数字化故事写作——一种培养小学生人工智能素养的教学方法

【摘要】：人工智能素养被广泛认为是人们在日常生活中能够有效使用的一种新能力。在 K-12 教育中，教育工作者们已尝试采用不同的教学策略来培养学生的人工智能素养。数字化故事写作（Digital Story Writing, DSW）是一种有效的探究式教学方法，这种方法通过培养学生跨学科的语言和技术能力，促进他们的素养发展。本研究招募了 82 名香港小学生作为被试，让他们参加为期三个月的数字化故事写作活动来学习人工智能，并在课程结束时进行评估。从全体被试中，我们选出了16 名成绩最好的学生，对他们的作品进行了进一步分析，以了解他们是如何形成对人工智能的理解的。研究发现，参与实验的学生能够应用他们学到的人工智能新知识构建一个真实的场景，并通过他们编写的数字化故事，思考出基于人工智能的有效解决方案。此外，我们还从探究式教学循环（定向、概念化、研究、探索）的角度，探索了学生们是如何学习人工智能知识的。

总之，我们的研究证明了DSW作为一种教学方法，可以有效地培养学生的人工智能素养，使他们能够运用人工智能知识来解决实际问题，而不只停留在对相关概念的理解。DSW能够为小学生（特别是低年级学生）学习和理解人工智能提供有效支持。

【关键词】 ：人工智能、人工智能文学、数字化故事写作、人工智能教育、人工智能伦理、探究式学习

人工智能（Artificial Intelligence, AI）素养被广泛认为是人们在日常生活中能够有效使用的一种新的观念及能力。在K-12 教育领域中，尽管Siri等智能工具在学生之间很受欢迎，但他们并不了解其背后的概念和技术。如果教育工作者能使用更符合 K-12 学生身心发展规律的教学方法，学生们就能更深入地了解和学习人工智能相关知识，而不再仅仅是AI产品的使用者。不同的教学方法已经被广泛应用于提高学生的人工智能素养，以培养具备高水平AI知识及能力的下一代，并给他们在未来工作方面打下更坚实的基础。

既往研究发现，数字化故事写作（Digital Story Writing, DSW）是一种有效的探究式教学方法，能够有效提高学生包括信息化、媒介化和智能化等技术素养在内的数字化能力（例如STEM教育、计算机科学）。我们认为数字化故事创作可以将教学方法（如探究式学习）和相关数字化技能（如信息搜索、数字绘画、人工智能应用等）进行良好的结合，从而提高学龄儿童掌握和应用AI知识的能力。故事创作还能帮助他们将学到的知识进行重组，并具象化地呈现他们对人工智能的理解。在数字化故事写作过程中，学生可以使用智能化工具（如校对软件、翻译工具）来辅助他们的故事创作。因此，对“数字化故事写作”这种教学方法的讨论是很有意义的。

2.1. 人工智能素养

人工智能读写能力虽类似于经典的读写能力（如数字读写），但它更应该成为一种新的综合性读写技能，以应对现今的新智能时代。“人工智能素养”一词最早由Burgsteiner等人提出，它不仅包含了对AI技术相关基本知识及概念的理解，还要求能够批判性地评估人工智能并与其进行有效的沟通协作。此外，Ng等人认为人工智能与21世纪人们的工作环境及日常生活息息相关，使用人工智能将成为未来每个人的基本能力。

2.2. 利用 DSW 培养人工智能素养

在全球 STEM及创客运动的推动下，研究人员开始探究如何为学习者创造基于数字化技术进行建构主义实践的新机会。建构主义实践强调数字化工具、媒介和学习情境的重要性，鼓励学习者通过自己积累的知识经验来构建有意义的作品，从而表达他们对周围世界的理解。数字化故事写作是教育学理论与技术方法的结合，旨在培养学生获取和掌握不同的学科知识的能力。

在人工智能学习的背景下，DSW为培养人工智能素养提供了新思路。首先，它能帮助学生更加熟练地使用学术语言，通过阅读和写作探索新知识。在构建故事的过程中，学生首先要观察、认识和理解AI知识，然后对与其相关的科学概念进行组织、分类和分析，最终完成对知识框架的组建。这一循序渐进的过程使得低年级学生也能够逐步掌握相对抽象的AI概念和思维能力。

