高博俊?羅明勇?蔡臻昱?李新

2017年7月，國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出要完善人工智能教育體系，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育。2018年4月，教育部頒布的《教育信息化2.0行動(dòng)計(jì)劃》明確提出完善課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)，充實(shí)適應(yīng)信息時(shí)代、智能時(shí)代發(fā)展需要的人工智能和編程課程內(nèi)容。2019年7月，北京市教委印發(fā)了《北京促進(jìn)人工智能與教育融合發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃》，提出要實(shí)施青少年人工智能素養(yǎng)提升工程，推動(dòng)人工智能學(xué)習(xí)納入中小學(xué)實(shí)踐活動(dòng)的目標(biāo)。面向中小學(xué)生全面實(shí)施人工智能教育已成為時(shí)代發(fā)展的必然趨勢。

在人工智能逐漸走進(jìn)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域的時(shí)代背景下，相關(guān)出版社圍繞人工智能教育相繼出版了多部教材，以紙質(zhì)媒介的方式進(jìn)行傳播。但對于強(qiáng)調(diào)知識動(dòng)態(tài)交互以及學(xué)生實(shí)踐能力培養(yǎng)的人工智能教育而言，以語言文字為主體的傳統(tǒng)紙質(zhì)教材無法為學(xué)生的“做中學(xué)”提供更大支持，在培養(yǎng)學(xué)生人工智能素養(yǎng)方面存在一定的不足。尤其是在新冠肺炎疫情防控期間，大規(guī)模的在線學(xué)習(xí)成為教育教學(xué)的新常態(tài)，傳統(tǒng)紙質(zhì)教材在支持在線教學(xué)活動(dòng)有效開展方面存在一定的局限性。面對新時(shí)代下教育發(fā)展的新訴求與新常態(tài)，亟需一種新形式的人工智能教材輔助中小學(xué)人工智能教育的開展，以培養(yǎng)學(xué)生的人工智能素養(yǎng)。

人工智能教材形式的新發(fā)展：可交互電子讀本

北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院在2020全球智慧教育大會上發(fā)布了可交互電子讀本《人工智能助力新冠肺炎疫情防控網(wǎng)絡(luò)互動(dòng)讀本》，該讀本一方面借助理論知識及應(yīng)用案例，讓青少年讀者了解人工智能技術(shù)對新冠肺炎疫情防控工作的輔助及支持，另一方面結(jié)合在線編程環(huán)境、可視化內(nèi)容呈現(xiàn)等操作形式，讓青少年在實(shí)踐及互動(dòng)中學(xué)習(xí)和體驗(yàn)人工智能的相關(guān)知識點(diǎn)?？梢哉f，可交互電子讀本形式的教材為基礎(chǔ)教育領(lǐng)域人工智能教學(xué)活動(dòng)的開展提供了一種新的載體形式，這種形式的讀本既是對未來教材模式的一種全新探索，也是“人工智能+教育”的一次嘗試，有望成為未來人工智能教材的重要形式。

該讀本通過生動(dòng)有趣的故事和即時(shí)交流互動(dòng)，幫助青少年，尤其是9～15歲的孩子們在了解人工智能實(shí)際應(yīng)用的同時(shí)理解其中的基本原理，學(xué)習(xí)并嘗試使用簡單的人工智能代碼，體驗(yàn)運(yùn)用人工智能解決實(shí)際問題的樂趣，激發(fā)他們的興趣以及進(jìn)一步學(xué)習(xí)人工智能的意愿。當(dāng)然，該讀本面向的對象也不僅僅局限于9～15歲年齡段的學(xué)習(xí)者，也可以成為其他不同年齡段或沒有任何人工智能知識背景的學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)資料。此外，家長和老師也可以利用這個(gè)讀本向青少年介紹人工智能的相關(guān)知識，并引導(dǎo)他們與書中的內(nèi)容進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互，讓他們在體驗(yàn)人工智能樂趣的同時(shí)，培養(yǎng)人工智能的意識和能力。

從內(nèi)容層面上看，讀本在第1章介紹了有關(guān)人工智能的知識，包括人工智能的歷史和術(shù)語。第2章主要介紹計(jì)算機(jī)認(rèn)識世界的方式，以及人臉和語音識別在疫情期間提供的幫助。第3章主要討論計(jì)算機(jī)的表達(dá)和推理能力，以及疫情期間醫(yī)療診所診斷和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)咨詢的工作原理。第4章介紹了機(jī)器學(xué)習(xí)的力量，它可以預(yù)測病毒的傳播，加速醫(yī)療解決方案的形成。第5章進(jìn)一步討論計(jì)算機(jī)如何利用自然語言處理與人類的互動(dòng)。此外，這幾章還依托互動(dòng)編程環(huán)境，通過可視化的方式呈現(xiàn)人工智能的知識點(diǎn)，幫助學(xué)生更好地學(xué)習(xí)和體驗(yàn)人工智能。

從技術(shù)層面看，讀本基于HTML頁面呈現(xiàn)，通過iframe等技術(shù)，將各種多媒體資源插入頁面中，如支持交互編程的JupyterHub平臺、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可視化平臺、知識圖譜問答平臺等。通過網(wǎng)絡(luò)前端和Web通信技術(shù)，實(shí)現(xiàn)AR展示、物聯(lián)網(wǎng)控制、模型訓(xùn)練等功能，讓學(xué)生可以直觀地進(jìn)行操作和體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)知識性和趣味性的有效融合。以HTML形式呈現(xiàn)的交互式讀本本身支持文字、圖形、動(dòng)畫、聲音、鏈接等多媒體格式，在Web技術(shù)支持下可以完成學(xué)習(xí)內(nèi)容的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)以及和在線編程平臺的實(shí)時(shí)串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)者與讀本之間的趣味互動(dòng)。在自然語言處理、語音語義識別、知識圖譜等技術(shù)的支持下，還將進(jìn)一步優(yōu)化多模態(tài)的交互體驗(yàn)。結(jié)合人工智能、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、虛擬現(xiàn)實(shí)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，并在實(shí)例中予以呈現(xiàn)，讓青少年讀者在應(yīng)用實(shí)踐中完成知識建構(gòu)。

