人工智能时代教育技术学专业STEM课程体系构建研究

李巍　王娟　丁瑞锁　郑浩

[摘 要]在人工智能时代，STEM教育作为培养复合型、创新型人才的重要途径，重要性日益凸显。目前，部分高校在开设STEM课程过程中存在课程保障不完善、师资力量不足、课程体系不健全等不足，文章首先分析了人工智能时代教育技术学专业开设STEM课程的必要性，其次分析STEM课程开展的现状和存在的问题，最后构建了高校教育技术学专业STEM课程体系，即人工智能、科学实验、结构创意、艺术创作、工程设计、逻辑程序六大类课程模块，以帮助高校解决STEM课程存在的问题，培养复合型创新人才。

[关键词]人工智能;STEM课程;体系构建

[中图分类号]G434 [文献标识码]A [文章编号]1008-7656（2020）06-0045-04

当今的信息科技革命从互联网时代、大数据时代逐步进入人工智能时代。人工智能（AI）通过打造智能化、数字化、个性化、终身化学习的教育体系，实现信息时代教育治理的新模式。随着教育信息化2.0时代的到来，科技和人才创新越来越重要，STEM教育越来越热，全国各地高校的STEM教育都在如火如荼地开展[1]。2018年，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，提出聚焦新时代对人才培养的新需求，强化以能力为先的人才培养理念，将教育信息化作为教育系统性变革的内生变量，支撑引领教育现代化发展，推动教育理念更新、模式变革、体系重构，使我国教育信息化发展水平走在世界前列，发挥全球引领作用，为国际教育信息化发展提供中国智慧和中国方案[1]。国家对科技人才的关注与需求，STEM教育作为培养创新型人才的重要途径之一，开展STEM教育是必须的。

STEM是集科学（Science）、技术（Technology）、工程（Engineering）与数学（Mathematics）首字母的简称[2]。基于STEM教育对创新型人才培养的深远影响，全国各地高校都在开展STEM课程，尤其是师范类院校。但是，STEM课程如何开展，以何种形式开展都是教育工作者值得深思的问题，如今，大部分师范类院校没有专门开展STEM课程，即使部分师范类院校开展了STEM课程，但是并没有完整的课程体系。文章结合教育技术学专业的特点以及STEM教育的特点，探讨教育技术学专业STEM课程体系建构。

一、人工智能时代教育技术学专业STEM课程开发的必要性

STEM课程是一门理论与实践相结合的课程，教学方式多样，如基于设计的教学、项目式教学等。在进行STEM课程学习的过程中，不仅丰富了学习者的学识，还锻炼了学习者的动手能力，在动手实践的过程中可以培养学习者以下三方面的能力。

（一）解决问题的能力

信息时代的来临，科学与技术迅猛发展。科学、技术、工程和数学等学科，简称为STEM，被认为是实现科技创新和人才创新的理论基础与实践手段[3]。STEM教育不是四门学科知识的简单结合，它们是密切联系、相互影响的关系。高校STEM课程设计大多数以项目式学习为核心，为学生创设了真实情景，进行STEM课程时，学生可以运用跨学科知识来完成教师布置的STEM项目任务，在这个过程中，学生拥有产生深度学习的机会，可以培养他们的问题解决能力，在一定程度上，还可以培养他们的创新能力。

（二）创新创造的能力

人工智能作为引领未来的新兴技术，正在影响着社会的方方面面，改变了人们的生产生活方式，同时也带来了科学与技术的革命[4]。2017年，国务院印发的《新一代人工智能发展规划》明确指出，人工智能已成为国际竞争的新焦點，我国应逐步开展全民智能教育项目[4]。STEM 教育是旨在培养创新人才的教育理论与实践[5]。学生在学习过程中，对学习资源进行策略性设计、管理与实施，通过自己的努力最终得出创新成果，在此过程中培养了学生的创新创造能力。

（三）合作学习、沟通交流的能力

在开展STEM 教育时，有时候学习任务是被模糊定义的，甚至是不明确的，这就需要采取一定的手段方式将科学、技术、工程和数学等学科相对分散的知识连接起来，比如项目式教学、问题式教学以及基于设计的教学[6]，采用上面提到的学习方式，学生有了动手操作机会，但是随着而来的是很大的工作量，学生很难独立完成，小组合作在这时就会发挥很大的作用[7]。在小组合作的过程中，小组组员的沟通是很有必要的，它将决定合作学习的效率，甚至是最后的效果。学生在成果展示过程中，会向同伴展示自己的想法和作品的设计，有利于培养学生的沟通交流能力。