其次，DSW将语言文字转换为多媒体模式，为多模态文字表达提供了坚实的基础，让学生将他们预先学习的知识，通过各种媒介表达出来。DSW作为一种教学方法结合了不同种类的资源，如语音、文本、手势、图形、音乐和视频演示，让学生“谈论话题，交流话题，并讲述和创作一个关于这个话题的故事”。学生可以使用数字化故事创作工具，如网络创作平台、博客和维基等，来锻炼其信息化素养和语言能力。

2.3. 探究式学习和DSW

既往研究表明，在阅读和写作中进行探究式学习是获取并重组知识的有效方法。首先，探究式教学法可以激发学生的创造性思维，并鼓励他们主动提出问题来进行研究并获取知识。其次，学生可以通过多个渠道探索新知，并解决学习过程中遇到的各种问题。一系列研究也表明，阅读和写作更能够利用探究性学习来帮助学生理解某一特定学科的知识。

我们在香港招募了超过82名小学生参加此次活动。本活动在3个月内安排7节课程，帮助同学们学习数字化故事创作和相关AI知识。该学习计划要求学生用Storyjumper平台来完成故事创作。

数据采集方面，我们采用了后测法收集定量数据，采用了访谈法收集定性数据，学生的数字化作品也被纳入定性分析。为了定量评估学生学习AI知识的情况，所有学生在课程后一周内进行了后测。教师根据规则对学生的作品进行了评估，最终16位优秀学生和他们的父母被邀请参加后续的访谈，以进一步评估他们在整个DSW中的学习过程。

3.1. 课程设计

在三个月的课程中，学生们被要求以人工智能为主题创作一个数字化故事并参与评比。前两个月包含七节课程，让学生学习如何创作数字化故事，并学习写作技巧和人工智能相关的基础技术，帮助学生掌握基本的AI知识。第三个月让学生创作自己的故事，并鼓励他们使用各种数据库及搜索引擎，主动探索更多AI知识，有针对性地扩充自己的知识面，以完善自己的故事内容。考虑到本研究的重点是采用DSW方法来学习AI知识和技能，因此课程中我们更专注于教授与人工智能相关的学习任务，而不是语言学习任务。对课程设计和活动的描述见下表。

在第一个月，我们设置了四节课程，首先介绍了写作主题以及最终评价学生作品的评分标准。其中，写作主题为“人工智能、机器人、爱与和平”。在整个课程中，我们除了培养学生的阅读和写作技能外，还设置了人工智能相关的学习场景，并安排了一些基于AI的学习任务。

在第二个月，我们讨论了人工智能机器人的使用及其在未来在社会中的作用。其次，为了能创建一个完整的数字化故事，学生们学习了如何使用智能化翻译软件将他们的故事从母语翻译成英语，并使用智能化图像样式器在他们的数字化故事中创建一些插图，这些任务对学生学习人工智能应用也非常重要。在第三个月结束时，所有参加活动的学生都将被邀请展示他们的故事。教师将根据评分标准对他们的作品进行评估，学生们也可以互相欣赏和点评彼此的作品。

3.2.学生和家长访谈

在参与课程的82名学生中，16名成绩最好的同学被进一步邀请参加关于他们作品的访谈。我们进一步分析了他们的学习过程，以了解他们是如何理解人工智能知识和技能的。这16名学生及其家长均积极参与了全部学习、评估和访谈活动。在16名成绩最好的学生中，有13名是女生，这表明学生对DSW课程的接受程度和学习成果可能存在较为明显的性别差异。

