人工智能時代教育技術學專業STEM課程體系構建研究

李巍　王娟　丁瑞鎖　鄭浩

[摘 要]在人工智能時代，STEM教育作為培養復合型、創新型人才的重要途徑，重要性日益凸顯。目前，部分高校在開設STEM課程過程中存在課程保障不完善、師資力量不足、課程體系不健全等不足，文章首先分析了人工智能時代教育技術學專業開設STEM課程的必要性，其次分析STEM課程開展的現狀和存在的問題，最后構建了高校教育技術學專業STEM課程體系，即人工智能、科學實驗、結構創意、藝術創作、工程設計、邏輯程序六大類課程模塊，以幫助高校解決STEM課程存在的問題，培養復合型創新人才。

[關鍵詞]人工智能;STEM課程;體系構建

[中圖分類號]G434 [文獻標識碼]A [文章編號]1008-7656（2020）06-0045-04

當今的信息科技革命從互聯網時代、大數據時代逐步進入人工智能時代。人工智能（AI）通過打造智能化、數字化、個性化、終身化學習的教育體系，實現信息時代教育治理的新模式。隨著教育信息化2.0時代的到來，科技和人才創新越來越重要，STEM教育越來越熱，全國各地高校的STEM教育都在如火如荼地開展[1]。2018年，教育部印發《教育信息化2.0行動計劃》，提出聚焦新時代對人才培養的新需求，強化以能力為先的人才培養理念，將教育信息化作為教育系統性變革的內生變量，支撐引領教育現代化發展，推動教育理念更新、模式變革、體系重構，使我國教育信息化發展水平走在世界前列，發揮全球引領作用，為國際教育信息化發展提供中國智慧和中國方案[1]。國家對科技人才的關注與需求，STEM教育作為培養創新型人才的重要途徑之一，開展STEM教育是必須的。

STEM是集科學（Science）、技術（Technology）、工程（Engineering）與數學（Mathematics）首字母的簡稱[2]。基于STEM教育對創新型人才培養的深遠影響，全國各地高校都在開展STEM課程，尤其是師范類院校。但是，STEM課程如何開展，以何種形式開展都是教育工作者值得深思的問題，如今，大部分師范類院校沒有專門開展STEM課程，即使部分師范類院校開展了STEM課程，但是并沒有完整的課程體系。文章結合教育技術學專業的特點以及STEM教育的特點，探討教育技術學專業STEM課程體系建構。

一、人工智能時代教育技術學專業STEM課程開發的必要性

STEM課程是一門理論與實踐相結合的課程，教學方式多樣，如基于設計的教學、項目式教學等。在進行STEM課程學習的過程中，不僅豐富了學習者的學識，還鍛煉了學習者的動手能力，在動手實踐的過程中可以培養學習者以下三方面的能力。

（一）解決問題的能力

信息時代的來臨，科學與技術迅猛發展。科學、技術、工程和數學等學科，簡稱為STEM，被認為是實現科技創新和人才創新的理論基礎與實踐手段[3]。STEM教育不是四門學科知識的簡單結合，它們是密切聯系、相互影響的關系。高校STEM課程設計大多數以項目式學習為核心，為學生創設了真實情景，進行STEM課程時，學生可以運用跨學科知識來完成教師布置的STEM項目任務，在這個過程中，學生擁有產生深度學習的機會，可以培養他們的問題解決能力，在一定程度上，還可以培養他們的創新能力。

（二）創新創造的能力

人工智能作為引領未來的新興技術，正在影響著社會的方方面面，改變了人們的生產生活方式，同時也帶來了科學與技術的革命[4]。2017年，國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》明確指出，人工智能已成為國際競爭的新焦點，我國應逐步開展全民智能教育項目[4]。STEM 教育是旨在培養創新人才的教育理論與實踐[5]。學生在學習過程中，對學習資源進行策略性設計、管理與實施，通過自己的努力最終得出創新成果，在此過程中培養了學生的創新創造能力。

（三）合作學習、溝通交流的能力

在開展STEM 教育時，有時候學習任務是被模糊定義的，甚至是不明確的，這就需要采取一定的手段方式將科學、技術、工程和數學等學科相對分散的知識連接起來，比如項目式教學、問題式教學以及基于設計的教學[6]，采用上面提到的學習方式，學生有了動手操作機會，但是隨著而來的是很大的工作量，學生很難獨立完成，小組合作在這時就會發揮很大的作用[7]。在小組合作的過程中，小組組員的溝通是很有必要的，它將決定合作學習的效率，甚至是最后的效果。學生在成果展示過程中，會向同伴展示自己的想法和作品的設計，有利于培養學生的溝通交流能力。

