创客理念与智能技术相结合的教学模式

2019-06-06方贞贞翟翔

软件导刊 2019年3期

方贞贞翟翔

摘要：针对现行教学模式限制学习者个性发展、不利于培养学生自主学习兴趣的弊端，对创客与人工智能的发展进行解析，发现两者在教育方面的运用均停留在宏观概念和框架层面上，没有具体落实到教学中，为此提出创客理念与智能技术相结合并优化的教学模式。该教学模式可弥补现行模式的不足，并具有理论基础融合性、教学目标独创性、辅助条件智能化、评价标准多维度等特点。

关键词：创客;人工智能技术;教学模式;创新

DOI：10. 11907/rjdk. 182115

中图分类号：G434文献标识码：A文章编号：1672-7800（2019）003-0196-03

0 引言

随着社会发展，对综合型人才需求愈加突出。但现行教学模式培养的学生不能很好应对社会发展带来的种种问题。为适应社会发展需要，个人应具备创新思维及全面综合的能力。创客理念强调在具体活动中提高学生综合能力[1]，培养创新意识，以人工智能技术作为辅助手段，促进学生能力综合培养。目前国内外对创客及人工智能技术大都停留在概念深化、创客空间建设、智能化技术算法等方面，鲜见真正与具体教学实践相结合的应用。本文通过两者的相互结合（一个作为理论支持，一个作为技术辅助工具），提出一套弥补现行模式不足的新教学模式。

1 现行教学模式解析

教学模式指在教学过程的每一阶段，以专业的教育理论和思想为基础，经过大量实践形成相对稳定、完整、紧密相连的教学活动程序及教学体系[2]。以“教”为中心的多媒体教学模式在当前被广泛运用，该模式把计算机和互联网作为教学工具，教师处于主导地位[3]，具有以下优点：对学生来说，可以不受时间和地点的限制进行学习;对教师而言，可减轻教师的教学任务，使教师对所授学科专业度、深度有更透彻的理解。其缺点包括：在课前，由于教师精力有限，无法针对每位学生进行分析，很难准确掌握每个学生的学习能力和认知水平，因此只能制定比较宽泛的教学目标，为应对考试选取单一和枯燥的教学内容，但是对某些知识点，不同学生有不同需求，在课前准备不充分的前提下，难以引发学生学习兴趣。在课中，学生除了课堂回答问题时参与教学，其它环节都处于被动接受的状态，只是充当观众，很少有独立思考解决问题的机会，而且师生、生生之间交流与沟通很少，导致学生越来越不自信，表达能力越来越差。整个教学过程由教师决定，当有突发情况时，学生往往不知所措，不能锻炼学生应对突发事件的能力。课后，通常通过试题的形式反馈学生学习情况。在这种枯燥的评价模式下，只能把学生培养成做题工具。教与学针对的是教师与学生，不能只针对学生单方面地评价，应该全面评价两个方面。多媒体是把双刃剑，尽管给教学带来了便利，但后台没有监控机制，对自我约束差的学生往往放任自流[4]。因此该教学模式很不利于学生个性化及创造力的发展，不利于学生自主学习习惯的养成。为培养个性化的创新人才，教学模式亟待改进。

2 创客理念与人工智能技术

创客由美国Fab Lab率先推行[5]，指运用一切可利用资源将有创意的想法转变为现实产物，并愿意将其成果无偿分享给外界[6]。国内许多学者认为，只有通过具体实践才能将创意转化成具体现实。因此将创客理念融入到具体教学实践中[7]，鼓励学生通过洞察和思考身边的一切，在脑海中形成自己的想法;然后将想法分享给同伴，利用团队之间的合作及所学知识将想法在实际操作中实现。依据该理念培养学生，可提高学生学习兴趣，增强动手操作能力，形成创新意识。

人工智能指在以人机互动与机器学习等理论为基础，用于模拟和扩展人类言行及智慧的技术学科[8]。人工智能技术经历了3次历史性进步[9]：①计算智能。利用数据库、专家系统遗传算法等技术对信息进行处理、存储、计算及传递，具有快速处理和解决海量数据的智能特点;②感知智能[10]。人类使用计算机识别技术达到对外界环境的感知，提出人机交互猜想，进行人脸识别、语音识别、图像搜索等;③认知智能[11]。这是未来人工智能发展方向，总体思路是将人的神经系统、判断思维、逻辑能力、情感、感知系统应用在机器方面，使机器拥有类似于人类一样自主思考、分析解决问题的能力[12]。将智能技术和创客结合用于教育中，不仅有新颖的理论作为依托，更有智能技术提供技术支持。两者结合的模式能提升学生学习积极性，但在探索该教学模式前，需明确创客理念与智能技术的发展及在教育中的运用情况。

