基于CiteSpace可視化分析的中小學人工智能教育現狀研究

廖素芬?陳衛純?袁李華

摘? 要：在人工智能背景時代下，中小學人工智能教育可以為我國培養創新人才，推動教育高質量發展，在日后國際競爭中更具有優勢。文章借用CiteSpace主要分析了中小學人工智能教育的研究現狀，從關鍵詞共現分析和關鍵詞聚類分析來進行計量分析;從能力培養、課程實施和教學系統進行內容分析?？偨Y并分析我國中小人工智能教育的發展熱點和趨勢，還需要多主體共同探討合作做好人工智能教育的頂層設計。

關鍵詞：人工智能教育;中小學;CiteSpace

中圖分類號：TP391 ? ? ? 文獻標識碼：A文章編號：2096-4706（2022）06-0119-03

Research on the Artificial Intelligence Education Status in Primary and Secondary School Based on the Visualization Analysis of CiteSpace

LIAO Sufen， CHEN Weichun， YUAN lihua

（School of Humanities and Education， Foshan University， Foshan? 528000， China）

Abstract： In the era of artificial intelligence background， the artificial intelligence education in primary and secondary school can cultivate innovative talents for our country. it will promote the education department of high quality and make it have comparative advantages in international competition in future. This paper uses the CiteSpace mainly to analyze the research status of the artificial intelligence education in primary and secondary school. The keyword co-occurrence analysis and keyword cluster analysis is using for measurement analysis， and the ability training， courses implement and teaching system is using for content analysis. It summarizes and analyzes the development hot spots and trends of artificial intelligence education in primary and secondary school， and it is also necessary for multiagent to discuss and cooperate together to make the top-level design of artificial intelligence education.

Keywords： artificial intelligence education; primary and secondary school; CiteSpace

0? 引? 言

隨著物聯網、云計算、大數據等人工智能技術的發展，人工智能技術不斷地被應用于教育領域。人工智能教育主要有兩種理解：一是課程內容，學習人工智能最新的技術知識。二是技術支持，利用人工智能相關技術去分析教育數據，實施精準教學和個性化學習。人工智能教育可以改變教育方式，促進教育公平，提升教育質量。本文主要通過探究中小學人工智能教育的發展現狀，以期為我國人工智能教育的未來研究提供參考價值。

1? 研究設計

1.1? 研究數據

本文將中國知網CNKI作為數據來源平臺，以“中小學人工智能教育”為主題詞，文獻型為期刊論文和學位論文，檢索時間為2002年1月1日至2021年12月15日，最終篩選出有效文獻為564篇。

1.2? 研究工具

本文的研究工具CiteSpace 5.8.R3是美國Drexel大學陳超美教授研發的知識圖譜可視化分析工具，通過文獻關鍵詞的可視化分析，我們可以快速地了解某一領域內最新的發展熱點和趨勢[1]。

2? 知識圖譜分析

2.1? 關鍵詞共現分析

本文借助CiteSpace對中小學人工智能教育相關文獻進行關鍵詞詞頻和中心性分析。在關鍵詞共現分析中，詞頻分析就是在文獻中提取能夠表達文獻核心內容的主題詞詞頻的高低分布;中介中心性是指關鍵詞在整個共線網絡中的中心地位，一般把中心性大于0.1的節點稱作關鍵節點。

如圖1所示，關鍵詞共現圖譜中的網絡節點有316個，網絡連線為488條，網絡密度為0.009 8，這說明該圖譜關鍵詞之間聯系較緊密。

如表1所示，除檢索主題詞“人工智能”“中小學”“智能教育”之外，中小學人工智能教育的高頻關鍵詞還有編程教育（33）、機器人（27）、創客教育（22）、信息技術（18）、智慧教育（13）等;它們的中介中心度均大于0.1，這些關鍵詞說明中小學人工智能教育的主要關注方向。4369D54D-E4F7-4C8C-9335-FCC8753EEB2A

2.2? 關鍵詞聚類分析

在關鍵詞共現分析的基礎上，本文借助CiteSpace中對數似然算法（LLR）對樣本數據所包含的關鍵詞進行聚類。在關鍵詞聚類分析中，“節點數量”代表聚類中包含的關鍵詞個數;“緊密程度”代表各關鍵詞之間的聯系程度，值越高聚類效果越好。

如表2所示，在關鍵詞聚類表中，中小學人工智能教育共形成10個有效聚類標簽。除檢索主題詞人工智能之外，聚類標簽的節點數量較多的有機器人、創客教育、編程教育等;各聚類標簽值的緊密程度均在0.9以上，說明聚類效果很好，形成相對應的研究主題。

