AI 素养导向的人机对话系统教学设计与实践

摘要：为提升师范生的人工智能素养，培养其人工智能教学能力，本文以人机对话系统为例，基于人工智能素养培养理念，结合《中小学人工智能教师能力标准》和《义务教育信息科技课程标准》，对计算机师范专业课程进行了重构，并设计了以学生为主体的教学案例。该案例通过“互动导入—构建机器人—实现对话—优化功能”四个环节，引导学生掌握人机对话系统开发的基本流程，提升其信息意识、计算思维和数字化学习能力。实践表明，该教学设计能够有效激发学生的学习兴趣，提升教学质量。

关键词：人工智能素养；人机对话系统；教学设计；计算机师范专业；教学案例

中图分类号：G424文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2024）35-0013-03开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

0引言

随着人工智能技术的迅猛发展，人工智能在教育领域的应用日益广泛，逐步形成了以提高教育质量、实现个性化教学和管理、优化教育资源配置为目标的智能教育新模式。人工智能的应用促使教育培养目标发生转变：从以知识为核心的培养目标向以人的发展为核心价值的转变[1]。

全球教育发展的推动者联合国教科文组织（UNESCO）在2022年的国际人工智能与教育大会上提出：促使人工智能赋能教师并变革教学。在2023年发布的《生成式人工智能教育和研究应用指南》中指出，人工智能是教育数字化转型的重要组成部分，教师成为微课的设计者，是“情境反应学习”的促进者和指导者。在人工智能教学能力框架中，除了人文价值、人工智能与教学法、使用和创造人工智能工具以促进学习、保护教师权利以及确保人工智能工具的伦理规范等关键领域外，还特别强调了人工智能素养。人工智能素养是广义数字素养的一部分，“发展人工智能素养”成为2024年人工智能教育领域的重点。人工智能素养的核心要素包括AI知识、AI能力以及看待AI的态度，这是适应智能社会所必备的素质。

如何以培养人工智能素养为导向，对计算机专业师范生的核心课程进行重构？如何在教学案例设计中融合人工智能素养教育内容框架的组成部分？这是本文接下来设计与实践的重点。

1AI素养培养为导向的课程重构

从知识的本质来看，智能时代的知识是人类与人工智能通过所处环境的交互而获得的信息，或通过生成性意义建构的结果[2]。通过教育和培训使受教育者具备批判性思考人工智能所需的知识，培养人工智能素养可以提升使用者对人工智能技术的有效利用能力和责任意识[3]。人工智能素养的教育内容框架由AI认知、AI技能、AI应用和AI伦理四大部分组成[4]。

师范院校作为培养教育人才的主力阵地，积极探索“人工智能+”公费师范生培养新模式。以培养人工智能素养为导向，对标中国教育科学研究院研制发布的《中小学人工智能教师能力标准（试行）》（简称《能力标准》）中提出的人工智能理解与意识、基本知识、基本技能、问题解决、教学实践、伦理与安全等6个维度及18项基本技能要求，采用《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（简称《新课标》）作为师范生专业技能实操内容的参考依据。结合《人工智能教育蓝皮书》（简称《蓝皮书》），重构了计算机科学与技术普通师范专业的教育类主干课程。

以“信息科技课程与教学论”为例，将人工智能知识图谱与课程中的教育教学理论深度融合，对课程原有内容进行精简和提炼，重组成不同主题模块，如“建构主义理论”“教学结构理论”“教学模式”“教学设计”“资源设计与应用”等。每一模块与《新课标》、必修教材《数据与计算》及《人工智能初步》的内容结合，并将AI信息教师能力指标嵌入其中，作为教学实操的重要考核依据。

2教学案例设计背景

通过分析《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》全文，共出现了81次“人工智能”一词。《新课标》指出：“人工智能代表了解决社会生活中各种问题的一种思维方式，其最大的教育价值在于启发学生的创新意识。”信息科技教育的核心在于思维培养，强调以学生为主体，提倡“做中学”“用中学”“创中学”。

基于此，围绕《新课标》中提出的“利用开源人工智能应用框架，搭建简单人工智能应用模块，并能根据实际需要配置适当的环境、参数及自然交互方式等”要求，本文设计了一个基于自然语言处理的简单人机对话系统教学案例。

3教学设计案例与实施

本案例面向计算机科学与技术专业的普通高校师范生，旨在引导学生运用人工智能原理，培养计算思维和数字化AI工具应用能力，完成知识建构，提升问题解决能力。教学设计从以下4个方面展开：学情背景分析、学习目标设计、教学活动设计和教学代码设计。

3.1学情背景分析

学习的过程是学习者“意义建构”的过程。学情背景分析需要明确学习者已有知识与待学习知识的关联关系，并分析如何通过积极情绪切入教学内容。

在本案例中，学习者已具备一定的Python编程经验，并对自然语言处理的基本概念有所了解，这为本课程的学习奠定了基础。同时，必修课程人工智能初步中关于陪伴机器人的学习内容与本案例密切相关，为激发学生的学习兴趣和积极性提供了有利条件。

3.2学习目标设计

在“教师为主导，学生为主体”的教学指导思想下，结合《新课标》要求，从学习者培养的角度出发，明确学习目标。需要注意的是，学习者的目标描述不同于教学目标。本案例以培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新能力[5]为核心目标，具体包括以下几点：1）掌握人机对话系统的简单实现技术，包括创建Chatbot的算法步骤；2）理解Chatbot人机对话的检索原理；3）学会完善Chatbot智能的方法。

