基于VR技术的我国高中人工智能课程设计开发与实证研究

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人工智能(AI)于上世纪提出,近年来飞速发展并影响着未来,引起各国各社会行业的极大重视。2017年,国家在《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》中将“人工智能初步”列为选择性必修模块,培养人工智能人才成为国家战略问题。然而目前高中人工智能课程存在培养目标不明确,内容不适应高中阶段等一系列问题,亟待提出更好的人工智能课程培养方式来培养新型人工智能人才。伴随人工智能相关技术的发展,虚拟现实技术(VR)也飞速地发展起来,已在医疗、军事、文化等领域广泛运用。虚拟现实的沉浸、交互、想象等技术特征在构建知识传授情境和使复杂的知识简单化、可交互化上存在着天然的优势,迅速被引入到教育领域。而随着虚拟现实技术不断更新迭代,其逐步摆脱大型主机的束缚,使得虚拟现实设备快速的移动化、个人化、便捷化,在教育领域的广泛推广也逐步成为可能。本研究分析中小学人工智能课程存在的问题,提出高中人工智能课程的培养目标与培养内容;将虚拟现实技术引入到课程开发中,并进行实证研究,深入探索了虚拟现实技术引入高中人工智能课程的影响及可行性。具体工作如下:(1)探讨了高中人工智能课程的培养目标及虚拟现实技术引入到高中人工智能课程的可能性。通过文献分析发现:目前中小学人工智能培养在理念及目标上存在一定问题;提出一种符合高中学习阶段的人工智能教育培养理念,即以理论教学为主要内容,目标是培养了解接纳正确看待人工智能的综合型人才。同时分析了虚拟现实技术的技术特性在帮助学生理解抽象、逻辑复杂的人工智能基础理论上具有的独特优势,并为此找到了建构主义和情境教学的理论支持。(2)以教学理论为指导,设计制作了基于VR的高中人工智能课程资源和教学设计。通过对学习者特征、人工智能教材方面的分析,总结出适合虚拟现实技术开发的高中人工智能理论知识框架和相关知识点,为高中人工智能课程开发提供参考;进行了基于VR的我国高中人工智能课程教学设计和评价设计,并针对设计内容通过虚拟现实设备分析、VR设计原则分析、场景搭建、3D建模、交互功能实现等制作出人工智能课程的虚拟现实教学资源;为后续开发搭建了框架。(3)进行了基于教学资源的实证实验,证明了虚拟现实技术的引入对于高中人工智能课程具有多方面的帮助。通过实证实验设计、问卷设计、数据收集分析等工作,对山东某地高一年级30名学生进行对比实验并且对其代课老师进行访谈,发现虚拟现实技术能够有效提高高中人工智能课程的教学效果,有利于学生学习动机的激发、学习技术的提高、人工智能价值观的培养;发现学生和教师对虚拟现实教学资源的满意度较高。
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