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校外开展人工智能科普教育初探

作者:未知

  当前,智能化产品和设备已经极大地改变了社会生产生活方式。不可避免地,人工智能也将推动教育领域的革新,呼吁培养出适应新时代的富有创新精神的人才。作为现代教育生态的重要环节,校外教育承担着和学校教育协同育人的重要作用。校外往往对科技的发展响应更加迅速,在开展人工智能教育过程中也呈现着自身的特点。本文以上海市静安区青少年活动中心为例,探讨人工智能视角下学与教的规律,以及人工智能如何融入现有的校外教育活动。
  校外开展人工智能科普教育的理念和策略
  目标定位:发展适应AI时代的核心素养
  人工智能的技术研究和应用领域还在不断发展当中。在基础教育阶段开展人工智能科普教育,首先应对教育目标进行清晰定位:是培养人工智能专门技术人才,还是培养适应人工智能时代的全面发展的人才?笔者认为应侧重于后者。校外开展人工智能科普教育活动,可以从认知、思维、创造3个层面制订目标:通过体验和操作等方式了解人工智能技术构成、基本原理、常见应用,让学生对人工智能领域有一定的感性认知和理性欣赏;通过编程体验锻炼计算思维,让学生像计算机科学家一样工作和思考,尝试运用计算机科学的基础概念求解问题、设计系统;发展创造力,结合物化工具表达创意想法,实践创新。
  教学设计:基于STEAM的创客教育
  创客教育强调基于兴趣爱好,用项目学习的方式,倡导创造,鼓励分享,是符合人工智能时代特点的教育理念。具体在教学组织时,可以采用任务驱动、基于项目的学习。教师可以将教学内容设计成1个或者多个任务,甚至是1个真实问题的项目,让学生在解决综合性、复杂性的问题中学习;在设定具体任务或项目时,选用符合STEM理念的跨学科学习任务或项目,充分发挥学生的主动性、创造性、团队合作精神;在学习过程中,由学生自己完成信息收集、方案设计、项目实施和改进,最后得到解决问题的成就感。
  教学策略:基于分层教学的个性化学习
  因为校外教育的特性,往往一个班级里学生之间年龄差异较大、水平不一。对于人工智能这个领域的教学设计也是如此,这就要求教师从学习资源支持、学习任务设计、学习效果评价等角度考虑到不同层次的学习者。笔者社团里有3——7年级学生,他们的认知水平具有天然差异。对于不同的课程,教师往往要准备1份背景知识阅读和1份延伸知识阅读,满足基础薄弱和学有余力的不同需要;在学习任务设计中考虑适合不同水平的基础任务和进阶任务;最后学习效果评价时,往往根据年龄水平和过往表现做出适当的评价。同时,学生之间的差异也可以转化为教学资源,让进步较快的学生作为教师的助教,让他们主动分享知识,帮助同伴,深化对知识的认识和运用;来自学生的分享也会激励同学们更投入学习,发挥榜样效应。
  校外开展AI科普教育的实践——以静安区青少年活动中心为例
  人工智能课程需要聚焦创造力和计算思维。静安区青少年活动中心针对不同的学生团队,设计了面、线、点不同层次的教育活动。
  体验式AI科普活动
  以活动中心为代表的公办校外机构往往承担着区域内中小学生的科普教育职能,经常面向全区中小学(少量感兴趣的外区学生)发布科普活动,因此活动内容的设计注重零基础、趣味性和普惠性。
  近年来,静安区青少年活动中心率先引进服务机器人、虚拟现实体验设备、无人机等,为学生创建开放的智慧生活体验空間。学生来到活动中心创意梦工厂,可以和智能机器人玩耍,带上VR眼镜体验飞机失火时的消防训练,学习无人机飞行技术,尝试搭建简易无人机,每周末还有“落地签”科技体验活动……面对零基础的学生,教师设计了“怦然心动”“剪刀石头布”等10个小项目,学生玩得不亦乐乎。
  渐进式AI科普课程
  从体验式科普活动中产生兴趣、报名社团深入学习的学生不在少数。面对这些志趣相投、年龄不一的学生,校外教师应选择设计有层次、渐进式的人工智能课程和活动。当前,主要采取“智能硬件+互动编程+应用程序接口(API)”的方式,将人工智能知识渗透到现有的校外教育科技活动中。
  只要熟练掌握,每一种编程语言都可以是人工智能的开发语言,但在基础教育阶段选择编程工具,需要符合学生的年龄特点和认知发展规律。对于年龄较低的学生来说,尽量选择效果外显、趣味性强、成本不高的编程工具和活动主题。2018年,活动中心和ARM(上海)公司合作成立了静安区少年科学院智能互联研究室,为学生提供了一个学习互动编程技术的平台,目前开展教学较多的主要是用Micro:bit、Scratch、App Inventor等互动编程工具。此外,还有Arduino、乐高、索尼KOOV、火柴人魔幻板等优秀的创意搭建和编程工具,根据学生特点在活动中心时有开展。
