Steam教育学科融合AR的智能场景

STEAM教育与深度学习具有内在耦合性，STEAM教育蕴含学科融合、问题解决与技术赋能三个核心理念，借助这三个理念可以解决深度学习的难为之困。STEAM教育下深度学习是学生在教师引领下，围绕具有挑战性、融合性与思想性的主题内容，能动地、愉悦地、交互地参与教学活动，在原有经验基础上实现知识的理解、联结与迁移，并将其运用于真实情境下的问题解决，最终形成批判性与创造性的高阶思维能力。STEAM教育下深度学习的基本架构包含主题统整、任务驱动与目标诊断三个要素，其实践路径是借助学科融合理念构建深度学习的主题内容，通过问题解决理念提供深度学习的任务载体，利用技术赋能理念聚焦深度学习的思维目标。

因为社会正在进入第四次工业革命(工业 4.0)——以数字、生物和物理世界融合为特征的技术、经济和社会变革，以及对新技术的日益利用。STEAM 技能(科学、技术、工程、艺术和数学)变得更加重要。STEAM是一种将艺术成分与技术技能相结合的整体方法。这种策略发挥了艺术与工程之间的协同作用，它的关注点不是分离，而是为跨学科创新奠定了基础。

研究表明，在教育中使用AR可以通过提供真实和虚拟环境的独特组合来提供更深入的学习机会，并有可能将模拟嵌入现实世界中，如模拟火星体验、模拟DNA测序仪或如模拟手术。在这项研究中，我们调查了使用增强现实 (AR) 来吸引学生学习STEAM科目，使他们能够开发自己的AR应用程序。我们详细阐述、试用和评估了一个研讨会模板，即主动学习 AR 格式。然后，我们转向案例研究，并向一群学生和教师报告增强现实主动学习的经验。评估学生的表现以及学生对学习过程的看法。研究主动学习AR在课程中的可能整合。

本研究采用的教学方法是主动学习。这是一种以学生为中心的方法，让学生参与学习过程并激励他们掌握自己的学习体验。当学生唤醒他们的好奇心，解决他们遇到的自我挑战，同时解决项目中的问题时，就会发生主动学习。学生进行分析、综合和评价等高阶思维。教师扮演促进者的角色，学习成为一个真实的、引人入胜的、有意义的过程——“主动”。

这项工作建议采用案例研究，研究问题是“使用AR进行STEAM教育的主动学习如何起作用，为什么?”研究过程可以概括如下，首先，我们参与策划和组织研讨会。然后，数据收集。我们讨论了我们在研讨会上观察到的内容，并安排了带有开放式问题的电子访谈。研讨会上使用的观察方法是不预先确定的变量或目标的非结构化观察。研究人员只是沉浸在研讨会的环境中。在数据分析阶段，查阅文件，凭记忆做笔记和分析，并进行和检查访谈、检查学生生成的项目。以此来评估学生解决问题的能力。

第一维度是学科整合, 是教师通过基于问题的单元连接多个学科或内容领域的方式。这个维度的属性可以定义为多个内容领域相互关联的思想。第二个维度是课堂环境，考察教师构建课堂环境来促进解决问题。这个维度包括基于问题的方法、真实的任务、解决问题的多种方法、学生选择、技术集成和教师引导。第三个维度是解决问题的能力，涉及教师通过各种教学活动支持学生认知、互动和创新技能发展的方式。

然而，人工智能，作为一种深刻改变世界的颠覆性技术，在给生活带来巨大便利的同时也为社会的发展带来全新的机遇与挑战。近年来随着在线课程、游戏娱乐和社交软件等产品的日益普及，儿童能够接触并使用的人工智能的场景越来越多。它为儿童进行互动交流、学习提供了无限机遇，然而在海量的数据处理当中，人工智能也为儿童带来了风险。然而儿童对这种数据处理带来的风险理解非常有限，他们在使用人工智能时，存在一定的特殊性与被动性，可选择能力差，对风险和隐患识别的能力严重不足，同时他们在互联网上输入各种信息的门槛过低，甚至完全不加限制。由于公司普遍将收集个人数据视为对商业至关重要的行为，而对企业而言，儿童又是重要的数据来源，因此“万物互联”使得儿童的每一条信息都可能为人所用，儿童权利也将面临着受侵犯的风险。
同样的，父母通常也不了解孩子的哪些信息被收集了起来。由此可见，当前市场在开发对于面向儿童的人工智能产品时，应该提升针对数据保护、授权范围、隐私安全等问题的重视程度，加强对儿童用户的关爱，加大有利于其健康成长的产品的开发。同时，网络服务提供商需要承担更大的责任，为儿童数据的收集、处理和保留设定清晰的界限，包括“保证数据收集方法的透明性，并提供所得数据用途的清晰解释”。同样的，政府在此过程中，也要承担起其相应的责任，加强在人工智能时代对于儿童个人信息保护的执行力，进一步具体化、明确化《网络安全法》、《未成年人保护法》、《互联网信息服务管理办法》等法律、行政法规中对未成年人保护和个人信息保护规定较为模糊的内容。
在全球范围内，目前非常缺乏与儿童有关的人工智能伦理原则，因此有必要针对儿童这一特殊群体接触使用的人工智能技术产品加以伦理研究和规制，帮助相关企业避免潜在风险，以保障儿童这一需要特别关注的群体的健康成长，以便在人工智能时代，维护儿童合法权益、保护儿童个人安全以及为儿童营造健康的成长环境。
综上所述，该概念模型让教师定期为学生提供机会，让他们在不同的环境中练习这些技能，同时鼓励学生探索多种途径来解决问题，这提供了激发创新技能的有利条件。该模型帮助教师设计解决问题的任务和课堂环境，指导需要同伴支持和协作的学生学习。提供了STEAM场景的示例，以及课堂环境、学科整合和问题解决技能的学习环境。当前世界，算法、算力、数据等关键要素在时代的不断进步下更进一步，人工智能的应用场景也在飞速地拓展，人工智能时代，即将到来。人工智能的飞速发展使得它不再局限于某几个特定领域，而是向各领域不断地溢出渗透，以此来带动人类社会全面进入智能时代。人工智能为儿童提供了丰富的信息资源，创造了精彩的娱乐时空，成为了学习知识、交流思想、休闲娱乐的重要平台，增强了儿童与外界的沟通和交流。