人工智能教育资源建设： 基于“连接学习”教育资源库的探析

摘   要：随着诸多技术走进学校课堂，人工智能也逐渐受到教育工作者的重视。为了使人工智能在教育领域发挥最大的作用，联合国教科文组织及许多国家的教育平台对人工智能的相关资源进行了开发与汇总。文章主要聚焦当前面向K-12教育阶段的“连接学习”人工智能教育资源库，对资源库中的内容从基础知识、技术的应用与实践两方面进行阐述，结合当前我国人工智能教育资源的建设现状进行分析并提出三点建议，以期为我国相关教育研究提供一定参考。

关键词：人工智能 教育资源 K-12教育

一、引言

从教育技术的角度回顾，教育发展史可以看作是教育学者不断探索各时代新兴技术与教育相结合的历史，各类技术的特点不同，和教育的适配度不同，在教育中的应用方式和程度也不同。以前的广播、电视教学已无法满足学习者的多样学习需求，学习者希望更便捷地获取更丰富的知识。在近些年出现的诸多新兴技术中，人工智能（AI）因其可应用的范围广泛、技术发展更新迅速、能够借助互联网力量获得诸多资源等优势，在教育领域得以快速开发应用。从目前来看，人工智能为教育领域带来了一些影响，其在教学中的应用种类颇多，如在课堂内为学生提供个性化的教学服务，在课后根据学生的学习进度提供相应的辅助资料，为成人学习者提供专业化的辅导。

联合国教科文组织（UNESCO）一直致力于研究人工智能在教育领域的应用，尤其是在人工智能教育资源开发方面，收集各国教育部或人工智能研发中心开发的教育平台或程序等并进行推广，对各国开发的人工智能教育程序授予奖项，期望各国能够使用人工智能算法改善教学[1][2]。UNESCO认为，学生如果能够了解人工智能的含义、掌握人工智能相关知识和技能，那么在今后的信息化教学中就能够更快地适应学习方法的转变。为此，UNESCO与爱立信公司于2020年5月共同推出了面向K-12教育阶段所有教育工作者和学生的“连接学习”（Connect to Learn）人工智能教育资源库，旨在集成各类人工智能教育平台和工具，方便学生使用人工智能技术进行学习探索，提升教师信息素养、为课堂注入活力[3]。本文重点对该资源库进行汇总分类，以期帮助我国教育工作者了解与人工智能相关的教育资源建设现状，方便教师在该资源库中快速找到所需资源，为未来教育变革做准备。

二、“连接学习”人工智能

教育资源库的结构与内容

国内外现有教育资源库种类繁多，需了解其定位才能更好地为师生服务。数字化或信息化教育资源库的建设重点在于依托技术手段，对各类资源进行数字开发或转化，并在在线环境下进行存储和使用[4]。从技术的角度来看，现有的人工智能教育资源库的建设理念与数字化或信息化教育资源库建设理念相同，各类人工智能知识、依托人工智能技术开发或教授人工智能技术的应用程序同样以数字化的方式存储使用;但从资源库的内容角度来看，数字化或信息化教育资源库包含了各教育阶段、各学科乃至终身学习的内容，人工智能教育资源库隶属于数字化或信息化教育资源库，但更加聚焦，其知识领域有着明确的界限。

“连接学习”人工智能教育资源库以人工智能为核心，向机器学习、编程、神经网络等其他与人工智能密切相关的概念扩散。目前，“连接学习”人工智能教育资源库包含多种语言，并向教育工作者和学生免费开放，每种语言的资源内容、形式以及教育目的各不相同，形式大致包括视频、平台、文档、软件或程序、集成性平台五大类。建设此人工智能教育资源库的主要目的是为学校师生提供帮助，便于教师在深入理解人工智能的含义和工作方式的前提下，使用技术提升教学质量;教师在课堂中应用人工智能技术以不同的呈现方式讲解课程内容，学生也能够通过不同的途径学习人工智能知识，并将其转换为实用的技能，实现知识架构的自主建设。如果按学习过程进行结构划分，该教育资源库大致可以分为人工智能的含义及基本原理等基础知识、人工智能技术的应用与实践两大类，前者可以作为后者学习的基础，学习者在掌握基础知识的前提下更好地开展实践。目前该教育资源库仍在持续地进行更新。

