人工智能思想在创客教育中的应用研究

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　　摘   要：文章在概述人工智能研究方法和创客教育及其面临困境的基础上，构建了基于人工智能信息生态方法论的创客教育模型，基于该模型提出了当前国内创客教育困境的解困机制，并结合重庆师范大学文化传媒众创空间进行了应用分析。
　　关键词：人工智能思想;创客教育;信息生态方法论;解困机制
　　中图分类号：G434 文献标志码：A 文章编号：1673-8454（2020）01-0046-04
　　一、引言
　　2016年10月，美国总统行政办公室联合美国国家科学技术委员会共同发布了《规划未来，迎接人工智能时代》（Preparing For The Future of Artificial Intelligence）报告（以下简称《报告》）。该《报告》针对当前人工智能发展和应用的现状以及存在的问题，为美国政府及相关机构更好地应对未来人工智能的发展，提出了若干建议和对策[1]。人工智能自1956年提出以来，其研究方法在很长一段时间内是“三分天下”的，一是1943年由McCulloch和Pitts发表的人工神经元模型开启的人工神经网络研究方法（即结构模拟方法，也称结构主义方法）;二是1956年由McCarthy发起、Simon和Newell等人提出的“物理符号系统假设”开启的物理符号系统研究方法（即功能模拟方法，也称功能主义方法）;三是1990年由Brooks研制的“六脚虫机器人”推动的感知动作系统研究方法（即行为模拟方法，也称行为主义方法）。近年来，人们更倾向于构建统一的人工智能研究方法，其中的典型代表是“信息生态”方法论[2]。
　　《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》提出：有效利用信息技术推进“众创空间”建设，探索STEAM教育、创客教育等新教育模式，使学习者具有较强的信息意识和创新意识[3]。创客教育来自于“创客活动”的兴起。学术界普遍认为“创客活动”源自于麻省理工学院的比特及原子研究中心在2001年发起的FabLab（Fabrication Laboratory，制作实验室）创新项目[4]。国内学者认为，创客教育的内涵可分为“创客的教育”和“创客式教育”。其中，后者旨在运用创客的理念与方式改造教育，倡导“在创造中学习”或“基于创造的学习”[5]。
　　人工智能研究方法经历了由分到合的发展阶段。“信息生态”方法论的提出更是对人工智能研究起到了良好的推动作用，基于该方法论的人工智能创新研究已得到广泛应用。国内学者也对人工智能教育应用进行了探讨研究[6]。创客教育是当前创新教育领域的重要教育形式，研究如何将人工智能思想（尤其是“信息生态”方法论）应用到创客教育有显著的现实意义。
　　二、国内创客教育面临的困境
　　当前，国内部分学者对我国创客教育面临的困境作了分析。燕山大学崔研认为大学生创客培养依然面临政策、实践、师资、个体的困境[7]。广州市教育信息中心王同聚认为创客教育面临的困境主要为：一是缺少成熟的教育理念和推进策略;二是缺少合适的教学模式和易选的实用载体;三是缺少实用的配套教材和精干的师资队伍[8]。广东省惠州市广播电视大学周海涛认为创客课程开发面临诸如课程开发形式过度依靠外部企业力量、缺乏教师深度参与、课程内容过度依赖技术工具等困境[9]。宿迁学院胡星认为创客教育面临的主要困境为：一是创客空间标准不高、配置太低;二是课程体系内容陈旧、兼容较难;三是创客教师师资匮乏、能力较弱[10]。综合上述阐述，当前创客教育的困境主要表现为：
　　1.主体困境
　　创客教育的主体是人，可分为教育者和被教育者。
　　教育者困境表现为：一是个人所具备的知识和能力有限。创客教育要求教育者具备多学科的知识和能力，很多教育者不满足多学科的知识背景。二是教育理念的局限性。创客教育的中心点和出发点是创新，教育者往往突出创客技能和知识上的培养，对创客应该必备的创新思维缺乏培养手段。
　　被教育者困境表现为：一是创客基础知识技能的缺乏。创新必须是有基础的创新，创客教育要求被教育者具备一定的多学科知识和实践动手技能。被教育者缺乏的基础知识技能需要经过一段时间的教育才得以强化。二是对创客教育目标缺乏清晰定位。被教育者對通过创客教育是让自己成为一名创客还是提升创新能力没有清晰认识，必然导致创客教育效果打折扣。
　　2.客体困境