通过“从简单到复杂”的循序渐进学习实践，学生将提升对信息的敏感度和判断力，形成计算思维，并利用Chatbot工具完成个性化的人机对话系统设计。最终，学生能够形成正向、理性的信息社会责任感。

3.3教学活动设计

教师作为“情境反应学习”的促进者和指导者，教学活动的设计是教学案例的核心环节。基于《中小学人工智能教师能力标准（试行）》的6大维度，教学活动需满足具体能力指标。以下是人机对话系统教学活动的设计（A1～A6），具体见表1。

表1中A1～A6活动的设计意图和预期效果达成情况分析如下：

1）A1的设计意图是激发学生对人工智能及人机对话技术的兴趣，激起对聊天机器人对话原理的探究欲望。学生的积极应答表明该环节达到了预期效果。

2）A2的设计意图是让学生充分融入教学情境，并锻炼学生的思维能力。学生能够自主推导出构建聊天机器人的三个步骤，这表明预期效果得以实现。

3）A3的设计意图是通过“做中学”实现理论与实践的结合，即学即用，将知识转化为实际成果。学生通过亲身实践体验构建聊天机器人并与之对话的过程。实践中，90%的学生能够独立实现简单的聊天功能，其余学生通过互助方式也达成了目标。

4）A4的设计意图是激发学生的创新意识，引导学生不满足于知识的重复应用，而是不断改进并突破自己的作品。预期目标是所有学生掌握导入语料库的方法，部分学生对语料库建设表现出浓厚兴趣。实践结果表明目标已达成。

5）A5的设计意图是激发学生对Chatbot更多适配器的自主学习兴趣，推动学生探究与创新能力的培养。预期目标是所有学生掌握简单的数学和时间逻辑适配器的使用，部分学生对更复杂的适配器产生兴趣。实践中，目标得以实现。

6）A6的设计意图是帮助学生完成学习回顾，促进所学知识的内化，并激发学生对后续学习的积极性，从而进入良性学习迭代周期。实践中，学生自主发现三个步骤中输入和输出环节尚未优化，并对下节课的语音识别和语音合成知识表现出浓厚兴趣，期望通过学习进一步完善自己的Chatbot。预期目标得以实现。

在A1～A6教学活动中，教师通过多种资源构建情境，师生与AI工具在所处环境中的交互过程中获取信息，并进行生成性意义的建构。

3.4教学活动中的代码设计

在《新课标》中，人工智能是一条“看得见的脊梁”，而编程则是一条“看不见的脊梁”。教学设计的重点是将核心素养目标的各个碎片串联起来。编程并非仅仅是技能的体现，例如AI算法的实现，编程只是算法实现的一个环节，关键在于算法如何实现。

表2给出了表1中教学活动A3～A5的主要步骤及其对应的参考代码，供教学设计参考。

在Chatbot构建聊天机器人的教学过程中，代码始终围绕教学活动中的构建步骤展开。代码语法并非教学关注的重点，实践中可采用代码块的方式，通过拼接、补全等工具和方法的使用，弱化对语法格式的要求，引导学生关注算法的实现思路和流程。教学的重点在于培养学生的计算思维、协作能力和创新精神。

4总结

以AI素养培养为导向的教学设计，着力于培养学生在日常应用中对人工智能技术的自主思考、分析与实践能力；引导学生关注身边的人工智能技术，激发其探究原理的动力；通过多样化的资源和工具，培养学生对AI应用成果的创新思维与动手实践能力，使学生能够运用所学的AI知识服务于日常生活实践。

在自然语言处理之人机对话系统的教学设计中，充分发挥了学生的主体性。教学设计逻辑严密、层层递进，符合学习认知规律。课堂结构的每一步都提出了相应的问题，引发学生思考并得出解决方案。学生通过“做中学”，以主体身份完成了聊天机器人的不断优化与升级。教与学两个层面均取得了良好效果。教学是一个动态、不断迭代的过程，随着AI应用素材的积累，教学实践方法与内容深度融合，逐步形成了一种实操性强的教学模式。

参考文献：

[1]黄荣怀.人工智能正加速教育变革：现实挑战与应对举措[J].中国教育学刊，2023（6）：26-33.

[2]孙立会，沈万里.论生成式人工智能之于教育的命运共同体[J].电化教育研究，2024，45（2）：20-26.

[3]徐丹，段晓雯.人工智能素养：高等教育的挑战与应对：《2024地平线报告：教与学版》的解读与启示[J].开放教育研究，2024，30（3）：24-36.

[4]黄如花，石乐怡，吴应强，等.全球视野下我国人工智能素养教育内容框架的构建[J].图书情报知识，2024，41（3）：27-37.

[5]何克抗.核心素养的内涵、特征及其培育[J].中国教育科学（中英文），2019，2（3）：114-122.

【通联编辑：唐一东】

基金项目：湖南省普通高等学校教学改革研究项目：“人工智能+”背景下地方师范高校继续教育高质量人才培养路径研究（202401000533）；湖南师范大学教师教育改革研究实践项目“AI+教育”计算机科学与技术（公费师范）本科生培养新模式研究与实践（217000210253）