3? 文獻內容分析

知識圖譜分析可以反映研究的主要方向，但無法提供更詳細的內容信息，存在一定的局限性。因此，本研究以CiteSpace的聚類分析結果為參考，通過整合聚類標簽形成三大研究主題，從內容分析的角度深度地去探究中小學人工智能教育的發展情況。

3.1? 以能力培養為核心的研究主題

該主題的聚類詞有人工智能、信息素養、教學模式、教學實踐，相關的關鍵詞有創新能力、創客素養模型、智能素養、計算思維等。機器人教育可以激發學生的創新意識，培養科技創新能力[2]。為扮演好教師在信息技術創新教學中的角色，從創新設計者、學習促進者、建設性評價者等維度構建教師信息技術創新應用能力框架[3]。為應對中小學缺乏創客教育師資的問題，構建面向師范生培養的創客素養模型[4]。智能素養是發展人工智能的重要能力，從智能意識、智能技能、智能創新等維度構建了中小學生智能素養框架[5]。為提高師范生的智能素養，開發面向師范生人工智能素養自評工具[6]。在人工智能課程中開展項目式教學培養學生的問題解決能力及計算思維能力[7]。由此，我們發現能力培養的主體不僅面向學生，還對教師能力有了更高的新要求。能力培養目標從信息素養轉變為智能素養，有了更寬泛的內涵。中小學人工智能教育主要圍繞以創新能力、問題求解能力、計算思維等高階思維能力去培養，更高層次地推進素質教育。

3.2? 以課程實施為核心的研究主題

該主題聚類詞有機器人、創客教育、編程教育，相關的關鍵詞有課程設計、人工智能課程等。為了應對中小學人工智能課程內容碎片化，缺少對人工智能課程系統化設計等問題，以區域校本課程“小學人工智能入門”為例，構建信息技術學科“1+2”課程模式[8]。圍繞人工智能通識、應用及編程等內容，開發具有廣州市地方特色的中小學人工智能課程體系[9]。創客教育的課程建設要以以解決現實生活中的實際問題為主，要圍繞人工智能相關技術作為開展項目研究的技術支撐[10]。開發了一套面向高中AI課程項目資源包“校園新時尚，垃圾分類我先行”[11]。由此，在開展人工智能相關課程的過程中，以校本課程開展為主，課程內容多為編程，創新應用各種新型的教學模式?？傮w來講，面向中小學人工智能教育的課程內容不斷地豐富，教學設計不斷地創新。但是，還存在諸多挑戰，例如課程內容偏理論輕實踐、課程標準不統以、課程評價方式缺乏多元化設計等問題。

3.3? 以教學系統為核心的研究主題

該主題聚類詞有智慧教育、中小學校園網、專家系統，相關的關鍵詞主要有智慧課堂、大數據、智能教學系統等?；跈C器學習與深度學習技術，開發面向中學生的“智慧狗”人工智能教學輔助系統[12]。構建了基于Machine learning for kids平臺的小學生人工智能項目式教學模式[13]?；诮嬛髁x學習環境（CLES）設計模型，從促進知識建構的認知工具、啟迪學生思維的會話與協作、人工智能應用的社會境脈支持等方面，提出了針對中小學人工智能課程學習平臺的優化策略[14]。提出構建中小學教育大數據人工智能教育系統，讓中小學教育更加智能化[15]。智能一體化實驗教學與管理系統用智能技術為教師減輕壓力，從而開展實驗教學[16]。由此，我們發現人工智能教學平臺有助于緩解當前中小學人工智能教育資源分配不均、優秀師資匱乏的難題，減輕學生的學業負擔和教師的教學壓力。但是，人工智能教學平臺存在教學實際脫節、教學資源難實現協同共享、教學資源數據缺乏安全保障、教育數據倫理等問題。

4? 結? 論

通過分析中小學人工智能教育的現狀，本研究發現中小學人工智能教育的發展還處于初步探索階段，我們除了要培養學生的高階思維能力之外，還要注意提升教師信息化教學水平。除了信息技術教師之外，其他任課教師都應該將人工智能相關技術運用到常態化教學。人工智能課程的實施存在地區差異化，經濟發達地區開設校本課程，而欠發達地區卻沒有存在課程資源匱乏。人工智能教育平臺建設需要多方力量的協同合作，解決資源共享、資金費用及技術指導等問題。人工智能教育課程的開發是前提基礎，師資匹配和平臺系統是保障支持，能力培養是最終目標，我們需要繼續推動人工智能技術與教育教學的融合創新。

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作者簡介：廖素芬（1993—），女，漢族，廣東佛山人，研究生在讀，研究方向：信息技術學科核心素養。

收稿日期：2022-01-264369D54D-E4F7-4C8C-9335-FCC8753EEB2A