人工智能教育視閾下小學“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)核心議題

郝進峰 江蘇省太倉市實驗小學

● 引言

目前，不少地方都已經(jīng)開始探索在義務(wù)教育階段開展人工智能教育，但因基礎(chǔ)和條件各不相同，研究所面臨的現(xiàn)實問題也各不相同。人工智能教育不同于傳統(tǒng)教育，筆者認為，在人工智能教育中，物理空間解決在哪兒培養(yǎng)的問題，校本課程解決用什么來培養(yǎng)的問題，師資隊伍就是誰來培養(yǎng)的問題，綜合起來就是如何可持續(xù)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的問題，三者統(tǒng)整為“創(chuàng)新實驗室”，它是人工智能教育的孵化器，是解決可持續(xù)培養(yǎng)創(chuàng)新人才的陣地。

在國內(nèi)，關(guān)于“創(chuàng)新實驗室”的建設(shè)研究樣態(tài)有很多，要推動人工智能教育健康發(fā)展，可分三步厘清“創(chuàng)新實驗室”存在的底層邏輯。第一步：建立理論模型，理順要素間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，明確每個層級邏輯關(guān)系；第二步：對“創(chuàng)新實驗室”的“創(chuàng)新”進行定義和規(guī)范，明確“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)的關(guān)鍵，避免建設(shè)出現(xiàn)偏差；第三步：確立“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)的核心議題，精準剖析并深入研究。

● “創(chuàng)新實驗室”建設(shè)的理論模型

創(chuàng)新人才的培養(yǎng)就是創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，創(chuàng)新能力培養(yǎng)的過程就是核心素養(yǎng)的落地過程，筆者從李藝教授的核心素養(yǎng)三層架構(gòu)理論[1]中得到啟示，推導歸納出人工智能教育的三層架構(gòu)。

最底層稱為物理層，即“創(chuàng)新實驗室”，不僅有硬件設(shè)備，還包含校本教材、各學科知識以及人工智能教育涉及的學科教師，它是人工智能教育的物理基礎(chǔ)，可見可用，需要即可包含在內(nèi)。

中間層稱為設(shè)計層，側(cè)重“設(shè)計”，不僅包含人工智能教育的頂層設(shè)計、基于物理層的課程設(shè)計，以及將“設(shè)計”這種能力作為結(jié)構(gòu)化知識的教學設(shè)計，更包含學生在實踐過程中從被引導到自發(fā)形成的設(shè)計能力等。

最高層稱為思維層，指在系統(tǒng)的人工智能學習中通過體驗、認識及內(nèi)化等過程逐步形成的相對穩(wěn)定的思考問題、解決問題的思維方法和價值觀。在學科融合之后的教育實踐中，包含多種相關(guān)學科思維，但又不限于學科思維，更強調(diào)設(shè)計思維以及人所包含的其他核心素養(yǎng)。

三層關(guān)系遵循“向上逐層歸因，向下層層包含”的原則，相互依托又相互歸屬。[2]自下而上是逐步從知識接近思維的過程，自上而下就是核心素養(yǎng)落地的過程。這種架構(gòu)理論的關(guān)鍵在于，對教學者而言，讓設(shè)計過程有了全新的視界，對發(fā)生在學習者內(nèi)部的知識與思維發(fā)生過程進行準確把握，更有效地開展教學。[3]