（一）人工智能相关基础知识建设

对于教师和学生来说，应用的前提是理解，在使用人工智能技术进行课程开发或学习之前，首先最重要的就是理解人工智能的含义、技术的基本工作原理、相关的概念等，做好认知层面的知识架构。目前，“连接学习”人工智能教育资源库关于基础知识的介绍颇多，并以不同的形式提供，包括书籍、会议、科普视频等。

其一，书籍。为了方便教育工作者和学生查找，多个学习平台对教育资源进行了汇总，如资源库中集成性的在线图书馆“达富尔”对人工智能领域阿拉伯语相关优质书籍进行了整理，学习者可以根据自己的需求选择性阅读。该图书馆中的人工智能在线书籍供读者免费阅读，且内容涉猎广泛，如人工智能基本原理、与计算机结合下的知识与应用、相关争议问题答疑以及人工智能各类分支技术的发展历史，包括专家系统、神经网络概述等，各类资源皆能够帮助师生学习关于人工智能的各类知识[5]。其二，会议。各国召开的人工智能相关会议紧跟技术前沿，如欧洲互联网专业学院（？魪cole Européenne des Métiers de l'Internet，l'EEMI）召开面向青少年的人工智能会议，重点介绍人工智能不同的发展阶段、人工智能在不同领域的应用，并对未来的机遇和风险进行了详述[6]。其三，科普视频。简短生动的科普视频符合学生碎片化的学习习惯，也十分适合K-12教育阶段学生的认知水平，是一个学习知识的良好渠道。法语资源平台ClassCode发起“IAI项目”，通过视频介绍明确界定了人工智能的定义，讲解了人工智能和机器学习的原理以及在生活中的应用，并详细说明了作为教育的工具，人工智能将如何促进教学的发展[7]。除学生以外，教师群体同样需要面对庞大的人工智能知識资源库，如何把握其在课堂中的应用界限十分重要。为此，UNESCO发布“思考人工智能伦理视频”并提出，作为将人工智能技术引入课堂的人，教师在了解其透明运作机制的前提下才能更好地对学生负责，教师需要承担技术的使用责任，更需要承担技术与教学融合的责任。[8]

（二）人工智能应用与实践建设

除基础知识外，目前的人工智能教育资源库多将建设重点放在技术的应用上，促使技术与教育的各个学科或领域相结合，开发出不同类别的人工智能程序或软件，期望学习者能够在实践的过程中培养自己的技能。“连接学习”教育资源库中包含的人工智能程序或教育平台涉及多个主题，且适用于不同的年龄层次和认知水平。若从学习者的角度进行划分，已有的程序或平台又可以分为技术支撑的被动型人工智能应用和认知结构主导的主动型人工智能实践，其中前者多以技术为主，学习者的思维随着设定好的程序发展，而后者则将学习的主动权交予学习者，学习者可以使用技术自主决定自我学习与实践的过程。不同的程序或平台对于学习者的先前经验要求不同，教育工作者在选择时需要做多方面考虑。

1.技术支撑的被动型应用

被动型人工智能应用以技术为主，设定好既定的程序步骤后由技术引导学习者完成任务，学习者更多地是去理解程序提供的人工智能相关内容，其知识架构的过程较为被动。此类人工智能应用虽然涉及多个教育领域，但大多数内容较为浅显，适合年纪较小、思维模式相对简单的儿童，且多以游戏的方式出现，可以作为课堂教学的补充。