未來人工智能教材的新樣態(tài)

內(nèi)容呈現(xiàn)方式的多樣化與趣味化。在當(dāng)前技術(shù)豐富的時(shí)代背景下，人工智能教材內(nèi)容，完全可以打破傳統(tǒng)的靜態(tài)、單一的線性呈現(xiàn)形式，走向內(nèi)容動(dòng)態(tài)、介質(zhì)豐腴（包含視頻、音頻、動(dòng)圖、鏈接等）的立體多模態(tài)呈現(xiàn)形式，從而調(diào)動(dòng)學(xué)習(xí)者的視覺、聽覺、觸覺等多器官參與。教材應(yīng)充分運(yùn)用虛擬現(xiàn)實(shí)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等技術(shù)，通過設(shè)置更多的人機(jī)互動(dòng)環(huán)節(jié)，打造臨場感與現(xiàn)實(shí)學(xué)習(xí)情境，既突出學(xué)習(xí)內(nèi)容的趣味性、互動(dòng)性展現(xiàn)，又強(qiáng)化學(xué)習(xí)內(nèi)容的沉浸式學(xué)習(xí)體驗(yàn)。

交互的常態(tài)化與交互主體的多元化。學(xué)習(xí)者與學(xué)習(xí)環(huán)境、學(xué)習(xí)資源的有效交互能夠豐富學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)、建構(gòu)知識、提升學(xué)習(xí)效果。未來，應(yīng)注重開發(fā)教材與學(xué)習(xí)主體之間的交互功能，通過點(diǎn)擊、拖拽、編程、繪畫、語音甚至視頻等方式，實(shí)現(xiàn)人機(jī)深度交互，讓學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)過程“動(dòng)起來”，提升學(xué)習(xí)者的參與度。例如，在學(xué)習(xí)編程的過程中，學(xué)習(xí)者可以隨時(shí)編寫代碼并調(diào)試運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)“做中學(xué)”。同時(shí)，可以增加學(xué)習(xí)主體之間的交互，激活學(xué)習(xí)者內(nèi)部的多種機(jī)制，最終促使學(xué)習(xí)發(fā)生并取得學(xué)習(xí)成就，包括學(xué)生與學(xué)生之間的互動(dòng)、學(xué)生與教師之間的互動(dòng)以及學(xué)生與內(nèi)容之間的深度交互等。通過學(xué)習(xí)主體間的多元交互，實(shí)現(xiàn)對學(xué)習(xí)內(nèi)容的深度理解與共創(chuàng)，提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率，減少學(xué)習(xí)過程中的“孤獨(dú)感”。

學(xué)習(xí)過程的數(shù)據(jù)化與學(xué)習(xí)結(jié)果的可視化。在學(xué)習(xí)效果評價(jià)和質(zhì)量檢測中，海量的學(xué)習(xí)過程數(shù)據(jù)是分析學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)特點(diǎn)、學(xué)習(xí)風(fēng)格的最佳素材，在智能技術(shù)的支撐下，借助Coh-Metrix等計(jì)算工具對交互式圖書文本的難度、可讀性和心理表征的一致性等進(jìn)行評估，并基于xAPI等技術(shù)從學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)活動(dòng)中捕捉數(shù)據(jù)，通過增強(qiáng)與學(xué)生之間的互動(dòng)頻率與互動(dòng)深度，在互動(dòng)的基礎(chǔ)上完善數(shù)據(jù)采集、跟蹤和分析，生成更為準(zhǔn)確的學(xué)習(xí)者畫像模型。為學(xué)習(xí)過程涉及的各相關(guān)方提供參考，為教學(xué)干預(yù)提供依據(jù)，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)。同時(shí)，學(xué)習(xí)者完成課后的練習(xí)題后，教材將自動(dòng)完成答案的校對與分?jǐn)?shù)的合成，給出可視化結(jié)果，方便學(xué)習(xí)者與教師查看，清晰直觀地發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)中存在的問題。

學(xué)習(xí)資源的可塑化與跨終端使用的流暢化。人工智能的學(xué)習(xí)存在知識點(diǎn)更新快的現(xiàn)象，例如區(qū)塊鏈、5G以及邊緣計(jì)算等內(nèi)容的學(xué)習(xí)，未來教材將打破傳統(tǒng)出版行業(yè)審稿流程慢、印刷周期長等壁壘，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)資源的動(dòng)態(tài)更新，緊跟熱點(diǎn)，確保教材“不過時(shí)”，同時(shí)也應(yīng)設(shè)定相關(guān)機(jī)制，支持用戶原創(chuàng)內(nèi)容上傳。例如：學(xué)習(xí)者可以上傳自己對某段代碼的理解，對某段程序的簡化;教師也同樣可以上傳對于易錯(cuò)知識點(diǎn)的特別提醒，從而構(gòu)建一個(gè)內(nèi)容豐富的資源庫。此外，實(shí)現(xiàn)跨終端與設(shè)備間的流暢使用也是未來的一個(gè)重要方向，突破格式與兼容性的限制，使教材能夠在多種終端中正常使用。

（作者高博俊、蔡臻昱、李新單位：北京師范大學(xué)智慧學(xué)習(xí)研究院;作者羅明勇單位：北京師范大學(xué)第二附屬中學(xué)）

責(zé)任編輯：王夢茜