人工智能+职业教育背景下基于STEAM课程的高职院校师生信息素养提升实践研究

摘"要：在信息技术高速发展的时代背景下，人工智能+职业教育应运而生，信息素养成为高职院校师生的必备能力。通过问卷调查和统计软件分析高职院校师生信息素养现状，从外部策略和内源策略两个层面总结高职院校师生信息素养的提升策略，并基于STEAM课程教学提升高职院校师生信息素养，以期为其他同类型院校师生信息素养提升提供参考。关键词：人工智能；职业教育；信息素养；STEAM0"引言随着互联网+、云计算、人工智能、大数据和区块链等技术的飞速发展，人类社会全面进入信息时代。2006年10月教育部成立教育信息化工作办公室，同时又相继印发了多个有关教育信息化的文件，以推进教育信息化的高质有序发展[1-2]，其中主要包括《教育信息化十年发展规划（2011—2020年）》《教育信息化“十三五”规划》《关于进一步加强高等学校信息素养教育的指导意见》《教育信息化2.0行动计划》《高等职业教育专科信息技术课程标准（2021年版）》等。《高等职业教育专科信息技术课程标准（2021年版）》进一步明确了信息素养的重要地位[3]。要提升高职院校师生的信息素养，信息化技术手段不可或缺。当前，人工智能技术正加速突破并深刻融入各行各业，有望成为推动教育发展的新引擎[4]。高职院校要推进“人工智能+职业教育”，势必需要将包括信息技术在内的各专业知识和技能进行深度融合。而具有跨学科性与整合性等特性的STEAM（Science、Technology、Engineering、Art、Mathematics）课程则为此提供了必要手段[5]。STEAM课程强调知识跨界、场景多元、问题生成、批判建构、创新驱动，既体现出课程综合化、实践化、活动化的诸多特征，又反映了课程回归生活、回归社会、回归自然的本质诉求。2015年9月发布的，《教育部办公厅关于征求对〈关于“十三五”期间全面深入推进教育信息化工作的指导意见（征求意见稿）〉意见的通知》首次明确提出“探索STEAM教育”。作为跨学科课程的典型代表，STEAM课程以其开放性、主体性、情境性、关联性、发展性的特点，受到教育界的广泛关注。1"高职院校师生信息素养现状课题组在研究大量文献和充分调研的基础上，经咨询相关领域专家，结合《高等职业教育专科信息技术课程标准（2021年版）》，编制了“高职院校师生信息素养调查问卷”，本次问卷调查向师生共发放问卷4500份，回收4468份，回收率为99.3%，其中有效问卷4468份，有效率为100%。经过SPSS数据分析检测，调查问卷的Cronbach’salpha信度系数为0.862，说明本次调查问卷的内在一致性较高，调查结果可以指导并支撑后续相关研究。同时，调查问卷受众均为高职院校教师和学生，调查结果具有较好的代表性和科学性。1.1"信息意识较强根据调查统计分析，不论是高职教师，还是高职学生，都具备较强的信息意识。1.1.1"高职教师80.64%的教师认为在信息化教学环境下，教师应当与时俱进，持续学习先进技术，积极提升自身信息认知能力和水平；在参加有关信息化技术的集中学习和培训方面，38.10%的教师“非常赞成”，56.85%的教师“赞成”；在对各类教学资源的更新方面，41.13%的教师高度关注各教学资源平台、教学资源库、相关专业网站等信息化资源平台，能够根据行业发展动态和先进技术及时更新教学资源，提升职业技能和素养；在辨别信息安全性和实用性等意识方面，39.11%的教师选择“非常符合”，53.23%的教师选择“符合”，仅7.66%的教师选择“不一定”。