人工智能視域下高校創客教育的實施路徑

李蓓

摘要：隨著信息技術的不斷發展，我國逐漸步入了人工智能化的時代。高校創客教育有利于培養大學生的創新素養，提高了大學生解決實際問題的能力，能夠更好地適應社會的需求。我國創客教育尚處探索階段，人工智能技術在該領域的教學研究與實踐還不夠深入。文章分析了目前高校創客教育的發展困境，并運用人工智能信息生態方法論構建了創客教育的模型，提出了發展困境解決機制，考察了南通大學在該領域的探索與實踐。最后，從創客空間建設和課程建設兩個維度，探討了面向人工智能的創客教育在高校的實施策略。

關鍵詞：人工智能;創客教育;創客空間

早在上世紀50年代，人工智能就已經被提出。經過幾十年的發展，人們越來越傾向于構建統一的人工智能研究方法。美國的《規劃未來，迎接人工智能時代》報告中，分析了人工智能的應用、發展現狀，明確其中存在的問題，提出了應對未來人工智能發展的建議和對策。我國在推進教育信息化工作中，提出要探索創客教育、STEAM教育等模式，并利用現代信息技術構建“眾創空間”，以提升學習者的創新意識和信息意識。創客教育是教育領域重要的創新教育形式，為人工智能課程的開展提供了新思路;同時，人工智能技術也為創客教育注入了新活力。

一、人工智能視域下創客教育人才培養目標

人工智能大量替代了簡單的勞動力，為社會帶來了新的智能制造模式。人工智能的興起，深刻改變了教學形態。人工智能教育的基本教學目標是培養學生信息素養。但社會的發展迫切需要創新人才。因此，培養具備扎實技術素養的創新人才是人工智能教育的終極目標。創客教育的人才培養目標，與人工智能教育的人才培養目標存在高度的同質性。創客教育和人工智能教育都重視創新人才的培養，并立足于善于運用新興技術人才的培育。創客教育關注綜合創新人才的培養，并充分利用了開源技術優勢。人工智能教育注重人才的創新技能和信息素養，關注人才對智能技術的應用，能夠創新開展個性化設計與創作。從人才培養模式來說，創客教育培養的創新人才，對人工智能的多元創新具有積極意義;從工具本體來看，人工智能為創客教育提供了資源支撐以及技術平臺。人工智能視域下的高校創客教育人才培養目標，是要培養綜合性創新人才，堅持綜合創新素養和技術素養相綜合的人才教育。

二、人工智能視域下高校創客教育面臨的困境

（一）主體困境

創客教育涉及教育者和被教育者，主體是人。人工智能創客教育要求教育者的綜合素質要較高，并具備多學科的知識和能力。但目前一方面缺乏多學科知識背景的教育者，另一方面被教育者往往對創客教育目標缺乏清晰的定位。在創客教育中，是提升創新能力，還是成為一名創客，成為被教育者迷茫的問題，影響著創客教育的效果。創客教育要求被教育者具有一定的實踐動手技能以及多學科知識。

（二）客體困境

對于人工智能創客教育來說，客體主要是外部環境，包括軟件條件和硬件條件。這些是開展創客教育必不可少的。但目前，在一些高校創客教育中，正面臨著客體困境。比如在軟件方面，缺乏支撐創客實踐的資金，這就影響實踐活動的開展，且支持創客實踐的軟件條件也有待改進。在硬件方面，高校的硬件資源和設備有限，無法有效支持創客活動，如場所等。這些客體的困境需要校內外多方協同才能解決。

（三）系統困境

高校人工智能創客教育也面臨著系統困境，創客教育活動形式和資源相對集中，主要在創客空間內部開展。人工智能創客空間應該是可發展的、開放的系統，包括系統自我更新發展、系統規則的開放和可持續。系統自我更新主要是硬件和軟件的更新發展。系統規則包括創客空間規則、創客教育規則和創客規則等，但目前還不夠開放、健全和完善。

