浅谈人工智能在校外教育中的理念和策略
来源:用户上传
作者:
[摘 要]作为现代教育生态的重要方式，校外教育承担着和学校教育协同育人的重要作用。随着人工智能技术的不断发展进步，研究的深入以及在教育领域的逐步推广应用，人工智能在推动教育发展改革和教学现代化进程中起着越来越重要的作用，对教育教学产生了深远的影响。校外教育往往对科技的发展响应更加迅速，在开展人工智能教育过程中也呈现出自身的特点。本文以黑河中俄青少年活动中心为例，探讨人工智能视角下学与教的规律，以及人工智能如何融入现有的校外教育活动。
[关键词]人工智能;教育;应用
人工智能（简称AI）是计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、语言学等多种学科交叉发展起来的一门综合性的前沿学科。著名的美国麻省理工学院的温斯顿教授认为：“人工智能就是研究如何使计算机去做过去只有人才能做的智能工作。”这些说法反映了人工智能学科的基本思想和基本内容，即人工智能是研究人类智能活动的规律，构造具有一定智能的人工系统，研究如何让计算机去完成以往需要人的智力才能胜任的工作，也就是研究如何应用计算机的软硬件来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。国务院印发的《新一代人工智能发展规划》中也指出：实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广。
一、校外开展人工智能科普教育的理念和策略
1.教学目标定位精准，培养适应AI时代的素养能力
校外开展人工智能科普教育活动，可以从认知、思维、创造三个层面制订目标：通过体验和操作等方式了解人工智能的技术构成、基本原理、常见應用，让学生对人工智能领域有一定的感性认知和理性欣赏;通过编程体验训练计算思维，让学生像计算机科学家一样工作和思考，尝试运用计算机科学的基础概念求解问题、设计系统;发展创造力表达创意想法，实践创新。
2.教学设计与时俱进，基于STEAM的创客教育理念
在教学中，可以采用任务驱动、基于项目的学习。教师可以将教学内容设计成1个或者多个任务，甚至是1个真实问题的项目，让学生在解决综合性、复杂性的问题中学习。在设定具体任务或项目时，选用符合STEAM理念的跨学科学习任务或项目，可以充分发挥学生的主动性、创造性、团队合作精神。在学习过程中，由学生自己完成信息收集、方案设计、项目实施和改进，最后得到解决问题的成就感。
3.坚持以人为本的教学策略，基于分层次教学的个性化学习
策略一：针对学习兴趣——先玩后做，注重体验过程。激发求知欲、培养学生发散思维技巧是STEAM课程活动的要点之一。“先玩后做”即先让学会体验成果的乐趣再去探索制作过程，让学生在实践活动中体验和理解相关的概念，加深体会，力争最大程度地激发学生的学习需求及求知欲。这里所说的“玩”，是有目的、有计划、有引导的玩，而玩的目的是为了更好地理解和设计，从而提高思维技巧。
策略二：针对思维发展——循序渐进，激活学生思维。提高解决问题的能力是STEAM教育的目的之一，提高辩证思维能力可以使学生全面、动态地看待问题和解决问题。而要调动每一位学生思维的主动性和积极性，就先要让他们的思维“动起来”。每个学生的初始想法是不全面不完整的，学生的每个想法对于解决问题的能力和程度也是不一样的。教师在STEAM课堂中不仅要引导学生用几个想法解决一个问题，还要要求学生会比较问题解决的有效性和最优性。
校外教育面对的群体中，学生的学情、年龄、知识面的宽广度不一、差异较大，这些是校外教育的特性。首先对于不同的课程，教师往往要准备基础背景知识阅读和延伸知识阅读，满足基础单薄和学有余力等不同需要;其次在教学任务设计中综合不同层次水平阶段的基础任务和进阶任务;再次学习效果评价时，要充分根据年龄水平和过往表现做出适当的评价;最后要充分运用学生之间的差异性，将其转化为教学资源，让进步较快的学生作为学习经验分享的带动者，充分发挥以人为本的教育理念，促进学生创造力和创新精神素养的提升，构建团队协作能力，让学生主动分享知识，帮助同伴，深化对知识的理解与应用;来自学生的分享也会激励其他同学更加投入学习，发挥榜样效应，促进学生的个性发展。
二、校外开展AI科普教育的实践
人工智能课程需要聚焦创新力和计算、编程思维、英语、数学建构能力，能充分调动学生的积极探索欲和求知欲，提升学生的学科发散思维能力和学科之间的融合能力。黑河中俄青少年活动中心针对不同的学生团队及不同年龄段的特点，有主题、有目的地设计了不同层次的教育活动。
