教學目標是學生使用技術創建并完成自己的人工智能項目和作品，使學生能夠借助平臺掌握人工智能的實用技能、促進自身發展。此類實踐平臺要求學生具備一定的知識基礎、能夠獨立自主地進行學習和思考，而現有的主動型實踐平臺多以編程為主，以美國麻省理工學院媒體實驗室（The MIT Media Lab）的Scratch項目為技術依托。在Scratch項目中，學生只需要拖動圖形化程序塊就可以設計內容不限的互動故事、游戲和動畫，以此使學生掌握自主編寫人工智能程序的能力。此外，Scratch項目還為教育工作者提供了“教育家指南”，幫助教師將項目引入課堂、設計創造性的課堂活動和策略。[13]

以Scratch項目為基礎，加拿大編程教育平臺KCJ提供了三種活動，目的是培養兒童使用編程解決現實生活中問題的能力。其一，KCJ平臺為教育工作者提供教育和培訓材料，以及探索和學習編程、計算機思維、人工智能等的教學工具，幫助教師將其融入到不同學科的課程中。其二，KCJ平臺為學生提供了各類研討會，與學生一起使用Scratch編程平臺制作有關于實際生活的視頻游戲，涉及藝術、科學、運動等多門學科。其三，為確保每個初學者都能夠有繼續學習和創造的場所，KCJ平臺在加拿大各省和各地區創建了免費的編碼俱樂部（Code Club），俱樂部采用基于挑戰的學習方式，學生使用平臺提供的學習材料并在導師的指導下完成動畫、游戲、網站制作等各類項目。[14]

三、對我國人工智能

教育資源庫建設的啟示與建議

（一）人工智能教育資源建設應符合布魯姆三維目標

人工智能包含多個分支，能夠在教育領域和多個學科進行交叉結合，因此目前面向K-12教育階段開發的人工智能教育資源種類繁多。以布魯姆的三維目標原則為依據，本文認為，“連接學習”人工智能教育資源庫在廣度上已經涉及到了認知、技能和情感三方面，相關基礎知識的學習讓學生對人工智能有了一個基礎的認識，三類資源的開發皆注重培養學習者的數字素養，也充分考慮到了學習者不同的認知水平，建構起一個整體框架。被動型人工智能應用以生動活潑的游戲模式讓學生能夠對人工智能產生興趣;主動型人工智能實踐則通過讓學生自主設計培養其應用技術的能力。我國在此方面雖然剛剛起步，但已經取得了不小的成效，如北京師范大學于2020年啟動的“青少年人工智能創新計劃”（元卓計劃），通過提供基礎啟蒙視頻并開展人工智能項目學習，培養青少年對于人工智能技術的興趣并幫助其掌握知識技能，該創新計劃也會將優質的人工智能算法案例轉化為符合學生認知水平的人工智能教育案例，供教育工作者在教學中使用[15]。“青少年人工智能創新計劃”專業化的理論講解結合生活化的實例展示，讓學習者多方面、多層次地理解人工智能的含義及其在生活中的應用實例，但目前此類教育資源的使用尚處于初始階段，更多地起到啟蒙的作用，在今后的應用中仍需要以布魯姆三維目標為原則深入發展與改進。

（二）加強教育資源間的連接，為課堂教學中的應用做準備

從深度的教學內容角度進行分析，“連接學習”人工智能教育資源庫在知識講解方面的建設已較為完善，涉及多個層次和多個方面，但從知識到技能之間的銜接比較薄弱，學生很難將理論與實踐結合起來運用。在人工智能的技能掌握方面，被動型應用形式單一，游戲的方式更適合用于混合式教學，學生在課下進行自我探索，從而將課上的時間用于交流答疑，在傳統面授課程中則會過多占據教學時間;主動型實踐雖包含有多個平臺，但現有平臺大多數以編程為主，內容過于單一，教育工作者在真實的教學中還需要開發出新的應用方式，并且現有的人工智能技術在課堂中的應用多用于數學和計算機科學學科，在其他學科中的應用尚未有系統的、可借鑒的教學方法。因此，“連接學習”教育資源庫雖內容豐富，但仍有很大的改進空間，需要注意內容之間的銜接以及與課堂的結合。

（三）重點關注教育工作者，為其提供支持

我國現有的K-12教育階段人工智能教育資源開發與應用主要以學習者為中心，多數資源的目標人群是有著學習需求的學生。教學設計者在進行教學開發時需要有一定的輔助資料才能更好地開發人工智能課程材料，教師在教學時需要有一定的教學指導才能理解內容并進行輸出。不同的目標群體需要不同類型的技術或資源支持。國內外的相關教育資源在此方面都需要加以改進。以國內為例，我國的“小猴編程”和“Mind+”兩個人工智能教育平臺更加注重為適齡學生提供技術和資源的支持以及編程與不同年級課程的融合[16][17]，這在一定程度上減輕了教育工作者在課堂中融合技術的困難，但教師還需要其他各類專業性培訓和相關支持，以便在課堂中順利應用，更好地進行教學創新。

參考文獻：

[1]UNESCO. ICT in education prize[EB/OL].（2005）[2020-08-08].https：//en.unesco.org/themes/ict-education/ict-education-prize.

[2]UNESCO. The 2019 ICT prize recognizes eight nominees using Artificial Intelligence in Education[EB/OL].（2020-07-01）[2020-08-08].https：//en.unesco.org/news/2019-ict-prize-recognizes-eight-nominees-using-artificial-intelligence-education.

[3]李卉萌.UNESCO與愛立信公司推出K-12人工智能教學平臺[J].世界教育信息，2020，33（7）：76.

[4]劉慧.高中歷史信息化教育資源庫應用探索[J].中國教育技術裝備，2016（11）：57-58.

[6]Ecole Européenne des Métiers de l'Internet.Teen-code[EB/OL].（2016-05-02）[2020-08-09].http：//teen-code.com/2018/05/08/conference-intelligence-artificielle/.

[7]ClassCode. IAI Program[EB/OL].（2014-07-29）[2020-08-10].https：//pixees.fr/classcode-v2/iai/.

[8]UNESCO.Do you know AI or AI knows you better？Thinking ethics of AI[EB/OL].（2019-08-28）[2020-08-10].https：//www.youtube.com/watch？time_ continue=13&v=im0XTC91qMI&feature=emb_logo.

[9]Google.Quick draw[EB/OL].[2020-08-11].https：//quickdraw.withgoogle.com/.

[10]Google.MixLab[EB/OL].[2020-08-11].https：//mixlab.withgoogle.com/.

[11]Google.AI duet[EB/OL].（2017-05）[2020-08-12].https：//experiments.withgoogle.com/ai-duet.

[12]IA & Human events： Nantes Maker Campus[EB/OL].（1995-01-01）[2020-08-12].https：//iaandhuman.univ-nantes.fr/.

[13]The MIT Media Lab. Scratch[EB/OL].（2006）[2020-08-12].https：//scratch.mit.edu/.

[14]Kids Code Jeunesse. KidsCodeYouth[EB/OL].（2013-06-11）[2020-08-13].https：//kidscodejeunesse.org/events.

[15]互聯網教育智能技術及應用國家工程實驗室等.青少年人工智能創新計劃[EB/OL].（2020）[2020-08-10].http：//yuanzhuo.bnu.edu.cn/course/79？ref=relatedCourseSets.

[16]好未來.小猴編程[EB/OL].[2020-08-14].https：//www.xiaohoucode.com.

[17]DFRobot. Mind+[EB/OL].（2013）[2020-08-14].http：//mindplus.cc/.

編輯 朱婷婷? ?校對 王亭亭