三、信息生態方法論對創客教育的影響

（一）構建創客教育模型

人工智能創客教育的困境相互關聯、不可分割。主體、客體和系統是創客教育的重要組成部分。解決人工智能創客教育的問題，需要從全局的層面解決主體、客體和系統的困境。目前，信息生態方法論倍受關注。根據信息生態方法論，將人工智能的研究對象分為四要素，即主體、客體、客體信息和智能行為。四個要素視為一個整體，密切相關，并進行整體研究。其中，智能行為，即創客行為，包括教育者或者被教育者的自主創造行為，在教育者引導下的被教育者的創造行為和教育者的教育行為。基于不同的主體和主體行為實施，我們提出了如下圖1所示的創客教育行為模型、圖2所示的教育者行為模型以及圖3所示的被教育者行為模型，從而明確了創客教育在實踐中的運作模式。

（二）困境解決機制

根據人工智能信息生態方法論，我們提出了解決系統困境的機制，包括主體困境的解決機制、客體困境的解決機制和系統困境的解決機制。

1.主體困境解決機制

人的知識技能要達到“大而全”很難，教育者的知識技能屬于有限性的困境。教育者不是單一的個體，而是團隊式的。教學團隊包括輔助教育者、專長教育者。輔助教育者主要負責引導被教育者，是有多學科領域知識技能的教育者。通過教育者的引導，使被教育者了解在創新主體方面的欠缺。專長教育者包括創新意識教育者、創新技能教育者和創新綜合能力教育者。專長教育者是讓該學科教育者擔任專長領域的教育任務，涉及創客教育各個學科的知識、技能。隨著時代的發展，知識與技能不斷更新和發展，教育者自身需要不斷學習新知識和新技能，提升多人組合的教學團隊的綜合素質。被教育者需要進行基于學習的創新和基于創新的學習。被教育者進行創客教育，一是需要在輔助教育者指引下發現創新主體方面的欠缺，制定創新目標;二是在專長教育者指導下進行基于創新的學習;三是進行創客活動，在活動過程中發現需要進一步學習的知識、技能。

2.客體困境解決機制

通過創客行為，以人工智能創客教育客體信息數據為基礎，創客教育主體作用于客體。高校要完善人工智能創客教育的機制體制，盡可能地豐富軟硬件基礎和資源基礎，提升創客教育的客觀物質和環境基礎，解決客體困境，促進創客教育的順利進行。創客載體的選擇沒有統一的標準，只要能夠充分結合校地和師生的實際情況，無論采用何種載體，都能發揮其最大效能。也可以借鑒人工智能研究方法，通過數據挖掘來提高主體的信息數據挖掘能力，使主體能夠科學利用客體來開展創客活動，提高創新能力。

3.系統困境解決機制

創客教育系統困境的解決基于創客教育主（客）體，可劃歸為創客教育主體解決部分和創客教育客體解決部分，如圖4所示。創客主體在制定系統規則時包括規則更新機制的制定、創客主體學習和交流機制。這樣可保證主體的交互開放性。創客主體在解決創客客體困境的基礎上，持續抓好對創客教育系統外客體的關注，做到適時更新。

（三）應用分析

南通大學積極探索創客教育實施路徑，分別依托國家大學科技園、工程訓練中心建設了眾創空間和創客空間。2015年，南通大學成為清華創客聯盟首批成員單位。近兩年，南通大學努力加強創客空間建設和改造升級，依托工程訓練中心，建立人工智能在線實驗平臺，開展了一系列創客教育活動，旨在將機器學習技術引入人工智能系統，讓不同技術級別的開發者將更多的計算機認知功能應用到智能設備開發中，創造更多自然的用戶交互。為了讓學生能夠在人工智能課程中進行實踐教學，我校聯合了校友企業，開始AI平臺的規劃和建設，建立“智能機器人”“無人機”“3D打印”和“Arduino開源軟硬件”等諸多創新實踐教學平臺建設。學生可以免費使用高性能集群進行人工智能創新項目的開發。進入“VR元年”后，在創客教育載體選擇上又引入了虛擬與增強現實技術（如可穿戴裝備），以不斷進行創客教育拓展實驗。

近兩年，南通大學多次組織導師參加清華大學、浙江大學、西安理工大學等知名高校舉辦的“創客日”“創客高端論壇”等活動。目前，超過上百支隊伍曾在南通大學創客空間接受創新訓練和競賽培訓。多名教師獲得了清華大學頒發的“創客導師資格證”，成為了清華創客聯盟首批成員。學校每年資助大學生積極參加國家級、省級競賽，如中國教育機器人大賽、機械創新設計大賽、江蘇省機械創新設計大賽、江蘇省工程綜合創新競賽等，并斬獲了諸多獎項。南通大學創客空間每年接待眾多國內外專家、創客和師生來訪參觀，受到了廣泛贊譽，起到了良好的示范效應。