二、教育技術學專業STEM課程開展的現狀

目前，領域內的專家學者多圍繞STEM課程建構、空間建設、教師培養、教學評價、教學活動、資源聯合以及機器人教育等熱點展開探討，提出了圍繞創新型人才培養、工程設計與STEM課程開發等主題，高校作為培養人才的聚集地，需要大力開展STEM教育。筆者對教育技術學專業STEM課程開展情況進行了分析，梳理出高校教育技術學專業開展STEM課程中遇到的問題。

（一）課程主題吸引力不強

STEM課程大多數是基于跨學科設計的多種主題進行開展的，對跨學科設計的多種主題非常感興趣的學生相對較少。原因是幾個主題的關聯性較少，并且每個主題的內容形式都不一樣，這就可能導致學生在前一個主題還沒有了解透徹就開始進行下一個主題的學習。當學生對活動主題感興趣程度不高時，探索和學習欲望也不會太高，因此可以看出，多種主題的設計在課堂實踐中對提升學生的認知能力、創新能力以及解決問題能力的效果不太好。

（二）課程內容融合不夠充分

當前，STEM課程類型大多是科技創造類課程，課程內容與信息技術緊密相關，涉及到科學、數學與工程等學科知識很少，課程內容較為單一。沒有真正理解STEM課程中各學科融合在發展學生綜合能力上所帶來的積極影響和促進作用。窄化了對STEM課程的理解，不利于提升學生的信息素養和創新素養。這就與STEM課程是多學科相結合的課程主旨不相符。

（三）教學方式比較單一

在現實教學中，最常見的情況就是教師往往依據自己的教學經驗進行STEM課程授課，這就會出現一個問題，那就是教學方式比較單一。STEM課程在開展過程中，部分教師沒有跟上時代的潮流、技術的發展，他們還是根據傳統的教學方式來開展教學。單一的教學方式，不利于培養學習者的動手能力以及創造能力。

（四）課程評價方法不足

在進行STEM課程教學時，教學評價環節十分重要。教學評價分為教師評價、學生互評以及學生自評，在學習STEM課程中，學生動手完成了教師布置的任務，甚至有的學生是超額完成，但是由于表達能力的限制，不能把自己的想法和創意很好地表達出來，教學評價環節就會發揮很大的作用。教師評價和學生評價很重要，他們可以從旁觀者的角度發表自己的觀點，學習者在這個環節可以知道自己的優點與不足，并且進行改進。

三、教育技術學專業STEM課程體系建構

高校教育技術學專業開展STEM課程，主要是以STEM思維方式轉變和思維能力提升為培養目標，以激發探索興趣為出發點，通過系統、科學的課程內容設計和課程體系建設，解決課程主題吸引力不強、課程內容融合不夠充分、教學方式相對單一、課程評價方法不足等問題，進而讓學生接受系統化、符合其認知發展規律的STEM教育。為此，筆者根據大學生的身心特點、認知發展規律以及高校對STEM課程的要求，在高校課程中融入動手操作、合作探究、項目學習等多種教學方式，重點培養學生德智體美全面發展，建設人工智能類、邏輯程序類、藝術創作類、科學實驗類、結構創意類、工程設計類等六大類課程。

（一）人工智能類課程

人工智能時代的來臨，給教育界帶來了深刻變革。隨著STEM課程和創客課程的廣泛開展，部分學校和一線教師嘗試在STEM和創客等跨學科課程中探索人工智能教育，例如教育機器人、智能識別系統等。這類課程要求學生首先要對編程有一定的了解，其次還需要將科學、技術、工程與數學等學科深度融合，從開始設計到作品完成，每一個過程都需要科學、技術、工程與數學等學科內容的支持，這解決了傳統STEM課程中教學內容融合不夠的問題。通過設計跨學科整合性、創新性、生活化的機器人案例，讓學生在親自設計的過程中體會設計的思想，注重培養學生的科學素養。選擇開放性的教學內容，強調教學方法的多樣性，讓學生親自參與到具有創新性的活動中，增加活動趣味性，培養學生的創新能力、實踐能力以及解決問題的能力，豐富學生的想象力。

（二）科學實驗類課程

科學實驗類課程，例如污水凈化器、節能電燈等主題課程，該類課程主張使用項目化學習模式。科學實驗類課程大多數都以實踐操作為主，教師在課堂講授本節課的知識點后，學生就開始動手操作，教師講授與學生動手實踐相結合，解決了傳統課程中教學方式單一的問題。在完成教師布置的學習任務的過程中，培養學習者科學探究能力、創新能力和觀察能力等。