Ration（探究）是“5E”教学模式的中心环节，学生在资料探究和实验探究中，面对新的知识和信息与之前概念形成的认知冲突，进行概念的重建。在此过程中，教师需要适当进行提示和引导。Explanation（解释）是“5E”教学模式的关键环节。主要是对探究过程和结果的展示，给他们提供一个机会表达其对概念和技能等的理解和掌握，学生尝试用自己的理解闸述他们对概念的认知，同时也为教师呈现正确概念提供机会。Elaboration（迁移）是在教师引导下发展学生对概念的理解和应用，建立概念间的关系。Evaluaton（评估）指教师和学生用各种方法评价学生对新知识的理解和应用能力，主要是学生检验自己对概念的掌握情况。
以活动中心为代表的校外机构往往承担着区域内中小学生的科普教育职能，经常面向全市中小学发布科普活动，活动内容的设计注重零基础、趣味性和普惠性。近年来，黑河中俄青少年活动中心率先引进船模、航模、无人机等，为学生提供科普课程的场所及创建开放的智慧体验空间。学生来到活动中心科技创意馆，可以组装机器人、船模、航母，学习无人机飞行技术，尝试搭建简易无人机，并在中心的室外专用场地进行实地操作，实地感受科技带给他们的创新感受。
1.渐进式AI科普课程
通过体验式科普活动产生兴趣、报名团队继续学习的学生不在少数。面对这些有共同兴趣爱好且年龄不一的学生，校外教师应设计有层次、渐进式的人工智能课程和活动。目前，我们主要采取“智能硬件+互动编程+应用程序接口（API）”的教学方式，将人工智能知识逐步渗透到现有的校外教育科技课程中。对于年龄较小的学生，尽量选择效果外显、趣味性强、成本不高的编程工具和活动主题。只要熟练掌握编程语言就可以是人工智能的开发语言，但在教育初期阶段选择编程工具，需要符合学生的年龄特点和认知发展规律的语言进行授课。 2.互动编程
它是人工智能教育的其中一个落脚点，但人工智能科普教育不能狭义为编程教学，要在编程中融入人工智能知识，以对学生进行人工智能内涵外延知识的普及，还可以调用各大人工智能开放平台，带领学生开发人工智能产品，体验人工智能技术的魅力。在百度云智能开放平台上，获得一些开源工具包、完整的帮助文档和免费的调用机会，通过调试这些API获得高水平的人工智能产品研发体验，并不用涉及人工智能的底层开发，从而降低学生的学习难度。
3.个别化AI研究项目
基于项目的学习能让学生快速成长。针对小学、初中学段设置不同课程。小学的课程以增进學生对科学、技术的好奇心与学习兴趣，通过解释科学现象、善用技术工具的游戏化教学，发展学生的计算思维，养成良好的学习习惯。开设了点读编程、主题课程、线下互动课程。初中的课程以提升学生对科学、技术和工程的理解与应用能力为目标。通过分析工程问题、巧用技术手段的学习项目，发展学生的设计思维，培育初步的工程设计素养和职业认知。开设了图形化编程、Python、代码编程、代码编程、人工智能机器人竞赛课程。
例如，近年全国不遗余力地推进垃圾分类，学生富若轩发现虽然部分小区设置了分类垃圾箱，但人们对于垃圾分类的普及知识认识不多，已经设立了四分类垃圾桶，但由于垃圾分类相关知识普及不到位，分类效果收效甚微，所以他想设计一个帮助人们认识垃圾类别的手机App。
在课题的推进过程中，富若轩既深入学习垃圾分类的相关知识，又要运用所学知识进行互动编程学习和调试，还要提高对人工智能的图像识别领域的认识，甚至在各大平台寻找API的过程中激发出了更多的创新灵感。最后，他完成了一个可以用语音、图像、文字搜索等方式识别分类垃圾物品App，并显示推荐垃圾所属分类并投放的智能分类垃圾桶模型。
校外教育机构在人工智能教育之路上不断探索前行之中，给基础教育阶段的学生提供了更广阔的空间、更丰富的活动和更多的技术支持。目前各地基础和条件各不相同，也面临缺少智能装备支撑，但通过科普活动启迪学生的认知，激发求知欲进而培养专长，相信这些教学活动的开展对培养符合AI时代变革与发展的创新人才有着积极的意义。
参考文献：
[1]郑思晨等.STEM课程的系统解读—基于本土化实践的探索[M].上海：上海教育出版社，2018.
[2]梁海顺.信息技术创新法[M].北京：国家工业出版社，2006.
[3]钟志贤.信息化教学模式[M].北京：北京师范大学出版社，2006.
（责任编辑 付淑霞）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/9/view-15155963.htm
