人工智能视域下高校创客教育的实施路径
李蓓
摘要：随着信息技术的不断发展，我国逐渐步入了人工智能化的时代。高校创客教育有利于培养大学生的创新素养，提高了大学生解决实际问题的能力，能够更好地适应社会的需求。我国创客教育尚处探索阶段，人工智能技术在该领域的教学研究与实践还不够深入。文章分析了目前高校创客教育的发展困境，并运用人工智能信息生态方法论构建了创客教育的模型，提出了发展困境解决机制，考察了南通大学在该领域的探索与实践。最后，从创客空间建设和课程建设两个维度，探讨了面向人工智能的创客教育在高校的实施策略。
关键词：人工智能;创客教育;创客空间
早在上世纪50年代，人工智能就已经被提出。经过几十年的发展，人们越来越倾向于构建统一的人工智能研究方法。美国的《规划未来，迎接人工智能时代》报告中，分析了人工智能的应用、发展现状，明确其中存在的问题，提出了应对未来人工智能发展的建议和对策。我国在推进教育信息化工作中，提出要探索创客教育、steam教育等模式，并利用现代信息技术构建“众创空间”，以提升学习者的创新意识和信息意识。创客教育是教育领域重要的创新教育形式，为人工智能课程的开展提供了新思路;同时，人工智能技术也为创客教育注入了新活力。
一、人工智能视域下创客教育人才培养目标
人工智能大量替代了简单的劳动力，为社会带来了新的智能制造模式。人工智能的兴起，深刻改变了教学形态。人工智能教育的基本教学目标是培养学生信息素养。但社会的发展迫切需要创新人才。因此，培养具备扎实技术素养的创新人才是人工智能教育的终极目标。创客教育的人才培养目标，与人工智能教育的人才培养目标存在高度的同质性。创客教育和人工智能教育都重视创新人才的培养，并立足于善于运用新兴技术人才的培育。创客教育关注综合创新人才的培养，并充分利用了开源技术优势。人工智能教育注重人才的创新技能和信息素养，关注人才对智能技术的应用，能够创新开展个性化设计与创作。从人才培养模式来说，创客教育培养的创新人才，对人工智能的多元创新具有积极意义;从工具本体来看，人工智能为创客教育提供了资源支撑以及技术平台。人工智能视域下的高校创客教育人才培养目标，是要培养综合性创新人才，坚持综合创新素养和技术素养相综合的人才教育。
二、人工智能视域下高校创客教育面临的困境
（一）主体困境
创客教育涉及教育者和被教育者，主体是人。人工智能创客教育要求教育者的综合素质要较高，并具备多学科的知识和能力。但目前一方面缺乏多学科知识背景的教育者，另一方面被教育者往往对创客教育目标缺乏清晰的定位。在创客教育中，是提升创新能力，还是成为一名创客，成为被教育者迷茫的问题，影响着创客教育的效果。创客教育要求被教育者具有一定的实践动手技能以及多学科知识。
（二）客体困境
对于人工智能创客教育来说，客体主要是外部环境，包括软件条件和硬件条件。这些是开展创客教育必不可少的。但目前，在一些高校创客教育中，正面临着客体困境。比如在软件方面，缺乏支撑创客实践的资金，这就影响实践活动的开展，且支持创客实践的软件条件也有待改进。在硬件方面，高校的硬件资源和设备有限，无法有效支持创客活动，如场所等。这些客体的困境需要校内外多方协同才能解决。
（三）系统困境
高校人工智能创客教育也面临着系统困境，创客教育活动形式和资源相对集中，主要在创客空间内部开展。人工智能创客空间应该是可发展的、开放的系统，包括系统自我更新发展、系统规则的开放和可持续。系统自我更新主要是硬件和软件的更新发展。系统规则包括创客空间规则、创客教育规则和创客规则等，但目前还不够开放、健全和完善。
三、信息生态方法论对创客教育的影响
（一）构建创客教育模型
