人工智能教育資源建設(shè)： 基于“連接學習”教育資源庫的探析

摘? ?要：隨著諸多技術(shù)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(lǐng)域發(fā)揮最大的作用，聯(lián)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(guān)資源進行了開發(fā)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(nèi)容從基礎(chǔ)知識、技術(shù)的應用與實踐兩方面進行闡述，結(jié)合當前我國人工智能教育資源的建設(shè)現(xiàn)狀進行分析并提出三點建議，以期為我國相關(guān)教育研究提供一定參考。

關(guān)鍵詞：人工智能 教育資源 K-12教育

一、引言

從教育技術(shù)的角度回顧，教育發(fā)展史可以看作是教育學者不斷探索各時代新興技術(shù)與教育相結(jié)合的歷史，各類技術(shù)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(xiàn)的諸多新興技術(shù)中，人工智能（AI）因其可應用的范圍廣泛、技術(shù)發(fā)展更新迅速、能夠借助互聯(lián)網(wǎng)力量獲得諸多資源等優(yōu)勢，在教育領(lǐng)域得以快速開發(fā)應用。從目前來看，人工智能為教育領(lǐng)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(nèi)為學生提供個性化的教學服務(wù)，在課后根據(jù)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(yè)化的輔導。

聯(lián)合國教科文組織（UNESCO）一直致力于研究人工智能在教育領(lǐng)域的應用，尤其是在人工智能教育資源開發(fā)方面，收集各國教育部或人工智能研發(fā)中心開發(fā)的教育平臺或程序等并進行推廣，對各國開發(fā)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(guān)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(zhuǎn)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(shù)進行學習探索，提升教師信息素養(yǎng)、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(guān)的教育資源建設(shè)現(xiàn)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(jié)構(gòu)與內(nèi)容

國內(nèi)外現(xiàn)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(wù)。數(shù)字化或信息化教育資源庫的建設(shè)重點在于依托技術(shù)手段，對各類資源進行數(shù)字開發(fā)或轉(zhuǎn)化，并在在線環(huán)境下進行存儲和使用[4]。從技術(shù)的角度來看，現(xiàn)有的人工智能教育資源庫的建設(shè)理念與數(shù)字化或信息化教育資源庫建設(shè)理念相同，各類人工智能知識、依托人工智能技術(shù)開發(fā)或教授人工智能技術(shù)的應用程序同樣以數(shù)字化的方式存儲使用;但從資源庫的內(nèi)容角度來看，數(shù)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(nèi)容，人工智能教育資源庫隸屬于數(shù)字化或信息化教育資源庫，但更加聚焦，其知識領(lǐng)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)等其他與人工智能密切相關(guān)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(nèi)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(shè)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(shù)提升教學質(zhì)量;教師在課堂中應用人工智能技術(shù)以不同的呈現(xiàn)方式講解課程內(nèi)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(zhuǎn)換為實用的技能，實現(xiàn)知識架構(gòu)的自主建設(shè)。如果按學習過程進行結(jié)構(gòu)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(chǔ)知識、人工智能技術(shù)的應用與實踐兩大類，前者可以作為后者學習的基礎(chǔ)，學習者在掌握基礎(chǔ)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(xù)地進行更新。

（一）人工智能相關(guān)基礎(chǔ)知識建設(shè)

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(shù)進行課程開發(fā)或?qū)W習之前，首先最重要的就是理解人工智能的含義、技術(shù)的基本工作原理、相關(guān)的概念等，做好認知層面的知識架構(gòu)。目前，“連接學習”人工智能教育資源庫關(guān)于基礎(chǔ)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(lǐng)域阿拉伯語相關(guān)優(yōu)質(zhì)書籍進行了整理，學習者可以根據(jù)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(nèi)容涉獵廣泛，如人工智能基本原理、與計算機結(jié)合下的知識與應用、相關(guān)爭議問題答疑以及人工智能各類分支技術(shù)的發(fā)展歷史，包括專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)概述等，各類資源皆能夠幫助師生學習關(guān)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(guān)會議緊跟技術(shù)前沿，如歐洲互聯(lián)網(wǎng)專業(yè)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(fā)展階段、人工智能在不同領(lǐng)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(fā)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(fā)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(fā)布“思考人工智能倫理視頻”并提出，作為將人工智能技術(shù)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(shù)的使用責任，更需要承擔技術(shù)與教學融合的責任。[8]

（二）人工智能應用與實踐建設(shè)

除基礎(chǔ)知識外，目前的人工智能教育資源庫多將建設(shè)重點放在技術(shù)的應用上，促使技術(shù)與教育的各個學科或領(lǐng)域相結(jié)合，開發(fā)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(yǎng)自己的技能?！斑B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(shù)支撐的被動型人工智能應用和認知結(jié)構(gòu)主導的主動型人工智能實踐，其中前者多以技術(shù)為主，學習者的思維隨著設(shè)定好的程序發(fā)展，而后者則將學習的主動權(quán)交予學習者，學習者可以使用技術(shù)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(jīng)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(shù)支撐的被動型應用