● “創(chuàng)新實驗室”建設(shè)的基礎(chǔ)定位

羅森博格在1995年就如何解決問題提出了一個簡單的方程：是什么（問題）+怎么做（原則/方法）=結(jié)果。[4]筆者將公式調(diào)整為：是什么（創(chuàng)新實驗室）+怎么做（基于創(chuàng)新實驗的研究）=結(jié)果（人工智能教育/可持續(xù)培養(yǎng)創(chuàng)新人才）。在公式中，只有“結(jié)果”是最明確的，“是什么”已定義待完善，而“怎么做”是整個研究的關(guān)鍵所在，它既要約束“創(chuàng)新實驗室”為其所用，又要設(shè)計并觸及人才培養(yǎng)。從三者的邏輯關(guān)系來論證：建設(shè)“創(chuàng)新實驗室”是基礎(chǔ)，基于“創(chuàng)新實驗室”開展的研究是過程，可持續(xù)地培養(yǎng)創(chuàng)新人才是結(jié)果。在這個邏輯中只有結(jié)果是明確的，一是培養(yǎng)的是創(chuàng)新人才，二是要可持續(xù)地培養(yǎng)，而過程是需要架構(gòu)的，那么要實現(xiàn)這樣的結(jié)果，就需要架構(gòu)對應(yīng)的過程框架來實現(xiàn)可持續(xù)地培養(yǎng)，同樣的邏輯，需要建設(shè)相匹配的“創(chuàng)新實驗室”才能更好地支撐這個培養(yǎng)過程。

1.對“創(chuàng)新”的定義和規(guī)范

這里的“創(chuàng)新”一是指硬件結(jié)構(gòu)上的創(chuàng)新，有別于傳統(tǒng)的教學實驗室，有更豐富、廣泛、開放的設(shè)施設(shè)備，形成全新的學習、實踐、探究環(huán)境，為學生的問題意識、創(chuàng)新意識、探究能力、造物能力、合作能力的培養(yǎng)提供環(huán)境支撐。二是指不僅包含各科知識，還包含學科教師或?qū)I(yè)人才等其他可用創(chuàng)新因素，可用皆可成為“創(chuàng)新實驗室”的一部分。當然，“創(chuàng)新”不是涵蓋所有，不是盲目投入，其硬件建設(shè)要成為課程開發(fā)的重要參考，而課程開發(fā)，也要為創(chuàng)新實驗室的建設(shè)帶來實質(zhì)的應(yīng)用突破，“創(chuàng)新實驗室”的設(shè)施投入和教師投入必須以培養(yǎng)人才為核心目標，為課程開發(fā)服務(wù)，受課程開發(fā)約束，逐節(jié)投入，良性發(fā)展，螺旋提升。

2.確立實現(xiàn)“創(chuàng)新”的關(guān)鍵因素

實現(xiàn)創(chuàng)新的基礎(chǔ)是“創(chuàng)新實驗室”，但物理空間、校本課程、師資隊伍僅僅是創(chuàng)新的物理基礎(chǔ)，它的背后是設(shè)計。這里的“設(shè)計”一是對空間環(huán)境的設(shè)計，二是對課程的開發(fā)設(shè)計，三是對課堂教學的設(shè)計，“設(shè)計”的主體皆指向師資隊伍。設(shè)計后的創(chuàng)新實驗室，硬件建設(shè)會成為課程開發(fā)的重要參考，而課程開發(fā)也會為創(chuàng)新實驗室的建設(shè)帶來實質(zhì)的應(yīng)用突破，最終讓學生通過學習的方式來實現(xiàn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。因此，“設(shè)計”是建設(shè)好“創(chuàng)新實驗室”、實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的關(guān)鍵。

● “創(chuàng)新實驗室”建設(shè)的核心要素

三層架構(gòu)理論填補了知識與思維之間的空缺，設(shè)計層就是物理層知識和思維層之間相互影響、相互促進的過程，它以知識結(jié)構(gòu)和思維結(jié)構(gòu)的雙屬性形式存在，于是“設(shè)計”呈現(xiàn)出它的第三層意思：設(shè)計思維。在“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)中，設(shè)計思維既是教師對物理層設(shè)計所展現(xiàn)出的一種創(chuàng)新思維能力，也是一種能呈現(xiàn)出思維能力特性的知識結(jié)構(gòu)，它在教學中成為知識的一部分，學生通過學習這種知識結(jié)構(gòu)進而轉(zhuǎn)化為自身的思維能力。

