基于內容分析法的人工智能慕課優化路徑研究：以北京大學為例

錢小龍 仇江燕

2015年，國務院頒布了《國務院關于積極推進“互聯網+”行動的指導意見》(國發〔2015〕4號)，提出利用互聯網作為基礎設施和創新要素，探索在線教育領域的新教育服務供給方式。[1]其中，慕課(massive online open courses，簡稱MOOC)由于規模大、開放性強、個性化的特點與突破時間、空間的優勢，成為目前最受矚目的在線教育模式。[2]

基于應用的需求，人工智能已深入到學習、生活等各個領域，成為日常話語實踐的重要要素[3]，人工智能相關學科的發展成為引領未來的戰略性技術和推動產業變革的核心驅動力[4],發展人工智能技術、培養人工智能人才迫在眉睫。2017年，國務院發布的《新一代人工智能發展規劃》文件中明確指出，我國需要加強人工智能學科建設，選擇試點院校以建立人工智能學院，另還需要增加人工智能專業的博士和碩士招生數量。在不到一年的時間里，許多知名大學都集中了其資源，響應了國家建立人工智能學院的號召。[5]2017年5月，中國科學院大學發文成立人工智能技術學院。人工智能技術學院是一個新型學院，在我國人工智能領域，這個學院是首個全面開展教育和科研工作的學院。

2018年1月，湖南工業大學和上海交通大學的人工智能學院分別成立。同年3月，南京大學人工智能學院宣布成立。人工智能學院如雨后春筍般在各地崛起。與此同時，中國大學MOOC、學堂在線等知名慕課平臺上的人工智能慕課也大量涌現。如無特別說明，本研究所指的人工智能慕課是指上述的人工智能專業課程以慕課的形式在慕課平臺上開設的課程。為了解人工智能慕課的現狀，促進人工智能慕課的改革，本文以北京大學為例，選取北京大學人工智能慕課為研究對象，進行系統的內容分析。

一、人工智能慕課研究現狀

(一)國內現狀

國內人工智能慕課迅速崛起，但關于人工智能慕課教育方面研究較少且存在一些問題，以北京大學開設的人工智能慕課為例，該課程重點介紹關于人工智能的核心思想、基本理論、基本方法和一些應用，并在原版英語教材的基礎上，根據人工智能的發展和變化，尤其是機器學習領域，編寫和豐富了大量內容。然而美中不足的是：首先，課程中的概念較為復雜，學生理解較為困難；其次，授課內容以PPT為主，講述的方式與傳統教育方式一般無二，PPT的內容則與書本的內容基本一致，缺乏趣味性。

不過，人工智能慕課的教學目標與方法都值得探究。以高中人工智能教學目標為例，黃秉剛作為中學信息技術一線教師，認為教師應在教學中增加實質性內容，讓學生在實踐的過程中領悟人工智能技術的思想方法，培養勤于思索、樂于鉆研的良好學習習慣，創造良好的人工智能學習氛圍，促進人工智能技術在基礎教育中普及。[6]鄭俏根據高中人工智能課程的教學目標、人工智能研究的特殊性以及高中生的認知特點，提出高中人工智能的教學宜采用基于問題學習的信息化教學模式，他認為，在實際教學中，信息技術作為學生問題求解的工具應整合于PBL實施的全過程中。[7]

(二)國外現狀

國外的人工智能教育通過慕課平臺的普及已相當全面。美國更是走在世界前列，美國在中學教育階段就加強學生信息技術學科的學習，為人工智能領域的進一步學習打下了良好基礎。美國三大慕課平臺上的人工智能課程更加傾向于實際場景的應用以及如何用人工智能技術去解決問題。教師在教學過程中也更多會用實例來詳細說明人工智能技術的應用，使學生的興趣得到極大開發。

