中小學(xué)教師人工智能教學(xué)能力提升

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摘要：人工智能技術(shù)對國家的發(fā)展起到了重要作用。中小學(xué)階段的人工智能教育可以為學(xué)生的信息素養(yǎng)打下良好的基礎(chǔ)，然而師資力量面臨著較大挑戰(zhàn)。本文通過對中小學(xué)人工智能教育研究現(xiàn)狀與問題的分析，從實(shí)施組織架構(gòu)與培養(yǎng)模式兩個角度出發(fā)，提出通過多主體協(xié)作來提高師資培養(yǎng)的組織實(shí)施能力，以成果為導(dǎo)向來解決師資水平參差不齊、學(xué)習(xí)時間難以統(tǒng)一的問題，并構(gòu)建了“4+1”中小學(xué)人工智能教師培訓(xùn)內(nèi)容體系。

關(guān)鍵詞：人工智能；多主體；成果導(dǎo)向；師資培養(yǎng)

目前，我國中小學(xué)數(shù)量超過了20萬所，中小學(xué)人工智能師資力量面臨著較大的缺口。因此，解決當(dāng)前師資不足的一個有效途徑是培養(yǎng)現(xiàn)有的中小學(xué)信息技術(shù)教師。

一、中小學(xué)開展人工智能教育研究的現(xiàn)狀與問題

1.國內(nèi)外現(xiàn)狀2005年，美國學(xué)者Koehler和Mishra提出了整合技術(shù)的學(xué)科教學(xué)知識TPACK，整合技術(shù)的教師知識能力發(fā)展遵循相同的曲線，都包含認(rèn)識、接受、適應(yīng)、探索和進(jìn)階應(yīng)用五個階段，被認(rèn)為是全新的教師知識能力結(jié)構(gòu)框架，得到了全球?qū)W者的廣泛關(guān)注，相關(guān)研究包括TPACK理論框架、TPACK測量和基于TPACK的教師信息技術(shù)應(yīng)用能力培養(yǎng)實(shí)踐等[1]。2018年5月，美國人工智能學(xué)會和CSTA聯(lián)手成立并了面向所有孩子的“AI4K12”人工智能教育項(xiàng)目，其主要目標(biāo)是制定類似于國家計算機(jī)教育的K-12人工智能國家指南，提出了人工智能基礎(chǔ)教育的五大概念，分別是感知、表示、推理、學(xué)習(xí)、自然交互以及社會影響，其突出特點(diǎn)是既覆蓋人工智能的主要技術(shù)領(lǐng)域，又能夠讓教育工作者與實(shí)際相結(jié)合開展人工智能的相關(guān)教學(xué)。其中，麻省理工學(xué)院的教師在美國中學(xué)面向中學(xué)生開展了為期一周半的人工智能倫理課程，并為4~6歲兒童提供了具有人工智能技術(shù)的機(jī)器人學(xué)習(xí)套件[2]。由聯(lián)合國教科文組織與美國國際教育技術(shù)協(xié)會、思科、英特爾和微軟等機(jī)構(gòu)廠商協(xié)商制定了信息和通信技術(shù)能力框架ICTCFT，并定期更新。該框架規(guī)定了教師在專業(yè)實(shí)踐中需融入的技術(shù)能力，以便在數(shù)字時代與學(xué)生一起形成批判性意識、知識和能力。該框架強(qiáng)調(diào)數(shù)字技術(shù)在以下六個關(guān)鍵知識領(lǐng)域的作用：理解教育中的信息通信技術(shù)、課程與評估、教學(xué)法、信息通信技術(shù)、組織與管理及教師專業(yè)學(xué)習(xí)[3]。與國外先進(jìn)國家相比，我國新一代人工智能教育的開展程度相差并不大，從中小學(xué)到高等院校都在積極探討如何對學(xué)生有效開展人工智能教育。開展人工智能教育的形式有：國家課程及以“機(jī)器人教育”“創(chuàng)客教育”“STEM教育”“人工智能教育”等命名的校本課程和校內(nèi)教育活動各類與信息技術(shù)教育相關(guān)的科技創(chuàng)新競賽活動，和校外培訓(xùn)機(jī)構(gòu)開展的編程、機(jī)器人、創(chuàng)客、STEM、無人機(jī)及人工智能等主題教育活動[4]。李志義提出解決中小學(xué)人工智能課程師資問題的方法是通過鼓勵高校教師當(dāng)兼職教師、在校老師培訓(xùn)提升以及高校開設(shè)培養(yǎng)面向中小學(xué)人工智能教育師資的專業(yè)[5]。