1.1.2"高职学生在信息认知方面，41.26%的学生表示已通过多种渠道知道了多种新型信息技术，如人工智能、云计算、物联网、大数据和区块链等，33.56%的学生表示听过上述技术中的两种或三种，21.50%的学生表示听过上述技术中的一种，仅3.68%的学生表示完全未听过上述技术；在关于开设的信息类或计算机基础课程教学对学生的专业学习和工作生活影响方面，43.18%的学生选择“很有帮助”，40.91%的学生选择“有一定的帮助”，15.91%的学生选择“帮助不大”，而选择“没有帮助”的学生人数为0；在希望学校和有关部门增设多样化的信息技术课程以提高学生相关的信息技术能力方面，37.24%的学生表示“非常希望”，41.36%的学生表示“希望”，21.40%的学生表示“可有可无”，选择“不希望”的学生人数为0；在辨别信息内容的真伪和健康度方面，31.19%的学生选择“非常符合”，52.82%的学生选择“符合”，15.99%的学生选择“不一定”。1.2"信息素养较弱虽然调查统计分析结果表明高职师生的信息意识较强，但二者的信息素养均较弱。1.2.1"高职教师在了解常用信息技术的概念和相关理论知识方面，仅10.48%的教师表示“非常了解”，39.72%的教师选择“了解”，33.67%的教师表示“不清楚”，16.13%的教师选择“不了解”；在掌握并应用专业学科领域涉及的相关信息化教学及科研工具、设备与平台方面，17.54%的教师表示“非常熟练”，26.21%的教师表示“熟练”，38.91%的教师表示“不熟练”，17.34%的教师表示“没有使用”；在恰当应用信息技术整合、加工数字和信息资源方面，15.32%的教师表示“非常熟练”，28.83%的教师表示“熟练”，45.36%的教师表示“不熟练”，10.49%的教师表示“没有使用”。1.2.2"高职学生在了解常用信息技术的概念和相关理论知识方面，仅2.11%的学生表示“非常了解”，16.41%的学生表示“了解”，23.49%的学生表示“不清楚”，57.99%的学生表示“不了解”；在熟练掌握学习生活中常用的信息技术工具和软件平台等方面，10.47%的学生表示“非常熟练”，29.78%的学生表示“熟练”，42.75%的学生表示“不熟练”，17.00%的受访学生表示“没有使用”；在恰当选择并应用信息化平台与工具完成学习任务方面，8.59%的学生表示“非常熟练”，25.73%的学生表示“熟练”，49.70%的学生表示“不熟练”，15.98%的学生表示“没有使用”；在参加学校和省市举办的有关信息化或创新类等竞赛方面，19.26%的学生表示“非常愿意”，37.87%的学生表示“愿意”，32.75%的学生表示“可有可无”，10.12%的学生表示“不愿意”。1.3"人工智能等技术应用能力欠缺鉴于人工智能技术在教育行业的影响及其发挥的引擎作用，本次调查针对人工智能技术在高职教学中的应用进行了初步调研。例如，在专业学科领域深度融合人工智能技术，并针对职业岗位能力设计若干综合实践仿真训练项目方面，仅15.32%的教师表示“非常熟练”，28.63%的教师表示“熟练”，45.36%的教师表示“不熟练”，10.69%的教师表示“没有使用”。在利用人工智能技术进行虚拟环境下的仿真训练实践方面，仅0.76%的学生表示“非常熟练”，1.03%的学生表示“熟练”，5.26%的学生表示“不熟练”，而高达92.95%的学生表示“没有使用”。2"高职院校师生信息素养提升策略根据上述调查分析结果，高职院校师生信息素养的提升空间还很大，既需要优化高职教学的整体外部环境，提高正面刺激作用，又要从师生内在出发，提升师生的信息素养。2.1"外部策略我国为推进教育信息化发展，先后颁布了多个有关教育信息化的文件，在顶层设计上为信息素养培养奠定了发展的坚实框架。