中小学人工智能通识类MOOC资源开发与应用研究

黎清万 钟嘉宝

[摘要]2019年教育部《中小学人工智教育》《2019年教育信息化和网络安全工作要点》为人工智能教育落地指明了方向。当前，中小学人工智能通识型教育实施需求与普适性课程资源相对缺乏的矛盾较为突出。在分析中小学人工智能教育现状的基础上，本文以人工智能普适性教育为目标，阐述研究、探索、开发并应用适合广大中小学学生的线上人工智能通识教学资源的行动研究过程及成果。

[关键词]人工智能通识;MOOC;混合式教学;教育均衡

引言

随着信息技术学科核心素养的确立以及基础教育阶段人工智能教育课程标准（参考）的拟定，随着国家《新一代人工智能发展规划》的出台，基于核心素养培养的中小学人工智能教育逐步得到重视;教育信息化2.0行动规划指引下，在线学习课程将成为现代教育的优化手段之一。而当前中小学人工智能课程需求迫切和部分地区开不出课的矛盾日益加剧，结合MOOC的优势，围绕中小学学生人工智能领域学习需求、信息技术学科核心素养培养目标，从课程规划与设计、课程资源制作、课程资源应用模式探究到混合式教学实践及总结，针对性地解决人工智能教学普及问题，正是中小学人工智能通识类MOOC（下称“AI通识MOOC”）开发的最终目的。

一、着眼问题解决，创设目标体系，引领AI通识MOOC内容规划

（一）创设“知道—分析—综合”人工智能通识教育目标体系

《中小学人工智能技术与素养框架》提出“理解人工智能技术原理、制定解决人工智能问题的方案并实现目标、沟通与协作”三个实践原则[1]，《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》对人工智能领域的相关描述则要求知道和了解层次的包括“人工智能概念”“人工智能发展历程、典型应用与趋势”“核心算法”等，要求熟悉和利用层次的包括“智能技术应用的过程和实现原理”“搭建简单的人工智能应用模块”，辩证认识层次的包括“伦理及安全挑战”“发展价值和潜在威胁”[2]。由此，作者团队探索并创设了“知道—分析—综合”层次学业水平的人工智能通识教育目标体系（如图1所示）：

由此确定了AI通识MOOC资源的开发是面向具有一定理解能力和逻辑思维能力的小学三年级至高中三年级学生，设计并制作普适性人工智能领域认知、体验、辨思以及入门级编程系列课程。AI通识MOOC能被应用于弱化装备要求、弱化平台要求、弱化教师专业要求的教学环境中，以混合式教学模式，赋能人工智能教育均衡发展。

（二）课程内容规划符合分阶递进规律

1.多维突破难点。依据课程论证阶段中设定的课程定位及面向对象，人工智能教育开展的难点在于：如何实现“理论学习能深入浅出，体验探究能弱化装备依赖，编程实现能降低准入要求”。对此，人类智能思维形成过程及智能行为的类比案例、贴近生活实际的动画呈现方式以及充分利用线上开放平台、Mind+编程平台、普通摄像头、普通麦克风等有效降低学习活动对装备的投入要求和探究活动实施的准入门槛，多个维度的协同作用，实现了人工智能通识教学的难点突破。

2.目标体系中提出了递进式高阶认知目标的实现需求，AI通识MOOC内容分两个阶段开展规划：第一阶段以“认知+体验”为课程设计目标，涵盖人工智能概念、应用领域、发展史、图像识别、语音识别、机器学习六个方面基础知识。共5课时：第1课时认识常见的人工智能应用领域并了解人工智能的概念;第2课时了解人工智能的发展历程;第3课时了解图像识别的原理，认识和体验常用图像识别工具;第4课时了解语音合成、语音识别、自然语言处理等人工智能技术;第5课时了解机器学习的概念及常见的两种学习方式（监督学习与非监督学习）。本阶段的学习活动以了解和初步理解为主，借助如百度AI、腾讯AI等线上开放平台，开展探究体验活动。第二阶段以“思辨+编程”为课程设计目标，涵盖人工智能三要素、人工智能核心算法、人工智能项目实现、人工智能伦理等方面素养，“学生应该能够应用特定的思维和推理方式在实践中解决问题”[3]。共7课时，各课时围绕“人工智能发展潮起潮落原因探秘”主题，按项目学习流程开展，开展探究、辩论、编程、报告、评价等教学活动。两个阶段的课程内容规划如图2所示：

二、以“学习者的学为主”的项目学习模式，引领MOOC学习活动框架设计

为确保学习者在MOOC学习活动中的主体地位，课程团队在确定慕课的具体内容及呈现形式、语言表达方式前，根据所在地市中小学学生对科技类知识认知学习能力基础的分析及课程样例学习测试数据分析，拟定了教学设计要基于“集体形象思维为主，融合经验和感性认知，联系生活密切相关示例，直陈事物因果关系”的需求，在学习活动设计上务求通俗易懂性与科学专业性有机结合，同时兼顾课程的系统性与每节课的独立性，以适应学习者不同的学习需求。