（三）結構創意類課程

結構創意類課程，例如樂高、3D打印類課程、激光切割創意課程等，高校STEM課程存在課程主題吸引力不強等問題，結構創意類課程有鮮明有趣的課程主題，可以激發學生的學習興趣，讓學生全身心的投入到課程中。同時，STEM 教育的主旨是通過學習者對科學、技術、工程與數學等跨學科知識的學習，以解決現實生活中真實存在的問題，在這個過程中，可以培養學習者的動手能力、實踐能力以及解決問題的能力。

（四）藝術創作類課程

藝術創作類課程，例如剪紙、美術、雕刻、陶瓷等，課程主題鮮明，吸引力強。相比其他類課程，藝術類的課程更能激發學生的學習興趣。本研究通過整合STEM教學模式構成要素和藝術創造過程，開設藝術創作類課程，重點培養學生的審美能力與藝術創作能力。學校培養師范類學生的藝術創作能力與審美能力有助于其今后開展的實際教學工作。

（五）工程設計類課程

工程設計類課程，例如房屋工程設計、校園設計、游戲設計等，工程設計是 STEM 教育多學科融合的有效紐帶，是基于科學原理、技術手段、數學方法解決實際問題的途徑。該項目以解決工程問題為課程主線， 融入技術設計、數學和科學知識，以工程設計任務為核心建立教學模式，為學生創設真實情境，以達到培養學生的STEM素養、激發學生學習興趣的目標。通過該課程的學習，使學生的工程思維得到加固， 邏輯思維得到鍛煉， 動手能力和協作能力得到培養， 對工程專業的興趣得到激發。工程設計類課程不是簡單的要求學生完成教師布置的任務，做好自己的作品，重要的是評價環節，學生要在評價環節中認真講述自己的設計思想及完成情況。教師根據學生在評價過程中的表述和學生最終的作品進行評分，這種評價方式在很大程度上解決了課程評價方法不足的問題。

（六）邏輯程序類課程

邏輯程序類課程，例如Scratch編程、C++編程、Python編程等。近年來，越來越多的學者投入到編程教育，培養科技創新后備力量。由此可見編程類課程的重要性。邏輯程序類課程是必不可少的一類課程。開設邏輯程序類課程，首先要理解計算思維的概念、方法，其次要在設計教學活動的過程中，運用到以上的概念和方法。以培養學習者的計算思維作為核心進行STEM教學的模式，可以提高學生運用數據庫相關原理、方法的操作技能，為計算思維背景下的教學模式探索提供了參考。

在教育技術學專業開展STEM課程具有重要意義。在開展上述六類課程的基礎上，還需要完善課程設置，創新課程內容。高校建立健全教育技術學專業STEM課程體系，能真正有效地培養和提高學生的創新能力。課程的設置首先要考慮到師范院校和教育技術學專業的特點，分不同層次循序漸進地開展。同時，教師要明確STEM課程的內容，課程內容應根據專業特征，隨著信息技術的發展，與時俱進不斷更新。

高校對教育技術學專業STEM課程建設要有比較明確的認識。設置STEM方面的系列課程，要建構一個較為完善的課程體系。通過開展STEM前沿講座，介紹國內外信息技術的最新研究成果以及在教育中的運用與發展趨勢，激發教育技術學專業學生的學習興趣。

四、結論

人工智能時代教育技術學專業開展STEM課程為學生學習新技術和新技能提供了機會，并能提升學生跨學科學習的積極性。STEM教育是培養復合型創新人才的重要手段，需要提升教師的STEM專業素養，促進STEM課程建設。當前，STEM課程體系還不夠完善，需要更多的教師和研究者加入到實踐探索之中。

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[作者簡介]李巍（1996-），女，河北承德人，江蘇師范大學智慧教育學院在讀碩士，研究方向：遠程教育;鄭浩（1997-），男，安徽黃山人，江蘇師范大學智慧教育學院在讀碩士，研究方向：遠程教育;王娟（1979-），女，江蘇泗洪人，江蘇師范大學智慧教育學院教育技術系主任，教授，博士，研究方向：教育理論與教育管理;遠程教育;丁瑞鎖（1998-），女，安徽六安人，江蘇師范大學智慧教育學院在讀碩士，研究方向：遠程教育。

[責任編輯 周個妹]