四、基于人工智能的高校創客教育實施策略

（一）面向人工智能的創客空間建設

高校要滿足基本的人工智能技術需求，建設面向人工智能創客教育的創客空間。高校要為大學生提供多元創新服務，學生可根據實際情況選擇線上或線下學習形式。在線上，教師向學生發布人工智能體驗信息，學生根據興趣愛好進行自由選擇，完成人工智能體驗活動。在線下，學生開展作品搭建與完善。在創客工作坊階段，線上要上傳整合項目的過程性資料，線下主要深加工作品;在挑戰賽階段，學生需要在規定時間內及時修正和補充作品功能，并由線上專家遠程輔導，討論項目情況，線下專家親臨現場進行指導，對于脫穎而出的作品，頒發相應的獎項和獎勵。最后是產品的推廣。通過各個環節的層層篩選和打磨，一些優秀作品達到了推廣的要求，甚至可以批量生產。至此，高校創客空間突破了學校或實用性的局限，有效地實現了創客教育的經濟社會價值。

（二）人工智能融合的創客教育課程建設

面向人工智能的高校創客教育，要發揮人工智能的作用，實現人工智能與創客教育的深度融合，就要加強課程建設。學習環境、學習內容、網絡資源、活動項目、課程評價等，都是創客教育課程的基本要素。創客教育可以利用人工智能，實現可持續發展。創客教育課程建設根據整合難度、技術本體難度，可分為科普教育、嵌入式課程、項目型課程、整合性課程等，課程的實施形式可以是多種多樣的，從開放體驗的學習環境到項目聚焦，從大班集體活動到小組深入研討，從體驗導向的學習目標到能力導向。

在科普教育階段，主要是開展互動體驗活動，理解人工智能基本概念，幫助被教育者進行基礎的認知，明確人工智能核心技術的服務對象以及實際功能。通過互動體驗活動，增強學生與人工智能技術的互動，體會其技術魅力。在嵌入式課程中，需要融合學校校本創客課程以及人工智能入門技術。學生要學習工程設計的基本規范和基本思想，掌握工程核心技能。學生學習活動的線下場所主要依靠創客實驗室，線上學習可以借助一些開源人工智能編程平臺。課程驅動基于工程設計學習模式，使學生掌握基本知識、技能，基本編程素養，提高創新思維能力，培養學生的工程設計思維。教師定期組織線上研討，解答學生的疑問，討論學生的課程作品。在項目型課程階段，要強化學生的工程設計理念，強調技術的深入學習。項目型課程是嵌入式課程的拓展。在項目型課程階段教育中，選取對高新科技、人工智能有濃厚興趣，相關技術基礎比較強的學生，在教師引導下進行深入學習，全面學習代碼化編程。在教育中，規范訓練學生的工程設計能力和項目研發能力，提高學生的創新水平。在項目型課程的基礎上，開展整合性課程。在整合性課程階段，主要培養學生的項目研發能力以及跨學科綜合創新能力。整合性課程的重要學習目標，就是項目設計以及產品化。整合性課程致力于完善大學生的職業生涯規劃，助力創新創業、科技創新與科技成果轉化。

五、結語

人工智能技術是社會發展的重要科技力量，能夠推動國家經濟發展，對提升國際競爭力有重要的意義。我國逐漸步入了人工智能化的時代。如何將人工智能與教育相結合，提升人才培養質量，是世界各國面臨的重要議題。創客教育作為一種新型的教育模式，受到了廣泛關注。其目的是提升學生的綜合創新能力，促進學生的全面發展，培養具備創客素養的人。面向新時代，要抓住人工智能發展的有利契機，積極探索高質量、有特色的創客教育。當前的相關探討仍是初步的，人工智能創客教育的實施，仍面臨一些待解決的問題，包括技術手段、法律法規和倫理道德等多個方面，值得我們在今后的研究中進一步探討。

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編輯∕姜雯