人工智能创客教育的困境相互关联、不可分割。主体、客体和系统是创客教育的重要组成部分。解决人工智能创客教育的问题，需要从全局的层面解决主体、客体和系统的困境。目前，信息生态方法论倍受关注。根据信息生态方法论，将人工智能的研究对象分为四要素，即主体、客体、客体信息和智能行为。四个要素视为一个整体，密切相关，并进行整体研究。其中，智能行为，即创客行为，包括教育者或者被教育者的自主创造行为，在教育者引导下的被教育者的創造行为和教育者的教育行为。基于不同的主体和主体行为实施，我们提出了如下图1所示的创客教育行为模型、图2所示的教育者行为模型以及图3所示的被教育者行为模型，从而明确了创客教育在实践中的运作模式。
（二）困境解决机制
根据人工智能信息生态方法论，我们提出了解决系统困境的机制，包括主体困境的解决机制、客体困境的解决机制和系统困境的解决机制。
1.主体困境解决机制
人的知识技能要达到“大而全”很难，教育者的知识技能属于有限性的困境。教育者不是单一的个体，而是团队式的。教学团队包括辅助教育者、专长教育者。辅助教育者主要负责引导被教育者，是有多学科领域知识技能的教育者。通过教育者的引导，使被教育者了解在创新主体方面的欠缺。专长教育者包括创新意识教育者、创新技能教育者和创新综合能力教育者。专长教育者是让该学科教育者担任专长领域的教育任务，涉及创客教育各个学科的知识、技能。随着时代的发展，知识与技能不断更新和发展，教育者自身需要不断学习新知识和新技能，提升多人组合的教学团队的综合素质。被教育者需要进行基于学习的创新和基于创新的学习。被教育者进行创客教育，一是需要在辅助教育者指引下发现创新主体方面的欠缺，制定创新目标;二是在专长教育者指导下进行基于创新的学习;三是进行创客活动，在活动过程中发现需要进一步学习的知识、技能。
2.客体困境解决机制
通过创客行为，以人工智能创客教育客体信息数据为基础，创客教育主体作用于客体。高校要完善人工智能创客教育的机制体制，尽可能地丰富软硬件基础和资源基础，提升创客教育的客观物质和环境基础，解决客体困境，促进创客教育的顺利进行。创客载体的选择没有统一的标准，只要能够充分结合校地和师生的实际情况，无论采用何种载体，都能发挥其最大效能。也可以借鉴人工智能研究方法，通过数据挖掘来提高主体的信息数据挖掘能力，使主体能够科学利用客体来开展创客活动，提高创新能力。
3.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4所示。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。這样可保证主体的交互开放性。创客主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。
（三）应用分析
南通大学积极探索创客教育实施路径，分别依托国家大学科技园、工程训练中心建设了众创空间和创客空间。2015年，南通大学成为清华创客联盟首批成员单位。近两年，南通大学努力加强创客空间建设和改造升级，依托工程训练中心，建立人工智能在线实验平台，开展了一系列创客教育活动，旨在将机器学习技术引入人工智能系统，让不同技术级别的开发者将更多的计算机认知功能应用到智能设备开发中，创造更多自然的用户交互。为了让学生能够在人工智能课程中进行实践教学，我校联合了校友企业，开始AI平台的规划和建设，建立“智能机器人”“无人机”“3D打印”和“Arduino开源软硬件”等诸多创新实践教学平台建设。学生可以免费使用高性能集群进行人工智能创新项目的开发。进入“VR元年”后，在创客教育载体选择上又引入了虚拟与增强现实技术（如可穿戴装备），以不断进行创客教育拓展实验。
近两年，南通大学多次组织导师参加清华大学、浙江大学、西安理工大学等知名高校举办的“创客日”“创客高端论坛”等活动。目前，超过上百支队伍曾在南通大学创客空间接受创新训练和竞赛培训。多名教师获得了清华大学颁发的“创客导师资格证”，成为了清华创客联盟首批成员。学校每年资助大学生积极参加国家级、省级竞赛，如中国教育机器人大赛、机械创新设计大赛、江苏省机械创新设计大赛、江苏省工程综合创新竞赛等，并斩获了诸多奖项。南通大学创客空间每年接待众多国内外专家、创客和师生来访参观，受到了广泛赞誉，起到了良好的示范效应。