　　创客教育客体即为创客教育所需要的硬件和软件等外部环境。硬件困境表现为场所有限、用于创客实现的设备和资源有限;软件困境表现为支持创客实践的软件应用还不够丰富，同时支撑创客实践的资金有限。
　　3.系统困境
　　当前，创客教育活动主要集中于创客空间内部来开展，形式和资源相对集中，不够开放。这和创新教育的培养相悖。我们所期望的创客空间应该是一个开放可发展的系统，该系统从系统规则（即创客规则、创客教育规则、创客空间规则）、系统自我更新发展（软硬件的更新发展）以及与其他系统的交互都应该是开放可持续发展的。
　　三、人工智能信息生态方法论对创客教育的影响
　　1.基于人工智能信息生态方法论构建创客教育模型
　　创客教育在主体、客体和系统三个方面所面临的困境是相互关联、不可分割的。鉴于人工智能在研究方法上处于“分而治之”的发展阶段，我们很有必要以一个统一的方法去解决创客教育的研究，而不仅仅局限于其中一个方面的突破。因此，可以从全局的层面去解决创客教育所面临的困境。
　　人工智能信息生态方法论将人工智能的研究对象划分为：主体（目的、知识）、客体/环境、客体信息和智能行为。强调各个要素之间的“互相关系”，将之视为一个整体相互联系的研究而非独立研究。结合上述方法，我们可将创客教育分为：主体（教育者、被教育者）、客体（外部环境）、客体信息和创客行为。四者及其相互关系如图1所示。 　　创客教育的主体分为教育者和被教育者。创客行为可分为教育者的教育行为、被教育者在教育者引导下的创造行为和教育者/被教育者的自主创造行为。创客教育基于主体和主体行为实施的不同，其活动模型如图2所示;教育者行为模型如图3所示;被教育者行为模型如图4所示。
　　基于上述模型，我们可以看到创客教育在实践中的运作模式，为解决创客教育面临的困境提供模式分析依据。
　　2.基于创客教育模型的困境解决机制
　　创客教育的出发点和根节点是创新。创新的主体是人，客体是客观环境，创新结果属于客体范畴。从主体角度来看，实现创新要具备创新意识、创新思维和创新技能;从客体角度来看，实现创新要具备创新所需的软硬件基础、资源基础和法规制度基础。基于创客教育构成模型、创客教育行为模型、教育者行为模型和被教育者行为模型，结合创新主客体内涵，解决创客教育困境有如下机制：
　　（1）创客教育主体困境解决机制
　　针对教育者面临的知识技能有限性困境，由于人的知识技能不可能是“大而全”的，是有限的。因此，教育者是团队式的，不是单一的个体。教学团队教育者构成如图5所示。
　　由图5可以看出，“教学团队”教育者包含两方面的教育者：一是专长教育者，即针对创客教育涉及的各学科知识和技能让该学科教育者任教，担任其所专长领域的教育任务;二是协作教育者，即具备多学科领域知识技能的教育者，主要负责对被教育者进行引导，让被教育者明白自身在创新主体方面的欠缺，选择性地接受专长教育者的教育培训。
　　由于知识技能的不断更新和发展，使教育者不仅在构成上是多人组合的教学团队，还需要教育者自身强化再学习新知识技能。
　　针对教育者教育理念的局限性，教育者应当加强自身创新意识和创新思维的教育培养，不仅仅局限于创新技能的强化。
　　针对被教育者在知识技能和对创客教育认知上的局限性，需要被教育者进行基于创新的学习和基于学习的创新。两者之间是相互联系、相互转化的。被教育者进行创客教育的步骤如下：①在协作教育者引导下，制定创新目标，发现创新主体方面的欠缺（协作教育者指引）;②进行基于创新的学习（专长教育者培训）;③基于学习的创新（创客活动）;④在创客活动中或完成阶段任务后，发现自身需要再学习的知识技能;⑤如果需要再学习或进行新的创客活动，则进行基于创新的学习;否则，结束创客教育。
　　被教育者进行创客教育行为如图6所示。
　　（2）创客教育客体困境解决机制
　　创客教育客体属于创新客体的范畴。基于创客教育模型可看出，创客教育客体为创客教育主体提供客观的软硬件基础、资源基础和法规制度基础，创客教育主体在创客教育客体信息数据基础上通过创客行为作用于客体。
　　解决创客教育客体困境，可从两个方面着手：
　　①从客体角度出发，基于设备资源法规更新解决客体困境。即尽可能地丰富软硬件基础和资源基础，完善法规基础，提升创客教育的客观物质和环境基础。②借鉴人工智能研究中数据挖掘的方法提升主体挖掘客体信息数据的能力，提高创新水平，更好地利用客体进行创客活动。
　　（3）创客教育系统困境解决机制
　　创客教育系统困境的解决基于创客教育主（客）体，可划归为创客教育主体解决部分和创客教育客体解决部分。