二、教育技术学专业STEM课程开展的现状

目前，领域内的专家学者多围绕STEM课程建构、空间建设、教师培养、教学评价、教学活动、资源联合以及机器人教育等热点展开探讨，提出了围绕创新型人才培养、工程设计与STEM课程开发等主题，高校作为培养人才的聚集地，需要大力开展STEM教育。笔者对教育技术学专业STEM课程开展情况进行了分析，梳理出高校教育技术学专业开展STEM课程中遇到的问题。

（一）课程主题吸引力不强

STEM课程大多数是基于跨学科设计的多种主题进行开展的，对跨学科设计的多种主题非常感兴趣的学生相对较少。原因是几个主题的关联性较少，并且每个主题的内容形式都不一样，这就可能导致学生在前一个主题还没有了解透彻就开始进行下一个主题的学习。当学生对活动主题感兴趣程度不高时，探索和学习欲望也不会太高，因此可以看出，多种主题的设计在课堂实践中对提升学生的认知能力、创新能力以及解决问题能力的效果不太好。

（二）课程内容融合不够充分

当前，STEM课程类型大多是科技创造类课程，课程内容与信息技术紧密相关，涉及到科学、数学与工程等学科知识很少，课程内容较为单一。没有真正理解STEM课程中各学科融合在发展学生综合能力上所带来的积极影响和促进作用。窄化了对STEM课程的理解，不利于提升学生的信息素养和创新素养。这就与STEM课程是多学科相结合的课程主旨不相符。

（三）教学方式比较单一

在现实教学中，最常见的情况就是教师往往依据自己的教学经验进行STEM课程授课，这就会出现一个问题，那就是教学方式比较单一。STEM课程在开展过程中，部分教师没有跟上时代的潮流、技术的发展，他们还是根据传统的教学方式来开展教学。单一的教学方式，不利于培养学习者的动手能力以及创造能力。

（四）课程评价方法不足

在进行STEM课程教学时，教学评价环节十分重要。教学评价分为教师评价、学生互评以及学生自评，在学习STEM课程中，学生动手完成了教师布置的任务，甚至有的学生是超额完成，但是由于表达能力的限制，不能把自己的想法和创意很好地表达出来，教学评价环节就会发挥很大的作用。教师评价和学生评价很重要，他们可以从旁观者的角度发表自己的观点，学习者在这个环节可以知道自己的优点与不足，并且进行改进。

三、教育技术学专业STEM课程体系建构

高校教育技术学专业开展STEM课程，主要是以STEM思维方式转变和思维能力提升为培养目标，以激发探索兴趣为出发点，通过系统、科学的课程内容设计和课程体系建设，解决课程主题吸引力不强、课程内容融合不够充分、教学方式相对单一、课程评价方法不足等问题，进而让学生接受系统化、符合其认知发展规律的STEM教育。为此，笔者根据大学生的身心特点、认知发展规律以及高校对STEM课程的要求，在高校课程中融入动手操作、合作探究、项目学习等多种教学方式，重点培养学生德智体美全面发展，建设人工智能类、逻辑程序类、艺术创作类、科学实验类、结构创意类、工程设计类等六大类课程。

（一）人工智能类课程

人工智能时代的来临，给教育界带来了深刻变革。随着STEM课程和创客课程的广泛开展，部分学校和一线教师尝试在STEM和创客等跨学科课程中探索人工智能教育，例如教育机器人、智能识别系统等。这类课程要求学生首先要对编程有一定的了解，其次还需要将科学、技术、工程与数学等学科深度融合，从开始设计到作品完成，每一个过程都需要科学、技术、工程与数学等学科内容的支持，这解决了传统STEM课程中教学内容融合不够的问题。通过设计跨学科整合性、创新性、生活化的机器人案例，让学生在亲自设计的过程中体会设计的思想，注重培养学生的科学素养。选择开放性的教学内容，强调教学方法的多样性，让学生亲自参与到具有创新性的活动中，增加活动趣味性，培养学生的创新能力、实践能力以及解决问题的能力，丰富学生的想象力。

（二）科学实验类课程

科学实验类课程，例如污水净化器、节能电灯等主题课程，该类课程主张使用项目化学习模式。科学实验类课程大多数都以实践操作为主，教师在课堂讲授本节课的知识点后，学生就开始动手操作，教师讲授与学生动手实践相结合，解决了传统课程中教学方式单一的问题。在完成教师布置的学习任务的过程中，培养学习者科学探究能力、创新能力和观察能力等。

（三）结构创意类课程

结构创意类课程，例如乐高、3D打印类课程、激光切割创意课程等，高校STEM课程存在课程主题吸引力不强等问题，结构创意类课程有鲜明有趣的课程主题，可以激发学生的学习兴趣，让学生全身心的投入到课程中。同时，STEM 教育的主旨是通过学习者对科学、技术、工程与数学等跨学科知识的学习，以解决现实生活中真实存在的问题，在这个过程中，可以培养学习者的动手能力、实践能力以及解决问题的能力。