設(shè)計思維可以實現(xiàn)學校、教師、學生等多方用戶的需求，也能提升創(chuàng)新實驗室技術(shù)及理念支撐的可靠度，關(guān)鍵是能實現(xiàn)創(chuàng)新人才培養(yǎng)的可持續(xù)性，因此，它是“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)的核心。以設(shè)計思維為核心理念的“創(chuàng)新實驗室”結(jié)構(gòu)化創(chuàng)新才是“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)的核心議題，才具備真正意義上的創(chuàng)新價值。

通過對“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)的底層邏輯進行分析，可以歸納出：創(chuàng)新是目標，設(shè)計是關(guān)鍵，結(jié)構(gòu)是重點，設(shè)計思維是核心。

● 基于設(shè)計思維的結(jié)構(gòu)化創(chuàng)新——設(shè)計思維模型

厘清了“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)的底層邏輯問題，接下來就可以圍繞基于設(shè)計思維的結(jié)構(gòu)化創(chuàng)新研究“怎么做”的問題。由于設(shè)計思維還處于由商業(yè)向教育過渡的階段，因此關(guān)于設(shè)計思維模型也沒有相對權(quán)威的界定，在教育領(lǐng)域常用的是斯坦福思維模型和IDEO設(shè)計思維模型[5]，而英格麗葛斯特巴赫在其《結(jié)構(gòu)化創(chuàng)新，設(shè)計思維創(chuàng)造商業(yè)價值》一書中，將設(shè)計思維分成四個階段——感知、定義問題、想法生成和實踐[6]，筆者將其書中內(nèi)容整理歸納成下表的設(shè)計思維模型進行研究。

在這個模型的四個階段中，第一階段是了解目標群體的需求、愿望、擔憂等，第二階段是尋求解決問題最有效的方法，第三階段強調(diào)的不是準確的答案，而是盡可能有多的想法，并將其整合起來，這樣研究范圍會大大超出問題本身，為后續(xù)的研究提供更廣闊的思路。

在研究之初，筆者并未真正將其作為標準模型進行研究，但在后期的整理歸納中，發(fā)現(xiàn)有很多思路和行為與設(shè)計思維模型有共通之處，因此它便成為后續(xù)研究的借鑒。設(shè)計模型給“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)這一復雜的工程提供了“怎么做”的具體流程，并在環(huán)節(jié)修正過程中不斷反饋、優(yōu)化，實現(xiàn)設(shè)計思維結(jié)構(gòu)化、過程化。而且，師資隊伍完全參與“創(chuàng)新實驗室”的建構(gòu)，提升了建設(shè)者的協(xié)作能力、問題解決能力以及創(chuàng)新能力[7]，從而直接影響校本課程開發(fā)的后續(xù)進展，然后帶動學習者高階思維能力的發(fā)展，最終實現(xiàn)思維層目標要求——可持續(xù)地培養(yǎng)創(chuàng)新人才。

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● 結(jié)語

本文從人工智能教育大環(huán)境出發(fā)，研究了“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)的必要性，并以核心素養(yǎng)三層架構(gòu)為依托建立了“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)的理論模型。之后，從底層邏輯出發(fā)，學科思維層對應(yīng)思維層，問題解決層對應(yīng)設(shè)計層，學科知識層對應(yīng)物理層（創(chuàng)新實驗室建設(shè)），從而將“可持續(xù)地培養(yǎng)創(chuàng)新人才”這一核心理念與物理層的“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)形成勾連，強調(diào)了承上啟下的“設(shè)計層”在三層結(jié)構(gòu)中的關(guān)鍵地位，并尋找到設(shè)計層的核心——設(shè)計思維，明確了“創(chuàng)新實驗室”建設(shè)的核心議題是基于創(chuàng)新思維的結(jié)構(gòu)化創(chuàng)新。在厘清了底層邏輯、探尋到了核心議題之后，通過歸納的設(shè)計思維模型對實踐進行指導，取得了一定成效。