　　如图7所示，在对创客教育系统困境进行划归后，创客主体在制定系统规则时包括规则更新机制的制定，创客主体学习和交流机制包含与创客教育系统外的人员进行交流学习，可保证主体的交互开放性;创客客体在解决创客客体困境的基础上，持续抓好对创客教育系统外客体的关注，做到适时更新。由此可见，创客教育系统困境的解决基于创客教育主（客）体困境的解决。
　　3.应用分析
　　重庆师范大学文化传媒众创空间于2016年认定合格[11]，在此以该空间为例进行分析研究。
　　（1）文化传媒众创空间基本情况
　　文化传媒众创空间棣属于重庆师范大学新闻与传媒学院，常设负责人1名和秘书1名。提供有集中办公创新区域、图像音视频采集设备、计算机与图像音视频软件以及打印喷绘播放设备。空间教师主要来自于新闻与传媒学院、计算机与信息科学学院、音乐学院和美术学院。面向全校师生开放，可开展媒体制作与创新、新媒体创新和新闻创新等活动。
　　（2）文化传媒众创空间建模
　　如图8所示，文化传媒众创空间模型由主体、客体、客体信息和创新行为四部分构成。其中，创客主体由学生、教师、空间负责人和秘书构成;创客客体由办公创新区域、图像音视频采集设备及所采集的信息、计算机与图像音视频软件及所产生的信息和打印喷绘播放设备构成。
　　客体信息为客体产生的所有数据。创新行为包含媒体制作与创新、新媒体创新和新闻创新等行为。
　　（3）文化传媒众创空间建设建议
　　结合文化传媒众创空间模型和创客教育困境解决机制，文化传媒众创空间在教师团队、主（客）体开放程度、客体信息和创客创新动力上存在困境。现就文化传媒众创空间建设提出以下建议：①扩展教师团队来源。由基本情况可知，教师团队缺乏对创新思维教学的教育者。因此，可以引进学校马克思主义学院教师兼任创新思维教育者。②开放创客主体。引进经众创空间认证的校外人员，并加强与其他创客空间的交流合作，提升主体创新能力。③开放创客客体。扩充客体信息来源，尤其是充分利用互联网资源和学校图书馆的数字信息资源，为主体创新提供更多资源。④开放创新成果转化。加强众创空间与地方（政府）在文化传媒创新上的合作，让创客成果有所收益，增加创客主体的创新动力。
　　四、结束语
　　本文就人工智能应用于创客教育研究中的方法进行了初步探索，提出了创客教育模型的解困机制，并结合重庆师范大学文化传媒众创空间的建设，进行了相关应用研究和验证。
　　参考文献：
　　[1]Preparing For The Future of Artificial Intelligence[DB/OL].https：//obamawhitehouse.archives.gov/blog/2016/05/03/preparing-future-artificial-intelligence.
　　[2]钟义信.人工智能：概念、方法、机遇[J].科学通报，2017，62（22）：2473-2479.
　　[3]教技厅函[2015]76号.教育部办公厅关于征求对《关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）》意见的通知[Z].
　　[4]Halverson，E.R. & Sheridan，K.M. The maker movement in education[J].Harvard Educational Review，2014，84（4）：495-504.
　　[5]何克抗.论创客教育与创新教育[J].教育研究，2016（4）：12-24，40.
　　[6]马玉慧，柏茂林，周政.智慧教育时代我国人工智能教育应用的发展路径探究——美国《规划未来，迎接人工智能时代》报告解读及启示[J].电化教育研究，2017（3）：123-128
　　[7]崔研.大学生创客培养困境及出路研究[J].中國成人教育，2016（11）：33-35.
　　[8]王同聚.人工智能时代，如何破解创客教育难题[N].中国教育报，2018-3-3（007）.
　　[9]周海涛，何盛艇.创客课程开发的困境与突破[J].中小学管理，2017（11）：32-34.
　　[10]胡星.价值与困境——创客教育对学校发展的影响透视[J].中国成人教育，2017（3）：122-124.
　　[11]渝教科发[2016]2号.重庆市教育委员会关于公布高校众创空间名单的通知[Z].
　　（编辑：王晓明）
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