而且，國外的人工智能慕課也相對豐富許多，在人工智能研究領域具有一定優勢，國外慕課平臺推出的課程側重于對學生實踐能力的鍛煉。加州大學伯克利分校在edX平臺推出《人工智能》MOOC課程，由Dan Klein和Pieter Abbeel主講，此課程對智能計算機系統設計中的基本思想和技術進行介紹，對統計與決策理論建模范例進行重點講解。在課程中學到的技術可以讓學生有能力制造出能夠在隨機和敵對環境中做出有效決策的自主智能體，給學生在應用程序領域深造奠定良好基礎。[8]哥倫比亞大學是人工智能專業領域的杰出代表[9]，于2018年9月在edX平臺推出《人工智能》課程，由Ansaf Salleb-Aouissi主講，課程側重于對構建智能計算機系統的基本技術的廣泛理解以及對人工智能如何應用場景的理解。這些場景包括自動駕駛汽車、人臉識別、網絡搜索、工業機器人等，講解人工智能與智能代理導論，人工智能史讓學生了解AI的發展歷史，構建智能代理體系講解如何解決未知和啟發式搜索、游戲玩法、邏輯代理和約束滿足等問題，同時教學生運用Python編程解決實際人工智能問題。[10]

(三)綜合評價

通過上述研究梳理發現，可以得出以下結論：

第一，相比較與國外人工智能慕課的全面普及且側重于實際場景應用，國內人工智能慕課資源雖已豐富，但講述缺乏趣味、教學方法單一、側重于理論。因此，研究人工智能慕課教學的現狀，找出其具體問題并提出有效措施是國內人工智能慕課發展的關鍵。

第二，國內人工智能慕課的研究仍側重于理論方面，高中階段研究人工智能課程教學目標較多，而國外一般大學就側重于研究人工智能慕課的實際場景應用。

第三，基于人工智能慕課的研究現狀和發展動態，研究北京大學人工智能慕課現狀，能為廣大慕課參與者指引方向，進而加快以慕課為平臺的人工智能課程改革進程。

二、北京大學人工智能慕課研究方法與研究過程介紹

本文以北京大學人工智能慕課為研究對象，利用內容分析法得出北京大學人工智能慕課內容的量化結果，通過對結果的比較，還原人工智能慕課的現狀并分析，在此基礎上對慕課平臺上人工智能課程的建設提出建議，促進國內人工智能慕課的改革。

(一)內容分析法的應用

內容分析法是以客觀、系統的方式對一般信息內容進行數量化描述的研究方法[11]，它對于明顯的傳播內容做客觀而有系統的量化并加以描述。研究者根據量化的統計結果，找出反映慕課內容本質的特性，克服純文本定性研究中存在的主觀性與不確定性。[12]目前，內容分析法已廣泛應用在政治學、新聞學、心理學等領域。

本文從北京大學人工智能慕課教學目標、教學內容、教學方法、教學評價這四個方面對北京大學人工智能慕課進行內容分析，有助于了解北京大學人工智能慕課情況并透徹分析現狀，為慕課的質量問題提供建議，為慕課管理者和教師帶來經驗啟示，以便于更好的推進以慕課為平臺的教育信息化改革，并為學生提供高質量的教學。

(二)研究過程介紹

運用內容分析法進行北京大學的人工智能慕課內容研究，一般過程包括研究對象的選擇、研究內容的類目設計以及統計信度分析環節。

1.內容抽樣

北京大學有關人工智能類的慕課共30門，包含人工智能、計算機基礎知識、程序設計與算法、數據結構、操作系統等類型課程，其中人工智能基礎知識類5門、數據結構類3門、操作系統類2門，計算機基礎知識類6門、程序設計算法類14門，筆者大致按比例抽出10門課程，如下表：

表1 北京大學人工智能慕課抽樣課程

2.類目設計

本文將從慕課的教學目標、教學內容、教學策略與教學評價四個方面進行類目設計與概念解釋。

(1)教學目標的類目設計。教學目標類目分析依據布魯姆教學目標分類理論分為認知、動作技能和情感三大領域。其中認知領域參照布魯姆認知領域目標分類分為六類，動作技能領域參照辛普森動作技能領域目標分類分為五類，情感領域參照克拉斯沃爾情感領域目標分類分為七類。制作表2進行類目設計，即對類目分類及解釋：

表2 教學目標類目設計表

(2)教學內容的類目設計。布魯姆將教學活動的整體目標分為知識、技能、情感領域，參照這一理論，將教學內容分為知識類、技能類以及情感類3類，并細分知識類與技能類類目，制作表3進行類目設計，即對類目分類及解釋：