（四）艺术创作类课程

艺术创作类课程，例如剪纸、美术、雕刻、陶瓷等，课程主题鲜明，吸引力强。相比其他类课程，艺术类的课程更能激发学生的学习兴趣。本研究通过整合STEM教学模式构成要素和艺术创造过程，开设艺术创作类课程，重点培养学生的审美能力与艺术创作能力。学校培养师范类学生的艺术创作能力与审美能力有助于其今后开展的实际教学工作。

（五）工程设计类课程

工程设计类课程，例如房屋工程设计、校园设计、游戏设计等，工程设计是 STEM 教育多学科融合的有效纽带，是基于科学原理、技术手段、数学方法解决实际问题的途径。该项目以解决工程问题为课程主线， 融入技术设计、数学和科学知识，以工程设计任务为核心建立教学模式，为学生创设真实情境，以达到培养学生的STEM素养、激发学生学习兴趣的目标。通过该课程的学习，使学生的工程思维得到加固， 逻辑思维得到锻炼， 动手能力和协作能力得到培养， 对工程专业的兴趣得到激发。工程设计类课程不是简单的要求学生完成教师布置的任务，做好自己的作品，重要的是评价环节，学生要在评价环节中认真讲述自己的设计思想及完成情况。教师根据学生在评价过程中的表述和学生最终的作品进行评分，这种评价方式在很大程度上解决了课程评价方法不足的问题。

（六）逻辑程序类课程

逻辑程序类课程，例如Scratch编程、C++编程、Python编程等。近年来，越来越多的学者投入到编程教育，培养科技创新后备力量。由此可见编程类课程的重要性。逻辑程序类课程是必不可少的一类课程。开设逻辑程序类课程，首先要理解计算思维的概念、方法，其次要在设计教学活动的过程中，运用到以上的概念和方法。以培养学习者的计算思维作为核心进行STEM教学的模式，可以提高学生运用数据库相关原理、方法的操作技能，为计算思维背景下的教学模式探索提供了参考。

在教育技术学专业开展STEM课程具有重要意义。在开展上述六类课程的基础上，还需要完善课程设置，创新课程内容。高校建立健全教育技术学专业STEM课程体系，能真正有效地培養和提高学生的创新能力。课程的设置首先要考虑到师范院校和教育技术学专业的特点，分不同层次循序渐进地开展。同时，教师要明确STEM课程的内容，课程内容应根据专业特征，随着信息技术的发展，与时俱进不断更新。

高校对教育技术学专业STEM课程建设要有比较明确的认识。设置STEM方面的系列课程，要建构一个较为完善的课程体系。通过开展STEM前沿讲座，介绍国内外信息技术的最新研究成果以及在教育中的运用与发展趋势，激发教育技术学专业学生的学习兴趣。

四、结论

人工智能时代教育技术学专业开展STEM课程为学生学习新技术和新技能提供了机会，并能提升学生跨学科学习的积极性。STEM教育是培养复合型创新人才的重要手段，需要提升教师的STEM专业素养，促进STEM课程建设。当前，STEM课程体系还不够完善，需要更多的教师和研究者加入到实践探索之中。

[参考文献]

[1]祝智庭.STEM教育的国策分析與实践模式[J].电化教育研究，2017（12）：75-85.

[2]朱学彦，孔寒冰.科技人力资源开发探究 ——美国STEM学科集成战略解读[J].高等工程教育研究，2008（2）：21-25.

[3]张平福.中学STEM课程的开发与实践——以成都电子科技大学实验中学为例[J]，现代教育，2017（7）：16-34.

[4]谢忠新，曹杨璐，李盈.中小学人工智能课程内容设计探究[J].中国电化教育，2019（4）：17-22.

[5]谢丽，李春密.整合性STEM教育理念下的课程改革初探[J].课程·教材·教法，2017（6）：63-68+62.

[6]叶兆宁，杨元魁.集成式STEM教育：破解综合能力培养难题[J].人民教育，2015（17）：62-66.

[7]陈明选，苏珊.STEAM教育视角下教育技术学人才培养的思考[J]，电化教育研究，2019（3）：27-33.

[8]董泽华.试论我国中小学实施STEM课程的困境与对策[J].全球教育展望，2016（12）：36-42.

[作者简介]李巍（1996-），女，河北承德人，江苏师范大学智慧教育学院在读硕士，研究方向：远程教育;郑浩（1997-），男，安徽黄山人，江苏师范大学智慧教育学院在读硕士，研究方向：远程教育;王娟（1979-），女，江苏泗洪人，江苏师范大学智慧教育学院教育技术系主任，教授，博士，研究方向：教育理论与教育管理;远程教育;丁瑞锁（1998-），女，安徽六安人，江苏师范大学智慧教育学院在读硕士，研究方向：远程教育。

[责任编辑 周个妹]