2.存在問題分析第一，師資方面。人工智能科班出身的教師稀缺。現(xiàn)有的授課教師缺乏對人工智能學(xué)科知識體系的整體把握，不熟悉行業(yè)的應(yīng)用技術(shù)，使得他們難以根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)來開展人工智能教學(xué)活動。第二，培訓(xùn)方面。現(xiàn)有的師資培訓(xùn)覆蓋面不足，只有少部分的教師有機(jī)會參加人工智能技術(shù)的培訓(xùn)。在培訓(xùn)內(nèi)容上，選取的內(nèi)容較寬泛，聚焦的深度不夠。第三，技術(shù)方面。人工智能技術(shù)發(fā)展快，涉及知識面廣，理論與應(yīng)用較為深奧，學(xué)習(xí)起來難度較大。要求教師掌握人工智能技術(shù)的要領(lǐng)，并將其消化傳授給學(xué)生，具有較大的挑戰(zhàn)性。第四，教學(xué)資源方面?，F(xiàn)有直接用于授課的教學(xué)資源較少并且陳舊。教師需要花費(fèi)大量的時間去查找資料、調(diào)試、驗(yàn)證與設(shè)計教案。第五，培訓(xùn)時間方面。中小學(xué)教師承擔(dān)著學(xué)校的信息化課程授課，日常工作較為繁忙，難以抽出時間來接受長時間的脫崗培訓(xùn)。第六，基礎(chǔ)方面。不同教師的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)不一樣，將他們分在同一個短期的培訓(xùn)班中，教學(xué)效果難以取得兼顧和平衡。因此，做好中小學(xué)教師人工智能教學(xué)能力提升工作，為他們提供系統(tǒng)的培訓(xùn)、技術(shù)支持以及教學(xué)資源服務(wù)，已成為急須解決的問題。

二、中小學(xué)教師人工智能教學(xué)能力提升方案

1.多主體協(xié)作的實(shí)施框架針對目前中小學(xué)人工智能師資培訓(xùn)單一、組織效率不高等問題，本研究通過在實(shí)踐中探索改進(jìn)，提出了多主體協(xié)作開展中小學(xué)人工智能師資提升的實(shí)施框架，如圖1所示。該框架自下而上，分為實(shí)施基礎(chǔ)、實(shí)施主體和實(shí)施內(nèi)容三部分。下面對多主體協(xié)作的中小學(xué)人工智能師資提升實(shí)施框架的特點(diǎn)、各參與方所扮演的角色進(jìn)行分析：（1）打下扎實(shí)的實(shí)施基礎(chǔ)開展高質(zhì)量的中小學(xué)人工智能師資培訓(xùn)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，需要發(fā)揮校、企、院、會等利益相關(guān)方的優(yōu)勢，進(jìn)行任務(wù)合理的分工，為開展培訓(xùn)組織工作打下扎實(shí)的實(shí)施基礎(chǔ)。各個主體的角色具體如下：市教育局發(fā)揮主管單位作用，提供政策、資金方面的支持；市教育研究院發(fā)揮理論研究強(qiáng)，管理全市中小學(xué)教研活動的優(yōu)勢，提供信息技術(shù)教學(xué)法支持；市教育學(xué)會發(fā)揮組織協(xié)調(diào)能力，提供業(yè)務(wù)與調(diào)研支持；企業(yè)發(fā)揮其掌握最新的人工智能應(yīng)用技術(shù)的優(yōu)勢，提供一線企業(yè)人工智能技術(shù)應(yīng)用案例與實(shí)驗(yàn)設(shè)備；中小學(xué)發(fā)揮作為基層單位負(fù)責(zé)具體實(shí)施的作用，積極輸送教師參與培訓(xùn)，并在培訓(xùn)后對教師轉(zhuǎn)化實(shí)施所學(xué)知識提供良好的條件；高校發(fā)揮人工智能學(xué)科研究與實(shí)踐的優(yōu)勢，提供師資力量支持。（2）創(chuàng)建協(xié)作多方的實(shí)施主體在多方主體的支持下，成立一個能夠協(xié)作多方的負(fù)責(zé)具體實(shí)施的主體，依托所創(chuàng)建的人工智能教育師資研訓(xùn)基地，共同推廣人工智能教育在K12和中等職業(yè)教育中的開展，推進(jìn)人工智能師資力量培養(yǎng)、人工智能科普教育、信息智能人才培養(yǎng)、人工智能教育研究和相關(guān)的職業(yè)技能鑒定等項(xiàng)目的開展。（3）開展多樣化的人工智能師資提升行動搭建人工智能師資研訓(xùn)基地網(wǎng)站，相關(guān)通知，分享技術(shù)動態(tài)與教學(xué)資源。在人工智能師資培訓(xùn)上，做到常規(guī)化、制度化。開展的形式不只局限于單純的人工智能技術(shù)培訓(xùn)，還開展人工智能教學(xué)方法研討、教學(xué)資源開發(fā)等，多維度地為教師開展人工智能教學(xué)提供支持服務(wù)。

