人工智能时代下创客教育的课程建设探究*

王振堂

人工智能技术作为社会发展的重要科技力量，将作为国家经济发展和国际竞争的新动力。创新人才是推动人工智能有序发展的基石[1]。在人工智能时代，如何让人工智能技术与教育相结合，培养更多为人工智能发展的创新人才，成为世界各国家面临的一项重大而意义深远的任务。2016年美国连续发布了《国家人工智能研究发展战略规划》和《为人工智能的未来做好准备》两份报告，指出人工智能技术对社会各领域的影响越来越重要，提出实施人工智能教育，在学校开展人工智能课程，为人工智能推动经济发展培养创新型人才。我国在2017年发布的《新一代人工智能发展规划》中提出要发展智能教育，在中小学开设人工智能相关课程，基于智能教育加强创新型人才的培养[2]。由此可见，基于人工智能技术服务于教育事业的规划已经引起世界各国的高度关注，其中创客教育作为一种新型的教育模式，其人才培养核心目标与人工智能高度一致，都是立足于培养善于运用技术的创新人才。面向人工智能时代的创客教育主要在培养从事人工智能开发和创新的创客，他们不仅有创新与创造能力、问题解决能力和敏锐的科技前瞻性，也具备良好的团队合作能力和交流表达能力。同时人工智能的核心技术为创客教育注入了新的活力，创客教育对智能时代创新人才的培养，具有重要的理论和实践意义。

一、人工智能技术助力创客教育课程建设

随着大数据技术的不断发展，机器学习和深度学习等人工智能底层技术得到了强劲的助推，为人工智能教育的开展提供了算法与数据的支持。在智能识别、物联网、智慧城市、智能机器人等人工智能领域也有了丰富的研究成果，有利于升级传统创客教育的教学系统。其中人机交互、情感计算、语音识别、图像识别、自然语言处理技术、可穿戴技术、VR虚拟现实等人工智能领域的核心技术，进一步为学校开展创客教育奠定了技术基础。同时随着人工智能技术功能的模块化，使其从精英化到大众化，这种技术难度的降低，更有利于学校开展创客教育。

当前Google、微软、百度、科大讯飞等人工智能公司提供人工智能核心技术服务，为世界范围内的创客提供人工智能开放平台。其中Google公司提供了丰富的教育资源，包括共享数据库、开源工具包和技术指导，满足不同级别的创客服务，支持学生开展人工智能研究和项目开发。百度公司也为学生提供了人工智能教育实验室平台以及语音识别、人脸识别、语音合成、文字识别和图像识别等人工智能核心技术。以图像识别为例，学生想做一个关于道路标志图像识别的项目，就可以借助百度平台的图像处理技术完成项目。多样化的人工智能技术将进一步服务于学生的创新项目研究和学习活动。人工智能的核心技术让创客真正接触科技前沿技术，突破传统创客作品的技术障碍，让创客运用技术实现自己的创意和灵感。目前很多人工智能公司成立相关的教育部门，与学校对接开展人工智能教育，为学校提供完整的人工智能实验室，以及面向实验配套的智能教具，并针对人工智能向很多领域提供相关智能课程、科普活动及应用实践。

二、面向人工智能时代的创客课程开发

我国人工智能教育的开展相对发达国家较晚，不过随着近几年人工智能技术的迅猛发展。2017年，我国发布的《新一代人工智能发展规划》中提出在中小学阶段实施人工智能课程，有利于加快推动科技创新人才培养，为我国人工智能的发展储备更多的人才。其中课程实施是人工智能在创客教育落实的重要前提。人工智能技术的发展为创客教育提供了先进、可持续发展的课程素材。其中创客课程是指通过学校开展一系列的课程目标、内容、模式及评价等的总称。

1.课程目标

传统的教育课程目标通常是注重培养学生的三维课程目标即知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观。创客教育课程目标更注重基于真实问题的解决方案，学生在解决真实问题的过程中，实现创新意识、创新能力、沟通交流能力、团队合作等能力的培养。随着人工智能技术的不断发展，可穿戴设备、人机自然交互、语音识别、计算机视觉、虚拟现实等在教育领域的深入应用，单一的学科知识在人工智能时代已经无法有效地解决复杂问题，创客课程应以跨学科知识为主，以创新思维为指导，帮助学生在复杂环境下发现问题、提出问题和解决问题，在做项目的过程中，培养学生动手实践、语言表达能力和自主学习能力[3]。

2.课程结构

创客课程以解决现实生活中的实际问题为主，利用项目式教学开展课程，随着人工智能技术的发展，将人工智能与真实情景相联系，帮助学生构建真实生活环境下的人工智能学习生态。目前国内的创客课程体系主要分为三大类：基础型课程、拓展型课程、项目型课程[3]。其中，基础型课程的人工创客教育主要让学生理解人工智能的基本概念和发展历史及应用案例。课程根据不同的年龄阶段选择相应的编程语言，低年级可以选择Scratch编程和Arduino编程，高年级可以选择App inventor编程、Processing创意编程和Python编程等。拓展型课程以智能机器人、智能控制、智能物联网等为主要内容。此课程需要学生掌握基本的编程技术以控制人工智能设备，并以此提升学生的创新思维能力和工程设计思维。项目型课程是在探究课程的基础上学生进行项目研究。学生的项目大都源于生活，并具有一定的科学性、创新性和应用价值。项目式学习需要学生有较强的跨学科知识和深入学习人工智能的相关编程技术，帮助学生把创意变成真实的人工智能产品。

3.教学模式

创客教育强调在项目实施中以信息技术为手段，通过所学知识把创意变成真实产品，提高学生解决问题的能力。在人工智能时代，人工智能技术支持的项目型课程成为创客教育教学模式主要的组织形式。项目型课程以跨学科知识为前提，学生可以通过人工智能实验室平台提供的机器学习、认知服务、人脸识别、图像识别、语音合成、语音识别等人工智能技术作为开展项目研究的技术支撑。学生通过提出项目、确定项目、制订项目计划、实施项目、成果展示分享过程中形成创客思维和创客精神。基于项目式学习的方式，更加注重将知识的学习与运用相联系，学生更容易掌握人工智能知识。

4.课程评价

设计有效的形成性评价和总结性评价在创客教育中发挥着至关重要的作用。人工智能时代的课程评价应采取多元化的评价体系，在评价内容上，根据创客课程的过程性和创客项目的完成度综合评价学生的学科基础知识、创新创造能力、问题解决能力、团队合作、沟通交流能力、自我学习能力等课程目标的实现；在评价方式上采用教师和学生双向评价、团队同伴的互相评价；评价目标要个性化，要关注学生在学习过程中的对项目的参与度、学习热情、团队合作、沟通交流等；评价数据全面化，引入人工智能教育技术手段的智慧型评价，采用云计算、大数据、物联网等教育技术，以基于人工智能创客项目的成品为评价成果，深度学习挖掘和分析形成性和总结性评价指标，充分体现人工智能时代的创客教育评价的全面性、客观性、科学性、可持续性[4]。

三、结语

人工智能时代，中小学阶段开设人工智能相关的创客课程，可以提升学生的解决问题的能力和创新素养，培养学生更好地适应未来社会发展的需求。当前，以人工智能技术为载体的课程设计和教学实践都尚处于摸索阶段，如何从课程目标、课程结构、教学模式、课程评价等构建体系化的创客课程，还有许多问题待解决，期待有更多专家学者开展这方面的研究。