表3 教學內容類目設計表

(3)教學策略的類目設計。教學策略一般是體現在教與學的活動中，在不同教學環境下，為了獲得不同的教學結果，采用不同方法的總和。結合慕課視頻中出現的各種具體的教學策略，將教學策略分為6類，并細分知識呈現為6類。制作表4進行類目設計，即對類目分類及解釋：

表4 教學策略類目設計表

表5 教學評價類目分析表

3.信度分析

(1)教學目標的信度分析與數據解釋。接下來對類目進行信度分析，選擇三名評判員對教學目標的類目進行評判，評判員認為符合的打“”，不符合的“×”。將評判結果記錄制作表6如下：

表6 教學目標信度分析表

從上述的信度分析結果來看，教學目標的類目設計得到大家的一致認可，類目設計的結果科學正確且合理。

(2)教學內容的信度分析與數據解釋。接下來對類目進行信度分析，選擇三名評判員對教學內容的類目進行評判，評判員認為符合的打“”，不符合的“×”。將評判結果記錄制作表7如下：

表7 教學內容信度分析表

1.建立Logistic模型。對客戶是否逾期的預測同樣符合參數模型的原理。Logistic模型的可解釋性較強，預測效果也較好，在個人信用評估的應用上具有一定優勢，因此本文建立Logistic模型，并將其與SVM模型的輸出結果進行比較。

從上述信度分析的結果來看，教學內容的類目設計大部分還是被大家認同的，認同度高。

(3)教學策略的信度分析與數據解釋。接下來對類目進行信度分析，選擇三名評判員對教學目標的類目進行評判，評判員認為符合的打“”，不符合的“×”。將評判結果記錄制作表8如下：

表8 教學策略信度分析表

從上述信度分析的結果來看，教學策略的類目設計科學合理，一致性比較高，關于教學策略內容分析的可信度也比較高。

(4)教學評價的信度分析與數據解釋。接下來對類目進行信度分析，選擇三名評判員對教學目標的類目進行評判，評判員認為符合的打“”，不符合的“×”。將評判結果記錄制作表9如下：

表9 教學評價信度分析表

從上述信度分析的結果來看，教學評價類目設計的信度是最低的，僅0.61，表明這個類目設計得基本合理，盡管有一部分人對一小部分有其它看法，總體而言，還是具有一定可信度的。

三、基于內容分析法的北京大學人工智能慕課量化分析

(一)北京大學人工智能慕課教學目標的統計結果與現狀分析

1.教學目標的統計結果

先將課程編號制作成課程編號表，學習課程，在表中符合的類目打“”，制成評判記錄表。將每門課每項類目打“”的數目統計，計算10門課程每項類目總和。制作表10如下：

表10 教學目標類目分析評判記錄表

2.教學目標的現狀分析

從上述的結果來看，課程的教學目標都集中在認知領域，沒有關于動作技能以及情感類的教學目標，這是因為動作技能涉及骨骼和肌肉的發展和協調，動作技能領域的教學目標常用在實驗室、體育課、職業培訓、軍事訓練等科目，在人工智能慕課中很少見。情感的學習和形成與態度、價值觀念密切關系，而人的情感反應更多的是一種內部心理過程，具有內隱性、抽象性，在人工智能慕課中不常見。

在認知領域教學目標中，領會和分析的總數最多(分別為674個和570個)，基本上大多數課的教學目標都包含領會和分析兩部分，要求學生可以用自己的話表述上課的知識、對知識加以說明和概述、了解材料的內容同時又理解其結構。此外，運用的總數也比較多，由于人工智能慕課的特殊性(程序設計的課程占大多數，需要學會運用各種編程語言)，要求學生必須能將學到的知識運用到新環境中，解決實際問題。課程中的教學目標關于識記、綜合和評價較少(其中識記和評價最少，還不到50個)，由于有些人工智能慕課視頻時長較短，因此較少回憶先前學習過的知識材料，也不需要對材料進行價值判斷這個高要求，僅需要領會、運用、分析則可。