具体的学习活动紧紧围绕“探、学、联、享”开展整体规划，包括章节设计、课堂活动预设、交流评价环节设计。整体规划涉及了后期工作的方向与重心，在人工智能通识MOOC中，开发团队尤其关注了课堂活动预设要符合“探中学、学中联（做）、联（做）中享（评）”的要求，以切实提升受众人工智能核心素养。根据论证阶段所做目标分析及内容预设，MOOC共分为一个学习单元以及一个学习项目（章），分别为认知与分析单元以及探究与综合单元。第一单元按节次开展，每节教学活动包括视频学习、课内主题交流、课内测评、人工智能体验、拓展阅读五個环节。第二阶段以项目学习流程开展，分为项目范例学习、项目探究活动、项目实施活动、项目报告与评价活动等环节。单元或项目学习后，利用思维导图帮助学习者总结及串联，并预设学后作业帮助学习者提升、巩固，促进学习者达成高阶认知层次并最终促进核心素养的提升。如图3所示：

三、基于易学性、易移植性优化AI通识MOOC

AI通识MOOC制作主要经历“课程资源制作（教学设计、讲稿设计、视频录制及后期制作、拓展资源整理、作业设计、评价量规制作）——MOOC生成（平台开课预设、章节及环节设置、资源上传、论坛及作业设置、平台自动评价设置）——教师手册及学生学习手册制作”系列流程。

（一）从需求出发，基于易学性制作MOOC

“教学过程中，学习内容、学习形式、学习方法的扩容增加和优化发展，可促进学习更深入和融合”[4]，每节课的主体学习资源从贴近学生生活的实例出发，设计了虚拟动漫人物进行知识点呈现和难点讲解演示，课堂讨论主题设计、线上课内评价（测试）设计、课外拓展资源及课外学习指引设计等辅助学习资源、阶段性知识图谱作为课程的重要组成部分，对学习者的学习巩固以及继发性学习驱动有关键性作用。课后作业方面，其中第一阶段为项目汇报文案，第二阶段为人工智能创客作品介绍视频，作业评价则设定为学习者互评与授课者评价相结合的评价模式。

（二）从应用考虑，基于易移植性制作教师手册及学生学习手册

后期的教师手册及学生手册不是常规MOOC制作的必要步骤，但却是MOOC在应用阶段能顺利实施的关键保障，亦是MOOC验证应用及完善、人工智能通识教育专递课堂实施的必要条件。教师手册主要按章节结构，从教学目标、教学内容、教学环节及资源说明、问题指引建议、课堂活动建议五个方面的内容展开说明，便于引用MOOC的教学组织者顺利组织教学活动。学生手册则从学生视角出发，围绕学习指引，头脑风暴、学习参考资料、探究指引与体验平台操作指引、项目学习记录表五个方面展开，帮助学生更好的應用MOOC开展项目学习，经历“探、学、联、享”的过程，并在教师的导引下，达成学习目标。

四、适合多种教学模式，开展MOOC应用实践

MOOC系列课程在规划、开发时，就综合考虑了各种应用条件，既可以满足教师指导学生开展自主线上学习，亦可以结合教师手册和学生手册开展混合式教学活动，此外，灵活组合课程内容，还可以支持教师开展项目式教学活动。AI通识MOOC的应用实践可以有线上应用模式以及混合式教学模式。

（一）线上教学活动应用

线上教学应用莞易学平台、中国大学MOOC平台实施，教学过程策略如图所示。

（二）混合式学习活动应用

MOOC的教学设计覆盖了课中及课后两个环节，从教学及评价两个维度保障学习效果。混合式学习活动依以下流程开展：情景引入（线下）—课程学习（线上）—拓展学习、探究活动、难点突破（线下）—课后测验题、学习问卷（线上）—学习交流评价（线下）。

混合式项目教学活动应用模式中，根据项目教学活动流程，教师遴选部分线上课程内容（所有单课时学习资源均可以独立成课），灵活组合，作为学生开展不同选题的项目学习自主学习资源，为学生开展项目探究提供支撑。AI通识MOOC在高中信息技术必修一模块第六章“初识人工智能”项目学习中应用设计如下图：

（三）案例实施成效与价值

基于混合学习的人工智能通识MOOC在2020年4月正式投入线上使用，视频课程应用范围广泛，各学校通过在线直播或点播的方式，让学生学习该系列课程。根据数据反馈，学生返校前，东莞多所中小学校使用本课程开展了线上学习活动，涵盖小、初、高三个学段。此后，则更多的被用于高中信息技术必修一第六章教材的项目式教学活动以及第二课堂教学活动。市外如韶关、清远、江门等地区部分高中亦引用了本资源开展线上线下混合教学活动。各学校使用反响良好，该系列课程既补充了中小学信息技术学科中人工智能中的教学内容，同时也为特殊时期信息技术学科教育提供了在线教学资源。AI通识MOOC结合了精简、易用性及可移植性强优势，为解决人工智能教育均衡开展的实际问题，写下了精彩而浓重的一笔。

参考文献

[1]中央电化教育馆.中小学人工智能技术与工程素养框架[Z].北京：中央电化教育馆，2021.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.

[3]穆肃，王孝金，庄慧娟，王莉.在线深度学习活动设计与实施[M].广东：广东教育出版社，2021：011、012、202.