2.1 创客与人工智能技术在教育中的运用

近年来，创新创业逐渐成为国内教育核心战略，创客理念、人工智能技术也随之成为教育工作者研究对象[13]。笔者在中国知网上利用高级检索，以“创客”并含“创客教育”、“人工智能”并含“智能教育”为两组关键词进行同义词扩展，时间截止到2018年3月，一共搜索到158篇相关文章作为研究样本。对样本从时间、来源、内容3个方面进行分析。

（1）时间方面。从样本文章发表年限统计（见表1）可知：在2006年出现第一篇，直到2014年才突破个位数的局面，到2017年突破了3位数，说明越来越多的学者逐渐关注创客与人工智能技术领域的融合。虽然2018年（截止至3月）仅有5篇文章发表，但2016和2017年相关主题发文量呈上升趋势，未来文献数量应该也会持续增长。

（2）来源方面。样本文章由98种期刊、34篇硕士论文、21篇博士论文、1篇报纸文章构成，发表单位均为教育机构。说明创客及人工智能的话题只局限于学术界内部，并没有成为大众化课题，只有极个别的学者将两者进行结合，大部分均将两者对立地研究。

（3）内容方面。从创客角度看，大部分均以創客教育、众创空间、高校图书馆、创新创业、创新、高校等为研究内容;从人工智能角度看，大多以机器人、人工智能、学习、计算机视觉、专家系统、神经网络、模式识别、算法、自然语言等为研究内容。融合两者的研究领域包括创客教育、机器人、信息技术、STEAM教育、机器人教育、高校资源、课程改革等。由此可知，无论是单独研究创客，还是人工智能，都仅停留于宏观概念解读或教育理论框架层次，教学实践应用很少，特别是与教学模式结合的研究更为鲜见。然而，对于创新人才的培养，不能只停留在概念及框架层面，更重要的是将创客理念与人工智能技术应用于教学实践。

3 相关理论与教学模式设计

未来教育一定不是填压式教学，而是与时俱进的[14]，必须融入具有创新特点的创客理念和智能化技术手段，使学生快乐自主地探索，实现创新。

根据快乐学习理论，学生不仅在学习过程中是快乐的，而且在学习过程中通过对知识的习得实现和满足内心对快乐的需求[15]，即学生通过快乐地学习获得学习的快乐。创客理念就是要为学生创造一个愉悦、惬意、轻松的学习环境，让学生在这个环境中快乐地学习、体验学习的快乐[16]，而这种环境以及学习过程中的美好体验需依托于智能技术的支持。

创客理论提倡把想法变成产物，要求学生有很强的实践性，这与教育学家杜威“做中学”[17]的理念有异曲同工之妙。两者不仅注重理论学习的作用，更强调学习过程中实际操作的重要性，在实际操作中利用一些智能化技术加入学生主体各种感官增强现实的效果，会给学生带来更真实的感受，促进学生主动学习。

创客与人工智能结合的实质是思想与技术融合，打破思维方式、工作方式、交流方式、学习方式。2017年公布的《关于印发新一代人工智能发展规划》[18]要求：教育行业要充分利用智能技术，加快创新人才培养和教育模式改革的步伐，打造交互学习方式、智能化学习体系。创客理念与人工智能技术相结合的教学模式如图2所示。

创客理念与人工智能技术相结合的教学模式主要划分为课前、课中、课后3个时段，分别对现行教学模式进行优化[19]。在课前阶段已形成学生专属的個人档案，其中记录着有关学生学习心理变化、认知能力、学习特点、成绩等一系列内容。根据该档案信息生成一份关于学习内容、心理偏好、个性特点的数据，然后分析教学内容，最后加上学生自己的喜好，形成具有针对性且具体的教学目标和相应教学内容。在课中阶段，学生进入学习模式后，学习机时刻监控学生学习，防止其它不利于学习的信息打扰学生，然后由学习目标创立出相应情景，启发学生思考。其中每台学习机都是相互连接的，可以随时和同学、老师讨论问题或者多人合作学习。课后，对教学效果的检测不应停留在单一化试题检测，还应扩展至更加发散式的任务中，如让学生根据所学知识制作小模型或者写出一份心得等，评价对象也不再局限于学生，更多的是师生、生生之间的互评，评价方式也是多样的。