2.基于OBE的成果導(dǎo)向教育美國學(xué)者Spady于1981年提出了以成果為導(dǎo)向的培養(yǎng)理念（Outcomebasededucation，簡稱OBE）。經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)形成了成熟的理論體系，該理論成為了歐美發(fā)達(dá)國家主流的教學(xué)理念，為新工業(yè)革命背景下工程教育追求卓越指明了方向[6]。成果導(dǎo)向教育允許學(xué)習(xí)者在統(tǒng)一的培養(yǎng)模式中，遵照能力本位，按照其各自的差異性開展個性化的學(xué)習(xí)。教師能夠較好地掌握學(xué)習(xí)者不同的個體學(xué)習(xí)狀態(tài)，及時調(diào)整教學(xué)活動，采用不同的方式方法讓學(xué)習(xí)者達(dá)到“成功”，并進(jìn)一步促進(jìn)他們更加成功地開展學(xué)習(xí)。這種模式非常適合中小學(xué)教師學(xué)習(xí)基礎(chǔ)差異較大，學(xué)習(xí)時間難以統(tǒng)一的情況。根據(jù)成果導(dǎo)向的“反向設(shè)計”理論，從中小學(xué)人工智能教師需求出發(fā)確定培養(yǎng)目標(biāo)，由培養(yǎng)目標(biāo)確定培養(yǎng)培訓(xùn)內(nèi)容體系，然后確定教學(xué)策略和學(xué)習(xí)評價。（1）確定培養(yǎng)目標(biāo)根據(jù)人工智能技術(shù)的發(fā)展及國家對中小學(xué)生人工智能能力的要求，梳理出中小學(xué)人工智能教師的培養(yǎng)目標(biāo)為：具有一定的人工智能基本理論知識，能夠應(yīng)用主流工具開發(fā)簡易的圖像、語音、語義等人工智能應(yīng)用，能夠設(shè)計符合中小學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)的體驗(yàn)化人工智能教案?？紤]到中小學(xué)人工智能教師的角色要求是只需懂得中小學(xué)層次的人工智能教育，并不需要達(dá)到人工智能程序員或者研究者的程度，因此這里的“簡易”是指能夠體現(xiàn)出人工智能技術(shù)特征的簡單應(yīng)用，區(qū)別于專業(yè)公司開發(fā)的人工智能應(yīng)用產(chǎn)品。（2）構(gòu)建培訓(xùn)內(nèi)容體系構(gòu)建“4+1”培訓(xùn)內(nèi)容體系，以達(dá)成學(xué)習(xí)成果。每個培訓(xùn)單元應(yīng)能映射到培養(yǎng)目標(biāo)的能力。圖2所設(shè)計的中小學(xué)人工智能教師培訓(xùn)內(nèi)容體系得到5大學(xué)習(xí)成果，其中縱向1至4的學(xué)習(xí)成果體現(xiàn)了由初級到高級的階段，在橫向1至4的每個學(xué)習(xí)成果達(dá)成后，都應(yīng)在該學(xué)習(xí)成果基礎(chǔ)之上，能夠進(jìn)一步達(dá)到學(xué)習(xí)成果5，即能夠設(shè)計對應(yīng)的符合中小學(xué)生學(xué)習(xí)特點(diǎn)的人工智能教案。要求教案內(nèi)容直觀，體現(xiàn)較強(qiáng)的互動性，內(nèi)容容易被理解和易于被體驗(yàn)。（3）確定教學(xué)策略根據(jù)“4+1”中小學(xué)人工智能教師培訓(xùn)內(nèi)容體系，按照教學(xué)內(nèi)容、專題、難度等分期組織不同的培訓(xùn)班開展培訓(xùn)。每個培訓(xùn)班都有具體的學(xué)習(xí)目標(biāo)。將學(xué)員的學(xué)習(xí)過程劃分為不同的階段，學(xué)員可以根據(jù)自己的能力情況選擇不同的培訓(xùn)，從而使得他們可以利用不同的時間參加不同的培訓(xùn)班，但最終都能具有相同的相應(yīng)層次的人工智能教學(xué)能力。教學(xué)方式分“線上+線下”的混合方式。采用“以學(xué)生為中心的”培養(yǎng)模式，教學(xué)案例應(yīng)具有分層性、遞進(jìn)性，由淺入深。（4）培訓(xùn)效果評價與傳統(tǒng)的只關(guān)注學(xué)習(xí)時間、學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)方式不同，培訓(xùn)效果評價聚集在中小學(xué)教師的學(xué)習(xí)成果上。與中小學(xué)教師個人的歷史學(xué)習(xí)進(jìn)步情況做對比，評價其達(dá)成的人工智能教學(xué)能力內(nèi)涵。根據(jù)掌握程度，給予不熟練、優(yōu)秀等評定等級。