(二)北京大學人工智能慕課教學內容的統計結果與現狀分析

1.教學內容的統計結果

表11 教學內容類目分析評判記錄表

2.教學內容的現狀分析

從上述結果來看，北京大學的人工智能慕課還是以知識類形式內容為主(知識類平均有326.4次，遠超于技能類內容與情感類內容之和)，其中陳述性知識又超于程序性知識，這意味著大多數慕課中的內容還只是描述客觀事物特點及關系的認識。當然也包含著一套關于某項任務的行為或者解決某個問題的操作步驟和過程(做什么和怎么做)的知識點，這是人工智能類慕課(這種包含計算機程序設計課程)必須要有的，類似于各種算法各種語言都需要講授解決問題的操作步驟和過程。

在陳述性知識中又以事實以及有組織的論述為主，以此來厘清知識點中各個事物的關系以及整體情況。在程序性知識中又以動作步驟學習為主，即完成一項活動或任務的一系列操作，符合計算機課程的要求。技能類內容相對來說就比較少，因為技能類注重示范模仿和操練，需要設計應用情境，但技能類知識也不會太少，因為技能類內容與知識類、情感類整合在一起，往往在動作步驟學習的同時就需要學生對照示范進行模仿操練。最后，情感類內容非常少，僅15個，對于人工智能慕課這種非文科類慕課而言，比較正常。

(三)北京大學人工智能慕課教學策略的統計結果與現狀分析

1.教學策略的統計結果

表12 教學策略類目分析評判記錄表

2.教學策略的現狀分析

從上述的結果來看，幾乎所有慕課都是采用觀看視頻的形式來講解課程內容(觀看視頻的總數最多，到達697個)，其中在觀看視頻的形式下，又大多以演示文稿的形式來呈現課堂的知識點(演示文稿的總數僅次于觀看視頻)，根據觀看的經驗，偶爾不是用演示文稿的形式呈現的幾節課，要么是講述程序軟件的安裝過程，以錄屏的形式呈現，要么是關于課程的介紹、引言之類。其次，補充材料(總數排第三，次于觀看視頻與演示文稿)作為觀看視頻后的補充，常常包括課上的PPT、其他知識點的提要或整合、課上所用到的代碼及素材等用來補充上課沒聽清或沒聽懂的不足。案例分析、圖形圖片動畫以及教材出現的頻次也比較高，有四百多節課在講述知識點時運用案例、圖片、圖表或動畫形象生動地表現內容。

做練習的次數也超過一半，有三百九十多節課在課后或課上會提供練習給學生鞏固知識。論壇交流、師生互動以及做筆記就比較少(總數低于300，不到課程的一半)，因為華文慕課中很少有學生交流或師生互動的記錄，在中國大學慕課中也沒有做線上課堂筆記的渠道，因此，在交流以及做筆記方面建設慕課需要注意，注意上課或課后多與學生交流。最后，我們發現，小組互助是次數最少的(僅有18個)，這表明北京大學人工智能慕課幾乎很少讓學生一起協作，完成任務。一部分原因可能是因為大家都來自不同地方，互不認識，上線時間也不相同，不太方便一起完成作品。

(四)北京大學人工智能慕課教學評價的統計結果與現狀分析

1.教學評價的統計結果

表13 教學評價類目分析評判記錄表

2.教學評價的現狀分析

從上述的結果來看，學習時長的總數最多(總數有716個，是抽樣視頻的總個數)，所有課程都會有學習的時長的提示，這歸功于慕課平臺都設有這個功能。考試的總數也比較多(總數有579個，僅次于學習時長)，這里的考試只包括期末考試，這說明，基本上課程都具有期末考試(除了抽樣的最后兩門課程中將某節課設置為期末考試，因此只各打了一個勾)，以評價這門課程學生學習的效果。作業的總數(有378個居第三位)也比較多，一般人工智能慕課課程都包含作業或練習，以鞏固上課學到的知識，很符合人工智能慕課的要求(人工智能慕課中有許多教師上課示范的編程例子或問題解法，只有課后不斷練習，才能更好運用領會問題的解法。)