四、基于人工智能的高校创客教育实施策略
（一）面向人工智能的创客空间建设
高校要满足基本的人工智能技术需求，建设面向人工智能创客教育的创客空间。高校要为大学生提供多元创新服务，学生可根据实际情况选择线上或线下学习形式。在线上，教师向学生发布人工智能体验信息，学生根据兴趣爱好进行自由选择，完成人工智能体验活动。在线下，学生开展作品搭建与完善。在创客工作坊阶段，线上要上传整合项目的过程性资料，线下主要深加工作品;在挑战赛阶段，学生需要在规定时间内及时修正和补充作品功能，并由线上专家远程辅导，讨论项目情况，线下专家亲临现场进行指导，对于脱颖而出的作品，颁发相应的奖项和奖励。最后是产品的推广。通过各个环节的层层筛选和打磨，一些优秀作品达到了推广的要求，甚至可以批量生产。至此，高校创客空间突破了学校或实用性的局限，有效地实现了创客教育的经济社会价值。
（二）人工智能融合的创客教育课程建设
面向人工智能的高校创客教育，要发挥人工智能的作用，实现人工智能与创客教育的深度融合，就要加强课程建设。学习环境、学习内容、网络资源、活动项目、课程评价等，都是创客教育课程的基本要素。创客教育可以利用人工智能，实现可持续发展。创客教育课程建设根据整合难度、技术本体难度，可分为科普教育、嵌入式课程、项目型课程、整合性课程等，课程的实施形式可以是多种多样的，从开放体验的学习环境到项目聚焦，从大班集体活动到小组深入研讨，从体验导向的学习目标到能力导向。
在科普教育阶段，主要是开展互动体验活动，理解人工智能基本概念，帮助被教育者进行基础的认知，明确人工智能核心技术的服务对象以及实际功能。通过互动体验活动，增强学生与人工智能技术的互动，体会其技术魅力。在嵌入式课程中，需要融合学校校本创客课程以及人工智能入门技术。学生要学习工程设计的基本规范和基本思想，掌握工程核心技能。学生学习活动的线下场所主要依靠创客实验室，线上学习可以借助一些开源人工智能编程平台。课程驱动基于工程设计学习模式，使学生掌握基本知识、技能，基本编程素养，提高创新思维能力，培养学生的工程设计思维。教师定期组织线上研讨，解答学生的疑问，讨论学生的课程作品。在项目型课程阶段，要强化学生的工程设计理念，强调技术的深入学习。项目型课程是嵌入式课程的拓展。在项目型课程阶段教育中，选取对高新科技、人工智能有浓厚兴趣，相关技术基础比较强的学生，在教师引导下进行深入学习，全面学习代码化编程。在教育中，规范训练学生的工程设计能力和项目研发能力，提高学生的创新水平。在项目型课程的基础上，开展整合性课程。在整合性课程阶段，主要培养学生的项目研发能力以及跨学科综合创新能力。整合性课程的重要学习目标，就是项目设计以及产品化。整合性课程致力于完善大学生的职业生涯规划，助力创新创业、科技创新与科技成果转化。
五、结语
人工智能技术是社会发展的重要科技力量，能够推动国家经济发展，对提升国际竞争力有重要的意义。我国逐渐步入了人工智能化的时代。如何将人工智能与教育相结合，提升人才培养质量，是世界各国面临的重要议题。创客教育作为一种新型的教育模式，受到了广泛关注。其目的是提升学生的综合创新能力，促进学生的全面发展，培养具备创客素养的人。面向新时代，要抓住人工智能发展的有利契机，积极探索高质量、有特色的创客教育。当前的相关探讨仍是初步的，人工智能创客教育的实施，仍面临一些待解决的问题，包括技术手段、法律法规和伦理道德等多个方面，值得我们在今后的研究中进一步探讨。
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编辑∕姜雯