三、實(shí)施效果

本文從多主體協(xié)作、以成果為導(dǎo)向兩個角度出發(fā)，提出了一種面向中小學(xué)人工智能師資培養(yǎng)的模式，并在實(shí)踐應(yīng)用中證明了能夠較好地提高中小學(xué)人工智能師資培養(yǎng)的效率。它的特點(diǎn)和優(yōu)勢如下：（1）多主體協(xié)作開展培訓(xùn)組織工作改變了傳統(tǒng)單一的實(shí)施主體力量不足，培訓(xùn)覆蓋面不夠，培養(yǎng)手段單一的缺點(diǎn)。將中小學(xué)教師人工智能培訓(xùn)有關(guān)的各方力量組織起來，形成合力。了鼓勵中小學(xué)教師接受培訓(xùn)的政策文件，使得培訓(xùn)具有持續(xù)性和系統(tǒng)性，受益群體更廣。（2）以成果為導(dǎo)向開展培訓(xùn)實(shí)施工作明確了中小學(xué)教師的人工智能培養(yǎng)目標(biāo)和學(xué)習(xí)成果，建立了系統(tǒng)化的以“學(xué)習(xí)者為中心”的培養(yǎng)模式，設(shè)計了分層的培訓(xùn)內(nèi)容體系，有效地解決了中小學(xué)教師基礎(chǔ)不同，學(xué)習(xí)時間不同的難點(diǎn)問題。

參考文獻(xiàn)

[1]徐鵬.人工智能時代的教師專業(yè)發(fā)展———訪美國俄勒岡州立大學(xué)瑪格麗特•尼斯教授[J].開放教育研究，2019，25（04）：4-9.

[2]秦建軍，楊芳.美國人工智能基礎(chǔ)教育國家導(dǎo)則編制及啟示[J].中小學(xué)信息技術(shù)教育，2019（09）：75-79.

[3]王佑鎂，宛平，趙文竹，柳晨晨.科技向善：國際“人工智能+教育”發(fā)展新路向———解讀《教育中的人工智能：可持續(xù)發(fā)展的機(jī)遇和挑戰(zhàn)》[J].開放教育研究.2019，25（05）：23-32.

[4]王振強(qiáng).中小學(xué)人工智能教育現(xiàn)狀問題與思考[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2019（22）：1-5.

[5]肖高麗，梁文明.中小學(xué)實(shí)施人工智能課程的意義、挑戰(zhàn)與對策[J].教學(xué)與管理，2018（22）：70-72.

[6]李志義，朱泓，劉志軍，等.用成果導(dǎo)向教育理念引導(dǎo)高等工程教育教學(xué)改革[J].高等工程教育研究，2014（02）：29-34.

作者：馮敬益 劉波 謝景明 黃宇光 單位：廣州市信息工程職業(yè)學(xué)校