“连接学习”人工智能教育资源库中的应用涉及音乐、绘画等多个学科，如“快速涂鸦”这一款基于机器学习的游戏，该平台具有中英两个语言版本，学生根据提示绘制图画，平台使用神经网络技术猜测绘制的内容，且学生使用的次数越多，技术越完善。在绘制图画以及接受平台反馈的过程中，学生能够简单地了解机器学习和神经网络工作的原理[9]。在用于创作音乐的英文资源平台MixLab中，学生首先观看人工智能技术及其使用方式的科普视频，然后通过语音告诉平台自己需要的音乐和声音，查看人工智能程序响应语音命令的结果，从而理解程序的运行原理[10]。类似的音乐创作平台还有AI Duet，平台使用机器学习技术、由神经网络建立音符和时间图，学生演奏虚拟音符以等待神经网络的响应[11]。除了单一的学科，名为“AI还是人类”的法语资源平台为学生提供了包括面部识别、脚本、文本、音乐以及四项随机混合在内的五种游戏，每种游戏随机出现人工智能技术生成的虚拟结果和生活中真实存在的事物，由参与者鉴定该事物属于哪一种类，最终告知学生正确结果。开发该平台的目的是通过轻松愉快的方式让学生了解人工智能技术的应用原理[12]。可以看出，当下技术引导的人工智能教育应用多以娱乐为主，若要应用到正式的课堂教学中，还需要做进一步的改进，或作为课堂的补充，用于开发低年级学生的智力，起到活跃课堂气氛的效果。

2.认知结构主导的主动型实践

主动型实践的目的是帮助学习者在“做中学”，从而自主构建认知结构，在多个技术模块的支持下，学生使用不同的技术创建自己的项目。在此类教育程序或平台中，人工智能已不再是学习的重点，最终的教学目标是学生使用技术创建并完成自己的人工智能项目和作品，使学生能够借助平台掌握人工智能的实用技能、促进自身发展。此类实践平台要求学生具备一定的知识基础、能够独立自主地进行学习和思考，而现有的主动型实践平台多以编程为主，以美国麻省理工学院媒体实验室（The MIT Media Lab）的Scratch项目为技术依托。在Scratch项目中，学生只需要拖动图形化程序块就可以设计内容不限的互动故事、游戏和动画，以此使学生掌握自主编写人工智能程序的能力。此外，Scratch项目还为教育工作者提供了“教育家指南”，幫助教师将项目引入课堂、设计创造性的课堂活动和策略。[13]

以Scratch项目为基础，加拿大编程教育平台KCJ提供了三种活动，目的是培养儿童使用编程解决现实生活中问题的能力。其一，KCJ平台为教育工作者提供教育和培训材料，以及探索和学习编程、计算机思维、人工智能等的教学工具，帮助教师将其融入到不同学科的课程中。其二，KCJ平台为学生提供了各类研讨会，与学生一起使用Scratch编程平台制作有关于实际生活的视频游戏，涉及艺术、科学、运动等多门学科。其三，为确保每个初学者都能够有继续学习和创造的场所，KCJ平台在加拿大各省和各地区创建了免费的编码俱乐部（Code Club），俱乐部采用基于挑战的学习方式，学生使用平台提供的学习材料并在导师的指导下完成动画、游戏、网站制作等各类项目。[14]

三、对我国人工智能

教育资源库建设的启示与建议

（一）人工智能教育资源建设应符合布鲁姆三维目标

人工智能包含多个分支，能够在教育领域和多个学科进行交叉结合，因此目前面向K-12教育阶段开发的人工智能教育资源种类繁多。以布鲁姆的三维目标原则为依据，本文认为，“连接学习”人工智能教育资源库在广度上已经涉及到了认知、技能和情感三方面，相关基础知识的学习让学生对人工智能有了一个基础的认识，三类资源的开发皆注重培养学习者的数字素养，也充分考虑到了学习者不同的认知水平，建构起一个整体框架。被动型人工智能应用以生动活泼的游戏模式让学生能够对人工智能产生兴趣;主动型人工智能实践则通过让学生自主设计培养其应用技术的能力。我国在此方面虽然刚刚起步，但已经取得了不小的成效，如北京师范大学于2020年启动的“青少年人工智能创新计划”（元卓计划），通过提供基础启蒙视频并开展人工智能项目学习，培养青少年对于人工智能技术的兴趣并帮助其掌握知识技能，该创新计划也会将优质的人工智能算法案例转化为符合学生认知水平的人工智能教育案例，供教育工作者在教学中使用[15]。“青少年人工智能创新计划”专业化的理论讲解结合生活化的实例展示，让学习者多方面、多层次地理解人工智能的含义及其在生活中的应用实例，但目前此类教育资源的使用尚处于初始阶段，更多地起到启蒙的作用，在今后的应用中仍需要以布鲁姆三维目标为原则深入发展与改进。