測試、課程討論、發帖量、投票數的總數比較少(都在300左右，不超過視頻數的一半)，由于華文慕課平臺上課程討論比較少，僅僅幾條留言，發帖量較少，同時也沒有投票數這個功能，而大多數課程也只有華文慕課可以觀看，所以最終課程討論、發帖量、投票數較少。關于測試，它包含期中考試與測試，但許多課程是練習與作業，提交練習與作業以記作平時成績，沒有測試，因此測試較少。最后，出勤考核的總數為0卻沒有刪掉的原因是出勤考核較為重要，不僅細化教學評價的考核維度，還能督促學生持續性學習。對于北京大學的人工智能慕課所在的幾個平臺上而言，沒有進行專門出勤考核的功能，但是某些其他的慕課平臺上包含這一功能，添加這一類目以期望北京大學的人工智能慕課所在的幾個平臺能夠增加專門的出勤考核模塊。

四、北京大學人工智能慕課分析結論與優化路徑

通過對抽樣的10門北京大學人工智能課程內容分析，了解北京大學人工智能慕課現狀，發現北京大學人工智能慕課發展迅猛，建設管理得當，但也有一些方面略有瑕疵。針對研究發現的問題，筆者將從教學目標、教學內容、教學策略、教學評價四個方面對人工智能慕課的建設提供建議，為人工智能慕課建設發展添磚加瓦。

(一)制定合理的教學目標

教學目標對教學設計起到導向作用，對教學過程起到指引作用，對教學效果起到評價作用，是教學過程中的第一要素，是教師教學活動的出發點與歸宿。[13]傳統的教學目標存在說明不明確、不科學等缺點，以慕課為代表的在線教育雖然在一定層面突破并改善了傳統教育，但還是沒有解決教學目標不明確、不科學的問題。[14]而且慕課的學習較為依賴學生的自主性，使得教學目標的指向性起不到應有的作用，網上資源的混亂與繁雜導致教學目標的淡化，碎片化的教學內容與教學目標之間的矛盾更是高輟學率的主要原因。[15]因此，制定合理的教學目標必不可少。

整體而言，北京大學人工智能慕課的教學目標多集中在認知領域，認知領域也偏向“知道”“領會”兩點在情感領域的目標相對來說很少，有也只是浮于“接受或注意”這一簡單層面。盡管使用慕課的學習者在學習階段會有交流與合作，然而在這過程中互相不見面，情感領域目標的實現效果具有虛幻性，不利于學生的成長發展；[16]對此，在明確并科學描述教學目標的基礎上，必須強化教學目標，減小慕課對于教學目標的淡化作用，教師需要強化設置慕課的指向性內容，同時慕課平臺需要建設反饋監控體制，提高課程教學效果。此外，必須強化情感領域目標，教師必須轉變傳統教育觀念，重視情感促進認知的作用，調動一切資源來共同實現情感目標。人工智能知識的特點決定了，教學目標不應止于對知識的知道、領會，學習者應該學會自己分析應用相關知識，且教學目標應該更注重情感領域，讓學習者能夠形成自己的價值體系與性格化，從而能夠主動地、積極地去學習人工智能知識。對于應用性實踐性很強的學科，只有學習者個人對知識充滿興趣，才能夠在該領域不斷學習，不斷創新，從而適應信息化社會的高要求。

(二)優化完善教學內容

教學內容是教師和學生開展教學活動的基本依據，是學校實現教育目的的重要保證。[17]教學內容的選擇從宏觀層面來講需要保持課程內容與課程知識體系一脈相承，課程體系的設置一直是高校人才培養計劃的重點，在學校設定的培養方案中，課程與課程是否銜接緊密，是否需要其他課程補充，都是需要深思熟慮的。[18]從微觀層面來講需要符合學習的邏輯順序與結構逐級搭建。具有開放性的慕課往往沒有固定的大綱，教學內容的選擇自由度更大。由于慕課存在知識碎片化學習的特點，慕課更是抑制了教學內容完整性、系統性。[19]而且，慕課的教學內容不是一成不變的，每門課程的內容隨著相關領域研究的不斷深入，課程的內容也需不斷更新與完善，因而如何安排合理的教學內容顯得尤為重要。