  当然,互动编程是人工智能教育的其中一个落脚点,但人工智能科普教育不能窄化为编程教学。想要在编程中融入人工智能知识,一方面可以对学生进行人工智能内涵外延知识的普及,另一方面可以调用各大人工智能开放平台,带领学生开发人工智能产品,体验人工智能技术的魅力。在百度、阿里云、腾讯、科大讯飞、商汤人工智能歼放平台上,可以得到一些开源工具包、完整的帮助文档和免费的调用机会,师生可以调用这些API获得高质量的人工智能产品研发体验,并不用涉及人工智能的底层开发,学习难度较低。
  个别化AI研究项目
  青少年作为人工智能时代的“原住民”,在生活中感受人工智能带来的科技魅力,在学习中也可以快速上手开展人工智能小项目的实战研发。在鼓励创新的校外课程和实践活动中,学生常常冒出许多创造性的想法。校外教师只有周末能和学生见面,需要经常利用即时通讯工具和学生交流,就具体问题展开学习探讨。教师在此过程中往往不再是施教者而更是助学者,为学生的创意提供发展的土壤,鼓励学生完成超越教师的学习。
  基于项目的学习能让学生快速成长。例如,近年上海不遗余力地推进垃圾分类,4年级学生陈希来发现,虽然小区已经设立了四分类垃圾桶,但由于垃圾分类相关知识普及不到位,分类效果收效甚微,所以他想设计一个帮助人们认识垃圾类别的手机App。在课题推进的过程中,陈希来既深入学习垃圾分类的知识,又运用所学互动编程的知识完成了一次创新运用,还对人工智能的图像识别领域有了更深刻的认识,甚至在各大平台寻找API的过程中冒出了更多创新灵感。最后,他完成了一个可以用语音、图像、文字搜索等方式识别物品,显示推荐垃圾所属分类并开盖等待投放的智能分类垃圾桶模型。   校外教育机构开展人工智能教育的特点
  经过初步实践,以活动中心为代表的校外教育机构在开展人工智能教育方面也呈现了自己的特点。
  聚焦创新,校外敏锐捕捉科技热点
  校外教育不同于学校教育,没有现成的课程标准、教材,因此教学内容更灵活,可以更快速地响应时代发展。这是校外教育的特点,也是对校外教育工作者自身职业素质的要求。
  开放包容.校外创建广阔学习空间
  以少年宫为代表的公立校外教育机构具有开放性、普及性,在这里开展的人工智能科普活动并不是部分科技特长生的专利,可以免费让更多的学生参与进来。静安区青少年活动中心开展的科技教育活动更注重科普性质,经常面向全区中小学发布课程和活动,有时还可以惠及周边区域学生。
  鼓励创造,校外提供更多工具支持
  校外機构往往提供了鼓励创新的氛围和环境,并且提供合适的物化工具支持。静安区青少年活动中心有工业级的3D打印机、雕刻机等设备,还有可以完成各种材质的锯割、钻孔等操作的工具。这些往往是中小学校内没有或者只有少数学校才配备的。丰富的工具支持着学生们更好地表达自己的奇思妙想。
  培养兴趣,校外助力学生个性发展
  兴趣是学生最好的老师,也是校外教育最好的生源。“为了每一个学生的终身发展”的核心理念始终贯穿在校外教育活动当中。校外教育以其丰富的活动和课程,为学生提供大量机会发现自己的兴趣、发展自己的志向,激励学生个性化发展;校外教师合理设计教学活动内容,在班级授课制的基础上用好分层教学法和项目教学法,力求为每个学生设计个性的学习线路。
  结语
  校外教育机构在人工智能教育之路上不断探索前行,给基础教育阶段的学生提供了更开放的空间、更丰富的活动和更多的工具支持。虽然目前活动涉及到的严格来说只属于弱人工智能、泛人工智能,但通过科普活动启迪学生的认知,激发求知欲进而培养专长,相信这对培养符合AI时代变革与发展的创新人才有着积极的意义。
  参考文献
  [1] 祝智庭,单俊豪,闫寒冰.面向人工智能创客教育的国际考察和发展策略,开放教育研究,2019(1)
  [2] 冯景华.坚持个性化教育方向,探索校内外有效衔接——静安区创意梦工厂“落地签”式开放带来的启示,2018
  [3] 王本陆,千京龙,卢亿雷,张春莉.简论中小学人工智能课程的建构.教育研究与实践,2018(4)
  [4] 赵飞龙,钟锟,刘敏.人工智能科普教育探究——以初中“语音合成”课为例,2018(5)
  [5] 任翠英.中小学生校外教育研究.华东师范大学教育学系博士学位论文,2018
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