4 教学模式特点

4.1 理论基础融合性

创客理念与智能技术相结合的教育模式是针对学习者量体裁衣发展的，不单是对教学方式、教育理念的革新，更是对教育技术的改进。考量一个学习者的能力不能一刀切，需要考量综合素质。学科之间的知识是互相联系的，依据创客理念，学习者可根据自身需求不受学科界域限制，对知识进行组合。通过智能技术的云计算技术，可在海量、多样的信息中很快搜索到所需知识。当遇到具体学科知识时，需依据学科特点选择不同理论。智能计算机以教学目标和内容为主线，通过知识挖掘实现学科融合。

4.2 教学目标独创性

面向未来的教育一定是注重个性发展并以人为中心的，每个人都有自由发挥的舞台。在课前阶段对学习者进行分析，感知学生认知能力、学习特点、兴趣、目标等，收集数据生成一份具有独创性的教学目标。对于分析结果不明确的学生，系统会分析课前学习结果，并结合课后评价结果，利用智能算法为学生提供教学目标。在课中，时刻关注学生动向，根据具体情况利用知识库推理改进教学计划。可随时调整教学计划，使学习效果达到最优。

4.3 辅助条件智能性

教学辅助的本质是为了更好地服务教学。在教学过程中无论采用什么样的教学程序或者教学方式、教学素材，都是为了学习者更好地习得知识。在创客理论与智能技术相结合的模式中，注重培养学习者处理问题的实践能力。创客教育主要强调“做中学”，激发学生在实践中获得知识与喜悦，在自主探究中实现自己的教学目标。在整个教学活动中智能助理可提供一个合适的“做”的空间。学生在该空间中，由智能助理引导学生自主学习。学生所需所有辅助模具由3D打印技术打造，呈现出智能化教学空间。在学习过程中针对自制能力差的学生，在电脑中设置“学习空间”，以防学生转移注意力、浪费学习时间。

4.4 评价系统多维度

在创客理念下，课程评价不再局限于单一模式，要求对所有对象进行全面化、系统化、针对性的评价[20]。在新的教育模式下主要分为自我评价、系统评价、相互评价3个维度的评价方式。自我评价主要利用学生智能档案，分析自己的不足和优点。系统评价是根据电脑生成一份试卷和一份心理评价表，再依据之前的结果进行对比与分析。相互评价是在同伴交流合作中根据学生表现和思维方式等因素作出的客观评价。依据立体维度的评价体系才能更好地促进教学任务的完成。

5 结语

创客与人工智能相结合的教学模式使学习者在创造中利用智能化的技术学习，培养学生创新意识，提升创新能力。但是当前人工智能技术还有很大发展空间，该模式在运用中也会有许多不足，需要更多理论支持和实践进行探索完善。

参考文献：

[1] 祝智庭，孙妍妍. 创客教育：信息技术使能的创新教育实践场[J]. 中国电化教育，2015（1）：14-21.

[2] 高铁栓. 试论信息化教学模式[J]. 河南财政税务高等专科学校学报，2002（5）：50-52.

[3] 林雪平. 浅析多媒体在初中语文教学的应用[J]. 读与写：教育教学刊，2017，14（9）：99.

[4] 黄淑芹，张海，何宗林. 混合式翻转课堂教学模式研究[J]. 黑龙江教育学院学报，2018，37（3）：31-34.

[5] 郑燕林. 美国高校实施创客教育的路径分析[J]. 开放教育研究，2015，21（3）：21-29.

[6] 徐辉. 创新教育的理论及其哲学、人类学基础[J]. 教育研究，2001（1）：10-14+34.

[7] 杨现民，李冀红. 创客教育的价值潜能及其争议[J]. 现代远程教育研究，2015（2）：23-34.

[8] 曹宝龙. 基于素养发展的课堂教学目标体系[J]. 课程·教材·教法，2018，38（1）：49-53.

[9] 陈维维. 多元智能视域中的人工智能技术发展及教育应用[J]. 电化教育研究，2018，39（7）：12-19.