2017年7月，国务院印发的《新一代人工智能发展规划》提出要完善人工智能教育体系，在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育。
2018年4月，教育部颁布的《教育信息化2.0行动计划》明确提出完善课程方案和课程标准，充实适应信息时代、智能时代发展需要的人工智能和编程课程内容。
2019年7月，北京市教委印发了《北京促进人工智能与教育融合发展行动计划》，提出要实施青少年人工智能素养提升工程，推动人工智能学习纳入中小学实践活动的目标。面向中小学生全面实施人工智能教育已成为时代发展的必然趋势。
在人工智能逐渐走进基础教育领域的时代背景下，相关出版社围绕人工智能教育相继出版了多部教材，以纸质媒介的方式进行传播。但对于强调知识动态交互以及学生实践能力培养的人工智能教育而言，以语言文字为主体的传统纸质教材无法为学生的“做中学”提供更大支持，在培养学生人工智能素养方面存在一定的不足。尤其是在新冠肺炎疫情防控期间，大规模的在线学习成为教育教学的新常态，传统纸质教材在支持在线教学活动有效开展方面存在一定的局限性。面对新时代下教育发展的新诉求与新常态，亟需一种新形式的人工智能教材辅助中小学人工智能教育的开展，以培养学生的人工智能素养。
人工智能教材形式的新发展：可交互电子读本
北京师范大学智慧学习研究院在2020全球智慧教育大会上发布了可交互电子读本《人工智能助力新冠肺炎疫情防控网络互动读本》，该读本一方面借助理论知识及应用案例，让青少年读者了解人工智能技术对新冠肺炎疫情防控工作的辅助及支持，另一方面结合在线编程环境、可视化内容呈现等操作形式，让青少年在实践及互动中学习和体验人工智能的相关知识点。可以说，可交互电子读本形式的教材为基础教育领域人工智能教学活动的开展提供了一种新的载体形式，这种形式的读本既是对未来教材模式的一种全新探索，也是“人工智能+教育”的一次尝试，有望成为未来人工智能教材的重要形式。
该读本通过生动有趣的故事和即时交流互动，帮助青少年，尤其是9~15岁的孩子们在了解人工智能实际应用的同时理解其中的基本原理，学习并尝试使用简单的人工智能代码，体验运用人工智能解决实际问题的乐趣，激发他们的兴趣以及进一步学习人工智能的意愿。当然，该读本面向的对象也不仅仅局限于9~15岁年龄段的学习者，也可以成为其他不同年龄段或没有任何人工智能知识背景的学习者的学习资料。此外，家长和老师也可以利用这个读本向青少年介绍人工智能的相关知识，并引导他们与书中的内容进行动态交互，让他们在体验人工智能乐趣的同时，培养人工智能的意识和能力。
从内容层面上看，读本在第1章介绍了有关人工智能的知识，包括人工智能的历史和术语。第2章主要介绍计算机认识世界的方式，以及人脸和语音识别在疫情期间提供的帮助。第3章主要讨论计算机的表达和推理能力，以及疫情期间医疗诊所诊断和增强现实咨询的工作原理。第4章介绍了机器学习的力量，它可以预测病毒的传播，加速医疗解决方案的形成。第5章进一步讨论计算机如何利用自然语言处理与人类的互动。此外，这几章还依托互动编程环境，通过可视化的方式呈现人工智能的知识点，帮助学生更好地学习和体验人工智能。
从技术层面看，读本基于HTML页面呈现，通过iframe等技术，将各种多媒体资源插入页面中，如支持交互编程的JupyterHub平台、神经网络可视化平台、知识图谱问答平台等。通过网络前端和Web通信技术，实现AR展示、物联网控制、模型训练等功能，让学生可以直观地进行操作和体验，实现知识性和趣味性的有效融合。以HTML形式呈现的交互式读本本身支持文字、图形、动画、声音、链接等多媒体格式，在Web技术支持下可以完成学习内容的动态呈现以及和在线编程平台的实时串联，实现学习者与读本之间的趣味互动。在自然语言处理、语音语义识别、知识图谱等技术的支持下，还将进一步优化多模态的交互体验。结合人工智能、增强现实、虚拟现实、物联网等技术进行开发，并在实例中予以呈现，让青少年读者在应用实践中完成知识建构。
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未来人工智能教材的新样态
内容呈现方式的多样化与趣味化。在当前技术丰富的时代背景下，人工智能教材内容，完全可以打破传统的静态、单一的线性呈现形式，走向内容动态、介质丰腴（包含视频、音频、动图、链接等）的立体多模态呈现形式，从而调动学习者的视觉、听觉、触觉等多器官参与。教材应充分运用虚拟现实、增强现实等技术，通过设置更多的人机互动环节，打造临场感与现实学习情境，既突出学习内容的趣味性、互动性展现，又强化学习内容的沉浸式学习体验。
交互的常态化与交互主体的多元化。学习者与学习环境、学习资源的有效交互能够丰富学习经验、建构知识、提升学习效果。未来，应注重开发教材与学习主体之间的交互功能，通过点击、拖拽、编程、绘画、语音甚至视频等方式，实现人机深度交互，让学习者的学习过程“动起来”，提升学习者的参与度。例如，在学习编程的过程中，学习者可以随时编写代码并调试运行，实现“做中学”。同时，可以增加学习主体之间的交互，激活学习者内部的多种机制，最终促使学习发生并取得学习成就，包括学生与学生之间的互动、学生与教师之间的互动以及学生与内容之间的深度交互等。通过学习主体间的多元交互，实现对学习内容的深度理解与共创，提升学生学习效率，减少学习过程中的“孤独感”。
学习过程的数据化与学习结果的可视化。在学习效果评价和质量检测中，海量的学习过程数据是分析学习者学习特点、学习风格的最佳素材，在智能技术的支撑下，借助Coh-Metrix等计算工具对交互式图书文本的难度、可读性和心理表征的一致性等进行评估，并基于xAPI等技术从学习者的学习活动中捕捉数据，通过增强与学生之间的互动频率与互动深度，在互动的基础上完善数据采集、跟踪和分析，生成更为准确的学习者画像模型。为学习过程涉及的各相关方提供参考，为教学干预提供依据，实现个性化学习。同时，学习者完成课后的练习题后，教材将自动完成答案的校对与分数的合成，给出可视化结果，方便学习者与教师查看，清晰直观地发现学习中存在的问题。
学习资源的可塑化与跨终端使用的流畅化。人工智能的学习存在知识点更新快的现象，例如区块链、5G以及边缘计算等内容的学习，未来教材将打破传统出版行业审稿流程慢、印刷周期长等壁垒，实现学习资源的动态更新，紧跟热点，确保教材“不过时”，同时也应设定相关机制，支持用户原创内容上传。例如：学习者可以上传自己对某段代码的理解，对某段程序的简化；教师也同样可以上传对于易错知识点的特别提醒，从而构建一个内容丰富的资源库。此外，实现跨终端与设备间的流畅使用也是未来的一个重要方向，突破格式与兼容性的限制，使教材能够在多种终端中正常使用。
（作者高博俊、蔡臻昱、李新单位：北京师范大学智慧学习研究院；作者罗明勇单位：北京师范大学第二附属中学）
来源：光明日报《教育家》杂志第250期，原标题《人工智能教材发展新样态》