（二）加强教育资源间的连接，为课堂教学中的应用做准备

从深度的教学内容角度进行分析，“连接学习”人工智能教育资源库在知识讲解方面的建设已较为完善，涉及多个层次和多个方面，但从知识到技能之间的衔接比较薄弱，学生很难将理论与实践结合起来运用。在人工智能的技能掌握方面，被动型应用形式单一，游戏的方式更适合用于混合式教学，学生在课下进行自我探索，从而将课上的时间用于交流答疑，在传统面授课程中则会过多占据教学时间;主动型实践虽包含有多个平台，但现有平台大多数以编程为主，内容过于单一，教育工作者在真实的教学中还需要开发出新的应用方式，并且现有的人工智能技术在课堂中的应用多用于数学和计算机科学学科，在其他学科中的应用尚未有系统的、可借鉴的教学方法。因此，“连接学习”教育资源库虽内容丰富，但仍有很大的改进空间，需要注意内容之间的衔接以及与课堂的结合。

（三）重点关注教育工作者，为其提供支持

我国现有的K-12教育阶段人工智能教育资源开发与应用主要以学习者为中心，多数资源的目标人群是有着学习需求的学生。教学设计者在进行教学开发时需要有一定的辅助资料才能更好地开发人工智能课程材料，教师在教学时需要有一定的教学指导才能理解内容并进行输出。不同的目标群体需要不同类型的技术或资源支持。国内外的相关教育资源在此方面都需要加以改进。以国内为例，我国的“小猴编程”和“Mind+”两个人工智能教育平台更加注重为适龄学生提供技术和资源的支持以及编程与不同年级课程的融合[16][17]，这在一定程度上减轻了教育工作者在课堂中融合技术的困难，但教师还需要其他各类专业性培训和相关支持，以便在课堂中顺利应用，更好地进行教学创新。

参考文献：

[1]UNESCO. ICT in education prize[EB/OL].（2005）[2020-08-08].https：//en.unesco.org/themes/ict-education/ict-education-prize.

[2]UNESCO. The 2019 ICT prize recognizes eight nominees using Artificial Intelligence in Education[EB/OL].（2020-07-01）[2020-08-08].https：//en.unesco.org/news/2019-ict-prize-recognizes-eight-nominees-using-artificial-intelligence-education.

[3]李卉萌.UNESCO与爱立信公司推出K-12人工智能教学平台[J].世界教育信息，2020，33（7）：76.

[4]刘慧.高中历史信息化教育资源库应用探索[J].中国教育技术装备，2016（11）：57-58.

[6]Ecole Européenne des Métiers de l'Internet.Teen-code[EB/OL].（2016-05-02）[2020-08-09].http：//teen-code.com/2018/05/08/conference-intelligence-artificielle/.

[7]ClassCode. IAI Program[EB/OL].（2014-07-29）[2020-08-10].https：//pixees.fr/classcode-v2/iai/.

[8]UNESCO.Do you know AI or AI knows you better？Thinking ethics of AI[EB/OL].（2019-08-28）[2020-08-10].https：//www.youtube.com/watch？time_ continue=13&v=im0XTC91qMI&feature=emb_logo.

[9]Google.Quick draw[EB/OL].[2020-08-11].https：//quickdraw.withgoogle.com/.

[10]Google.MixLab[EB/OL].[2020-08-11].https：//mixlab.withgoogle.com/.

[11]Google.AI duet[EB/OL].（2017-05）[2020-08-12].https：//experiments.withgoogle.com/ai-duet.

[12]IA & Human events： Nantes Maker Campus[EB/OL].（1995-01-01）[2020-08-12].https：//iaandhuman.univ-nantes.fr/.

[13]The MIT Media Lab. Scratch[EB/OL].（2006）[2020-08-12].https：//scratch.mit.edu/.

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

[15]互聯网教育智能技术及应用国家工程实验室等.青少年人工智能创新计划[EB/OL].（2020）[2020-08-10].http：//yuanzhuo.bnu.edu.cn/course/79？ref=relatedCourseSets.

[16]好未来.小猴编程[EB/OL].[2020-08-14].https：//www.xiaohoucode.com.

[17]DFRobot. Mind+[EB/OL].（2013）[2020-08-14].http：//mindplus.cc/.

编辑 朱婷婷   校对 王亭亭