但由于高职院校师生尚未对教育信息化改革的大趋势形成明确的认知，政策在实际教学中的落实受限，因此，首先高职院校应高度重视政策的传达，实施一校一策，针对性地制定言之有理、言之有物的有关信息素养提升的具体实施方案，分别建立健全对教师和学生的信息素养提升与评价机制，将信息素养纳入教师年度考核、各级各类评优、职称评审体系和学生各级各类评优评奖、年度综合测评等体系，有效提高高职院校师生提升信息素养的积极性。其次，高职院校应根据各学科群的实际情况和各类师生的实际需求，构建科学合理、层次分明的信息素养提升培训模式，开展多样化的专题培训[6]。例如，根据师生的信息素养水平设立初、中、高阶梯式培训内容，培训专家涵盖校内信息素养较高的教师和校外的企业行业专家等，满足师生的个性化需求。最后，通过以赛促进的改革方式，在全校范围内设置高级别的各类信息化教学和实践竞赛，配套针对性的奖励措施，鼓励师生参加省市和国家等各级别的信息化类竞赛，并大力推广宣传信息化教学和实践的成功案例[7]，最大限度地弱化师生的畏难情绪。在硬件方面，高职院校可根据相关政策加强数字校园和智慧校园建设，加大硬件设施投资力度，创建并逐步完善各级各类信息化教学平台与设备，为师生提供良好的信息化教学环境。首先，信息素养培养离不开互联网[8]，为便于师生开展信息化教学和实践，高职院校应尽可能提高校内外各类教学和实践场所无线网络的覆盖率，确保网络畅通稳定。其次，构建智慧教室和各类仿真实训室等信息化教学平台，整合优质教学资源，便于教师结合多种信息化教学手段开展创新式教学，同时，学生通过虚拟仿真实训可以更好地掌握行业新技术，尤其是在涉及有毒有害或高危试剂与设备等实践项目中，有效提高了安全系数。最后，高职院校可以联合校外企业行业信息化专家组建信息化教学技术支持团队，通过开展周期性专题培训，为师生提供开展信息化教学全过程的技术支持。2.2"内源策略高职院校师生信息素养提升，关键在于实际的执行者与实践者，即高职师生。上述调查统计的结果表明高职院校师生的信息意识较强，但意识强不代表能力强。高职师生需将信息意识内化于心、外化于行，将其转化为能力。在教学实践中不断深挖信息技术与教学、学习的有效融合方式，持续提升信息技术应用能力，将信息素养培养落到实处，培养更多高素质人才。要实现这一目标，高职院校师生需要付出大量的时间和精力去学习相关的信息技术，并在实践中检验学习的成效。首先，高职院校师生可以根据自己的实际情况针对性地选择初、中、高级信息素养提升专题培训班，同时通过学校宣传倡导的信息化教学和实践的成功案例，努力吸取他人经验，提升对信息素养的认知。其次，高职院校师生应充分利用学校构建的智慧校园、智慧教室、智能仿真实训室等信息化平台开展实践训练提升信息素养，掌握本专业群已有的科教平台、系统、设备、软件等的操作方法，提升信息素养。高职院校教师应有意识、有目的地优化完善教学内容和教学资源，探索本专业群STEAM课程设置的合理性与科学性，设计若干个应用信息技术的综合性、探索性实训项目，将其深度融入教学科研等实践过程，充分利用课前、课中、课后多阶段教学环节，开展线上线下混合式教学、SPOC教学、MOOC教学和翻转课堂等，提高课堂教学效率。学生应在任课教师主导下，深刻认识自身的教学主体地位，积极参与教师设计的实训项目，全身心投入教学过程，熟练运用有关信息技术完成课前、课中和课后的各种测验、任务与拓展训练，在实践中切实提升信息素养。最后，在信息化时代，高职院校教师不但需改变以往孤军奋斗的模式，而且还需强化专业群资源重组进程，尤其是加强与专业信息化领域教师的协作，构建信息化教学创新共同体。