被動型人工智能應用以技術(shù)為主，設(shè)定好既定的程序步驟后由技術(shù)引導學習者完成任務(wù)，學習者更多地是去理解程序提供的人工智能相關(guān)內(nèi)容，其知識架構(gòu)的過程較為被動。此類人工智能應用雖然涉及多個教育領(lǐng)域，但大多數(shù)內(nèi)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(xiàn)，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(jù)提示繪制圖畫，平臺使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)猜測繪制的內(nèi)容，且學生使用的次數(shù)越多，技術(shù)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(jīng)網(wǎng)絡(luò)工作的原理[9]。在用于創(chuàng)作音樂的英文資源平臺MixLab中，學生首先觀看人工智能技術(shù)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(jié)果，從而理解程序的運行原理[10]。類似的音樂創(chuàng)作平臺還有AI Duet，平臺使用機器學習技術(shù)、由神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立音符和時間圖，學生演奏虛擬音符以等待神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)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(nèi)的五種游戲，每種游戲隨機出現(xiàn)人工智能技術(shù)生成的虛擬結(jié)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(jié)果。開發(fā)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(shù)的應用原理[12]?？梢钥闯?，當下技術(shù)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(fā)低年級學生的智力，起到活躍課堂氣氛的效果。

2.認知結(jié)構(gòu)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(gòu)建認知結(jié)構(gòu)，在多個技術(shù)模塊的支持下，學生使用不同的技術(shù)創(chuàng)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(shù)創(chuàng)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(fā)展。此類實踐平臺要求學生具備一定的知識基礎(chǔ)、能夠獨立自主地進行學習和思考，而現(xiàn)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(shù)依托。在Scratch項目中，學生只需要拖動圖形化程序塊就可以設(shè)計內(nèi)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(shè)計創(chuàng)造性的課堂活動和策略。[13]

以Scratch項目為基礎(chǔ)，加拿大編程教育平臺KCJ提供了三種活動，目的是培養(yǎng)兒童使用編程解決現(xiàn)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(guān)于實際生活的視頻游戲，涉及藝術(shù)、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(xù)學習和創(chuàng)造的場所，KCJ平臺在加拿大各省和各地區(qū)創(chuàng)建了免費的編碼俱樂部（Code Club），俱樂部采用基于挑戰(zhàn)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(wǎng)站制作等各類項目。[14]

三、對我國人工智能

教育資源庫建設(shè)的啟示與建議

（一）人工智能教育資源建設(shè)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(lǐng)域和多個學科進行交叉結(jié)合，因此目前面向K-12教育階段開發(fā)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(jù)，本文認為，“連接學習”人工智能教育資源庫在廣度上已經(jīng)涉及到了認知、技能和情感三方面，相關(guān)基礎(chǔ)知識的學習讓學生對人工智能有了一個基礎(chǔ)的認識，三類資源的開發(fā)皆注重培養(yǎng)學習者的數(shù)字素養(yǎng)，也充分考慮到了學習者不同的認知水平，建構(gòu)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?qū)θ斯ぶ悄墚a(chǎn)生興趣;主動型人工智能實踐則通過讓學生自主設(shè)計培養(yǎng)其應用技術(shù)的能力。我國在此方面雖然剛剛起步，但已經(jīng)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(chuàng)新計劃”（元卓計劃），通過提供基礎(chǔ)啟蒙視頻并開展人工智能項目學習，培養(yǎng)青少年對于人工智能技術(shù)的興趣并幫助其掌握知識技能，該創(chuàng)新計劃也會將優(yōu)質(zhì)的人工智能算法案例轉(zhuǎn)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(chuàng)新計劃”專業(yè)化的理論講解結(jié)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(fā)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(nèi)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(shè)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(jié)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(tǒng)面授課程中則會過多占據(jù)教學時間;主動型實踐雖包含有多個平臺，但現(xiàn)有平臺大多數(shù)以編程為主，內(nèi)容過于單一，教育工作者在真實的教學中還需要開發(fā)出新的應用方式，并且現(xiàn)有的人工智能技術(shù)在課堂中的應用多用于數(shù)學和計算機科學學科，在其他學科中的應用尚未有系統(tǒng)的、可借鑒的教學方法。因此，“連接學習”教育資源庫雖內(nèi)容豐富，但仍有很大的改進空間，需要注意內(nèi)容之間的銜接以及與課堂的結(jié)合。

（三）重點關(guān)注教育工作者，為其提供支持

我國現(xiàn)有的K-12教育階段人工智能教育資源開發(fā)與應用主要以學習者為中心，多數(shù)資源的目標人群是有著學習需求的學生。教學設(shè)計者在進行教學開發(fā)時需要有一定的輔助資料才能更好地開發(fā)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(nèi)容并進行輸出。不同的目標群體需要不同類型的技術(shù)或資源支持。國內(nèi)外的相關(guān)教育資源在此方面都需要加以改進。以國內(nèi)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(shù)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(shù)的困難，但教師還需要其他各類專業(yè)性培訓和相關(guān)支持，以便在課堂中順利應用，更好地進行教學創(chuàng)新。

參考文獻：

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

[15]互聯(lián)網(wǎng)教育智能技術(shù)及應用國家工程實驗室等.青少年人工智能創(chuàng)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