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基于AR技术的人工智能教材开发路径研究

曹烔烔焦宝聪

摘要：为了解决当前人工智能教材引导性不足、情意类活动缺乏等问题，作者从AR融合出版角度思考人工智能教材开发，发挥AR融合出版的情境性、交互性、引导性特征，设计了基于AR技术的人工智能教材开发路径，即分别从纸质内容和数字化内容两个模块进行开发，使用AR编辑软件进行逻辑串联，最后选择“图像识别”一章作为案例进行了开发过程的说明。

中图分类号：G434?文献标识码：A?论文编号：1674-2117（2021）15-0092-05

●关键概念

1.人工智能

人工智能是研究使计算机来模拟人的某些思维过程和智能行为，涉及计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、语言学、心理学等多个领域。人工智能不仅是一次技术层面的革命，它还将与重大的社会经济变革、教育变革、思想变革、文化变革等同步。[2]因此，在中小学阶段开展人工智能课程，培养学生的计算思维、创造力和人文素养，能使学生更好地适应并改造人工智能社會。人工智能教材是人工智能课程实施的参考和学生学习的主要资源，中小学人工智能教材一般分为人工智能基础知识、机器人及其应用、人工智能硬件及其应用、人工智能的关键技术、知识表达与人工智能语言、人工智能的未来和展望六大核心内容，从基础知识入手，以算法和实践编程为抓手，呈现人工智能的关键技术和前沿应用领域。[1]

2.AR出版

AR出版（AR图书）是实体图书与虚拟形象、虚拟场景的有机融合，学习者通过使用配套设备，如智能手机、智能眼镜、智能显示屏等看到与实体图书中对应知识在现实场景中的形象化呈现。在这种情境中，学习者可以更容易地产生兴趣、理解抽象知识、建构知识意义。AR图书因其形象性、交互性、情境化、正式学习与非正式学习相结合等特性，能够很好地与翻转课堂、微课等教学模式对接，并适用于家庭教育、亲子教育。

●基于AR技术的人工智能教材特征

1.多种媒体形式创设故事情境

出色的情境设计能够促进学生对知识意义的建构，学生在具有故事性的、可视化的、可交互的情境中，会形成潜在的学习倾向，更容易达到理想的学习效果。基于AR出版的人工智能教材可以通过多种媒体形式，如模型、二维动画等，营造未来感、科技化、真实感、故事化的故事情境，促进学生的兴趣，并使其在更深入的学习体验中形成对人工智能时代的思考。

2.形象化实践操作过程

重视实践操作是人工智能课程的特点之一，多数教材也通过硬件搭建和软件编程培养学生的操作技能。学生完成硬件搭建，并建立硬件与程序之间的联系，是人工智能课程的难点之一。基于AR出版的人工智能教材将操作过程视频、图片、音频解释等内容叠加在教材内，学生通过视频等内容更直观地看到操作过程，完成硬件搭建等实践内容。这种形式打破了互联网资源与传统纸质教材的壁垒，增强了互动感，支持线下学习。

3.“纸质+电子”双重阅读形式

4.适应个性化学习需求

基于AR出版的人工智能教材通过虚拟助教的形式，在学习的各个环节之间提供引导和支持，在抽象的部分提供精准匹配的资源讲解，在学生做出应答后给予初步的评价反馈。学生可以通过点击或拖动的形式，与教材中的内容进行互动，提高学习兴趣。电子阅读的方式可以支持学生的泛在学习，使学生既可以在学校学，也可以在家庭内自学。

●基于AR技术的人工智能校本课程开发路径

基于AR技术的人工智能校本课程开发分为两大板块，分别是纸质页面内容设计开发和数字化内容设计开发（如图1），最后通过AR编辑软件将二者进行逻辑串联形成AR教材。

1.纸质教材内容设计

（1）设计教学目标

基于AR技术的人工智能课程教学目标除了传统的三维教学目标以外，还应增设数字化学习与创新目标。学生通过纸质书结合AR电子书的形式，通过书中虚拟助教的引导进行自主学习，通过改造书中提供的项目或制作新项目进行创新。课程目标还应引导学生客观理性地认识对待人工智能，遵守人工智能时代的伦理道德。

（2）创设课程情境

（3）设计项目化学习

基于AR技术的人工智能课程可以采用项目化学习方式开展。开发者设计与教学情境紧密相关且能承载教学目标的项目，为学生提供基础的学习资源，如人工智能基础知识、项目实现的逻辑结构、程序编写参考、硬件搭建等，采用恰当的顺序排列，学生通过学习这些基础知识要能够自主或合作完成项目，并对项目成果进行检测。

（4）设计课程作业

课程作业的设计可以依据项目化学习的内容，促使学生在完成项目任务的基本要求后，还能对项目成果进行创新性改造，如改变参数使灯光的颜色和闪烁频率改变、改造智能车使它完成当前行驶路线后原路返回等，这类作业难度一般较低，因此可以在靠前的章节采用这种形式。当学生对人工智能有更深的认识后，应设计难度系数更高的作业，如在学习“如影随形”小车使它能跟随人前进或后退项目后，完成“自动避障智能车”设计的作业，在学习“自