充分发挥教学团队内各成员的专业与技术优势，依托跨专业跨课程的综合实训项目，积极开发与建设课程信息化教学资源，优化教学流程，加强交流协作，实现共同学习与进步，从而最大限度地提升信息素养。3"高职院校STEAM课程教学实践案例为更具体地阐述基于STEAM课程提升高职院校师生信息素养的路径，笔者结合工作实际，整合人工智能与仿真等技术和环境污染防治技术，设计了阳江职业技术学院环境工程技术专业水污染处理技术课程的STEAM实践案例。以该课程第四个模块下的子项目任务“吸附技术”为例，基于以学生为中心的设计理念，采用问题式教学法，教师通过任务驱动、案例教学、情景模拟等方法，引导学生将自主学习、协作学习和探究式学习相结合；同时，将职业素养、信息素养和学习习惯的培养贯穿教学全过程，并融入社会主义核心价值观，致力于培养卓越的环保工程师。在专业信息技术实验员的协助下，教师充分利用课程教学资源平台、雨课堂、蓝墨云、微视频及示范视频、幻灯片课件、虚拟仿真工艺动画和人工智能（AI）中的神经网络（ANN）教学评价系统等信息化手段，践行STEAM理念，综合实践了化学、材料、环保、信息技术、市场营销、财务管理等学科内容。教学过程可分为三个阶段。3.1"课前阶段教师通过水污染处理技术课程教学资源平台、蓝墨云和雨课堂发布预习任务，学生根据教师布置的任务回顾吸附平衡、吸附容量和吸附等温线的内容，并对吸附类型和吸附操作方式进行复习，完成测试。预习过程包括观看吸附技术的相关在线视频，思考如何选择吸附剂等问题。3.2"课中阶段第一环节：提出问题，讨论交流教师通过雨课堂小程序发布问卷，针对有机污染废水处理调查学生优先选择何种吸附剂材料，然后通过雨课堂的讨论功能让选择活性炭的学生填写原因。学生在这个环节显示出的考虑因素正是本节课要重点解决的问题。第二环节：原理讲述首先，教师利用多媒体课件介绍常用吸附剂种类及相关特性，让学生直观掌握常用吸附材料，并通过解读市场调查报告、融入市场营销技术和成本造价等内容，帮助学生了解常用吸附剂的市场应用价值。其次，教师通过播放优质Flash动画和装置、试剂图片讲述吸附剂再生技术。最后，教师讲述影响吸附效果的三大因素：借用高科技材料表征手段，如通过高倍电镜照片让学生形象化理解吸附剂种类和结构等性质对吸附效果的影响；通过配制多种不同污染因子和不同浓度的模拟废水，直观演示吸附质性质对吸附效果的影响；播放教师自制视频，生动展示操作条件如pH值、水温等因素对吸附效果的影响。第三环节：动手实操，协作完成在这一环节，教师提供亚甲基蓝染料废水处理案例，组织学生分组协作开展静态吸附实验，要求其自主完成吸附剂选择的处理流程，并优选吸附剂种类。通过这一环节，学生加深了对教学重点与难点问题的理解。第四环节：虚拟仿真，优化工艺在此环节，学生利用虚拟仿真实训系统创设亚甲基蓝模拟染料废水处理教学情境，开展吸附技术虚拟仿真学习和实践，理解其他两类影响因素对吸附技术运行工艺参数的优化选择作用，进一步解决教学重点与难点问题。第五环节：学生讨论，教师讲评教师提前发布课堂任务，学生通过雨课堂围绕问题“活性炭吸附剂可否处理各种废水，实现达标排放？”进行讨论。学生通过平台答题并现场发言，教师组织学生讨论与辩论，选取部分学生的回答进行点评，并总结出“技术与材料的适用性需根据废水水量、水质特征和实验结果而确定”的结论，从而帮助学生突破本次课的教学难点。3.3"课后阶段教师将本次课的课后复习题发布在课程教学资源平台、蓝墨云和雨课堂等网络共享平台，要求学生课后完成，以巩固所学知识。同时，教师提供拓展实训案例，如2005年吉林石化公司双苯厂爆炸引起松花江大范围受双苯污染事件，带领学生团队设计