4.1数字化故事写作如何培养小学高年级学生的人工智能素养？

学生们对DSW活动的主观感受是积极和受益的。在整个学习过程中，我们收集了学生们创作的数字化故事和与STEM相关的作品，以研究学生们是如何在整个DSW活动中发展他们的人工智能素养的。例如，一位学生创作了一个名为“爱与和平——莉莉拯救动物”的数字化故事。在她的故事中，莉莉是一个喜欢狩猎游戏的女孩，在一个有Siri功能机器人的帮助下，她拯救了游戏中的动物。这个机器人可以与人交流，告诉人们关于如何照顾受伤的动物，以及如何识别武器并摧毁它们。该学生表示：“在学习之前，我不知道人工智能是什么。现在我知道人工智能与自动化有关，还可以通过数据进行物体/语音识别。通过编写数字化故事，我对人工智能概念的理解更加透彻。虽然在课程中我不能理解所有的人工智能知识，但我依然获得了很多启发。”这位学生的母亲也认为DSW活动为孩子在人工智能学习和故事创作方面提供了帮助。她在访谈中谈到：“根据我的观察，孩子学习到了如何应用人工智能识别事物，并把这个知识点运用到了她自己编写的故事中。”

4.2学生们通过DSW的学习活动展示了哪些基于探究性的学习过程？

本研究通过研究小学生的DSW学习过程，为利用该方法培养学生人工智能素养及故事写作提供了定性证据。除了教学生如何阅读以及创作数字化故事外，教师还在整个DSW课程中引导学生对人工智能概念进行了探究，并鼓励他们在数字化故事中提出自己的问题和想法。探究性学习在STEM相关的课程和开发项目中越来越受欢迎，DSW活动不仅能鼓励学生表达自己的想法，还能激发学生的高级思维能力和解决问题的能力。通过这种方式，学生对于AI知识的掌握不再只是停留于概念性的记忆，而是进一步发展为探索和解决数字化故事中产生的真实问题。

为了了解学生是如何在DSW活动中进行学习的，我们还基于Pedaste等人的探究式学习周期方法（定位、概念化、调查、结论和讨论）分析了学生的DSW学习过程。

数字化故事写作作为跨学科中一种强大的探究式教学方法，为学习者提供了各方面的优势。本研究证实了数字化故事写作作为一种教学法，在培养小学高年级学生人工智能素养上的贡献。我们发现在DSW活动过程中，所有学生都能够积极参与，并通过学习达到了更高的认知水平。数字化故事展现了学生对人工智能概念和技能的个性化理解（例如什么是“人工智能”“监督学习”“神经网络”），并帮助学生们初步达到了“应用人工智能”的认知水平。除此之外，学生们还认识到了人工智能伦理的重要性及其社会影响，如算法偏见和滥用人工智能的后果。

本研究也存在一定的局限性，需要在今后的研究中加以解决。首先，本研究存在小样本问题，且只有16名被试被纳入进一步访谈和分析，今后的研究应进一步扩大样本范围。其次，虽然DSW课程有效地培养了学生的人工智能素养，然而它可能无法被应用于更广泛的人群。此外，由于访谈和作品分析是在选定的小组中进行的，因此研究结果可能具有一定的局限性。今后我们还可以对成绩相对较差的学生进行访谈，了解他们在整个学习过程中遇到的挑战。

根据本次研究的结果，作者为教育工作者们提出了建议。首先，阅读和写作一直被认为是探索新领域、获取新知识的有效途径。为了培养学生的人工智能素养，教师可以让他们阅读以人工智能为主题的文学作品，并让他们亲身体验各类AI产品。学生们还可以通过写作来呈现他们学习到的AI知识，结合多渠道信息搭建自己的数字化故事场景。

另一方面，数字化故事写作的教学应该重点关注学生的写作过程，在整个写作过程中为学生提供支持。在创作自己的故事内容之前，学生需要进行头脑风暴，如绘制思维导图和分享想法等。在写作过程中，学生可以利用包括多媒体在内的智能工具构建自己的故事内容。在写作活动结束时，教师需要给予形成性反馈，对他们的数字化故事进行评估，并进一步鼓励学生完善和改进他们的作品。  

最后，交流与合作在整个活动过程中非常重要。教师应组建学习小组，让学生们分享自己的观点，共同构建他们的数字化故事。同时，通过小组讨论，帮助学生提升对人工智能相关概念的理解和应用能力。