通過上述的研究發現，北京大學人工智能慕課的教學內容以知識類形式內容為主，其中陳述性知識又超于程序性知識，陳述性知識中又以事實以及有組織的論述為主，技能類內容相對較少，情感類內容微乎其微。技能類內容注重模仿示范與操練，需要設計應用情境；情感類內容一般作用于人文類慕課。但兩者同時又與知識類內容整合在一起，相輔相成。此外，人工智能類慕課存在大量基礎計算機科學課程，許多學者認為不應該在基礎計算機科學中過分強調編程技能。[20]為了合理安排教學內容，教師組需要科學安排知識類、技能類與情感類內容三者比重，將三類內容相互整合，結合學生接受度，利用不同表現形式，優化教學內容。每門課程不是閉合的集合，慕課團隊需要及時維護慕課，注意內容的補充與完善。

(三)增加互動討論、優化教學策略

教學策略是為實現教學目標而制定的教學總體方案，主要內容包括合理選擇和組織各種方法、材料，確定師生行為程序等。[21]具體到慕課教學上，包括知識呈現、交流互助、師生討論等，觀看視頻、演示文稿、補充材料、案例分析、圖形圖片動畫、教材都是知識呈現的一種方式。與傳統的教學不同，慕課教學不僅關系教師與學生，而且涉及到平臺與媒體，在呈現知識時如何發揮不同類型媒體的重要性是優化教學策略的重點。然而，目前慕課的建設主要是教授負責提供指導性建議，學生負責開發。[15](27)存在學生基礎不牢導致部分畫面無法通過正確的方式傳達知識或知識呈現還是課本的電子化等問題。在教學過程中，增加協作、交流與互動，更能正向加強了學習動機、提高了學習效率。[22]因此，如何優化知識呈現方式、增加交流互動以優化教學策略迫在眉睫。

通過上述的研究發現，北京大學的幾乎全部人工智能慕課都是采用觀看視頻的形式來輸出課程內容，視頻中經常以演示文稿的形式來呈現課堂的知識點。補充材料、案例分析、圖形圖片動畫、教材與做練習這些知識呈現的方式也比較多，而論壇交流、師生互動、做筆記以及小組互助就相對較少了。因此，教師必須優化教學策略、增加互動討論。具體而言，教師需要依據不同媒體的特性，針對不同教學內容呈現知識、不同知識點的表現形式也是多樣的；教師需要提出可供探討的問題或任務，交給學生通過討論交流或小組互助來完成任務。慕課平臺需要開設討論區域供學習者討論交流，并定時維護與管理；國家需要加大投資力度，給予教師與慕課團隊足夠的資金制作多媒體資源，豐富知識呈現方式，加強慕課平臺討論互動方面的建設。

(四)建立合理科學的評價機制

教學評價是教學活動中的重要環節，能有效保障教學質量、推動教學改革。[23]教學評價的主體包括教師和學生，它能對教師的教學情況與學生的學習情況進行及時了解，幫助教師調整教學內容、教學方法等，幫助學生及時調整學習狀態、學習方式等，將促進社會進步和個體發展作為最終宗旨。[24]有學者認為科學合理的教學評價機制還能給教師教學的評價過程與方式帶來準繩，避免教學評價中的弊端，促進評價的公平與公正。不僅如此，該學者還提出建立教師表現、學生表現與教學視頻的慕課教學評價體系。[25]因此，優化教學評價，建立合理科學的評價機制刻不容緩。

通過上述的研究發現，北京大學人工智能慕課的所在平臺都具有學習時長、測試、課程討論、發帖量、投票數等功能，幾乎所有北京大學人工智能慕課的所在平臺都沒有出勤考核的功能。北京大學人工智能慕課期末期中考試、作業練習比較多，測試較少。因此，需要相應建立科學的教學評價機制，相關部門需要重視并加強對慕課教學課程評價體系的構建；高校應當結合學生的實際情況以及教師的實際情況，建立具有針對性的教學評價體系；教師需要積極參加投入到慕課的設計與管理中，建立以慕課教學為主的課程考核體系，使學生自主評價慕課課程的教學成果，指出人工智能慕課中存在的不足并提出建議，從而使教師可以及時掌握學生的學習情況、發展狀態與教師自身的教學情況，調整教學內容，融合信息化教學與慕課教學系統。學生也需要積極參與慕課學習，通過踴躍討論、發帖投票、參與考試、勤加練習等來了解自身學習狀況，調整狀態，促進完善教師表現、學生表現與教學視頻的三維慕課教學評價體系。