肖家立，朱坤榮，李丹敏，丘煜標(biāo)，蔡潔娜

（北京理工大學(xué)珠海學(xué)院，廣東 珠海 519088）

0 引言

2017年國(guó)家頒布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》《中國(guó)教育現(xiàn)代化2035》中，將“智能教育”作為一個(gè)重點(diǎn)任務(wù)，并在北京、廣州等城市陸續(xù)設(shè)立試點(diǎn)，將編程教育納入中小學(xué)生學(xué)習(xí)的教材中。隨后，全國(guó)各個(gè)地都已經(jīng)開始在義務(wù)教育階段開展人工智能教育。但從規(guī)模上看，我國(guó)的少年編程教育仍處于起步階段，且各地基礎(chǔ)和條件都不相同，面臨基礎(chǔ)設(shè)施不一致、缺少統(tǒng)一平臺(tái)支撐、教育培訓(xùn)體系不完善等問題，在課程建設(shè)、人才評(píng)價(jià)等許多方面仍需要投入大量的人力物力[4]。因此，本文致力于借助最新心理學(xué)及行為學(xué)領(lǐng)域的研究成果，通過構(gòu)建一個(gè)B/S在線編程教育平臺(tái)為載體，為全國(guó)少兒提供在線服務(wù)，從而推動(dòng)人工智能教育朝著更加系統(tǒng)化、科學(xué)化的方向發(fā)展。

1 人格分析模型的研究

MBTI的全稱為Myers-Briggs Type Indicator，是美國(guó)心理學(xué)者katherine Briggs和Isabel Myers于1942年以榮格心理為基礎(chǔ)，提出的關(guān)于人4個(gè)不同維度下8種性格類型指標(biāo)組合而成的16種性格傾向，其指標(biāo)包括：外向E（Extrovert）-內(nèi)向I（Introvert）、感覺S（Sensing）-直覺N（iNtuition）、理性T（Thinking）-感性F（Feeling）、主觀J（Judgement）-客觀P（Perceiving）。這四個(gè)不同的維度從人的精神能量指向、信息獲取方式、決策方式和生活態(tài)度四個(gè)維度描述了個(gè)體行為差異[1]。由于MBTI在經(jīng)典理論的基礎(chǔ)上采用大眾易于理解的方式呈現(xiàn)結(jié)果，因此其應(yīng)用場(chǎng)景也被拓展到更多領(lǐng)域中。

曾維希等[2]開展MBTI 人格類型量表的理論研究與實(shí)踐應(yīng)用。史靈等[3]基于心理資本和MBTI人格影響機(jī)制開展了高校學(xué)生成長(zhǎng)研究。孫丹等[4]聚焦中國(guó)青少年編程教育課程標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)容探討，依據(jù)國(guó)際比較和借鑒厘清中國(guó)青少年編程教育課程標(biāo)準(zhǔn)的重要內(nèi)容。于勇[5]參考日本中小學(xué)人工智能教育課程體系，對(duì)我國(guó)中小學(xué)人工智能教育體系的現(xiàn)狀進(jìn)行梳理，并得出產(chǎn)教融合融合及分層課程實(shí)施等啟發(fā)。而在MBTI應(yīng)用研究中，崔鵬飛等[6]談及了MBTI理論應(yīng)用于大學(xué)生思政教育工作中的必要性，闡釋了青年大學(xué)生在面臨高考高壓學(xué)習(xí)后，容易在新環(huán)境中感到空虛或不適應(yīng)，并由此引發(fā)一些心理不健康的情況，因此提出了在大學(xué)生剛步入新環(huán)境時(shí)，需適時(shí)為其提供正向的指引。韓竹等[7]指出MBTI性格測(cè)評(píng)能夠有效幫助大學(xué)生揚(yáng)長(zhǎng)避短，在就業(yè)創(chuàng)業(yè)中提高自己的競(jìng)爭(zhēng)力。許志飛[8]指出IT及計(jì)算機(jī)類型專業(yè)的學(xué)生可以通過情境化的方式，在項(xiàng)目參與過程中進(jìn)行自我反思和自我提升，助力學(xué)生更全面地進(jìn)行自我認(rèn)知，并更好地進(jìn)行職業(yè)規(guī)劃。

綜上所述，MBTI擁有扎實(shí)的理論基礎(chǔ)和實(shí)用性人格測(cè)試量表，但把現(xiàn)代心理學(xué)及行為學(xué)成果應(yīng)用于少兒編程教學(xué)的相關(guān)研究較少。經(jīng)過長(zhǎng)達(dá)半年的文獻(xiàn)研究以及編程培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的走訪，筆者嘗試把MBTI模型引入系統(tǒng)中，并通過在教學(xué)過程中采集行為數(shù)據(jù)等手段量化分析，從而構(gòu)建出學(xué)生的性格能力結(jié)構(gòu)圖，形成個(gè)性化的學(xué)習(xí)建議。

2 少兒編程平臺(tái)設(shè)計(jì)原則

本項(xiàng)目主要目標(biāo)是通過編程學(xué)習(xí)為載體，運(yùn)用MBTI模型作為理論基礎(chǔ)，建立性格能力分析模型，通過把問卷內(nèi)容融合到課程任務(wù)中，在學(xué)習(xí)過程中采集學(xué)生數(shù)據(jù)，最后把實(shí)體問卷調(diào)查及行為數(shù)據(jù)進(jìn)行交叉驗(yàn)證，綜合分析出學(xué)生性格報(bào)告及能力成長(zhǎng)結(jié)構(gòu)圖。為保證項(xiàng)目有效實(shí)現(xiàn)，對(duì)平臺(tái)的設(shè)計(jì)提出了以下幾個(gè)原則。

2.1 分析模型的合理性

MBTI為研究提供了理論基礎(chǔ)，但落實(shí)到少兒編程領(lǐng)域的研究與應(yīng)用實(shí)在太少。因此，筆者通過借鑒現(xiàn)有MBTI模型的研究與應(yīng)用，設(shè)計(jì)出針對(duì)少兒編程領(lǐng)域的性格能力分析系統(tǒng)，自研形成一份MBTI人格分析問卷。

2.2 調(diào)查內(nèi)容的有效性

為了解決填報(bào)內(nèi)容時(shí)人為主觀偏差帶來的數(shù)據(jù)失真，筆者把MBTI問卷的內(nèi)容融入編程學(xué)習(xí)的課程任務(wù)中，在不妨礙正常編程學(xué)習(xí)的前提下，無感知的采集行為數(shù)據(jù)以及決策數(shù)據(jù)，最終融合實(shí)體問卷結(jié)果形成個(gè)人的MBTI綜合分析報(bào)告。

2.3 編程系統(tǒng)的可行性

目前，傳統(tǒng)的少兒編程學(xué)習(xí)更多是以線下的實(shí)體門店授課形式，這種模式效果直接、易于實(shí)現(xiàn)，但成本高、適用面窄，若大規(guī)模開展將帶來巨大的人力成本以及租金成本。在受新冠疫情影響下，傳統(tǒng)單一的線下教學(xué)模式難以滿足多樣化的需求。而本項(xiàng)目將通過Scratch 3.0技術(shù)實(shí)現(xiàn)基于B/S架構(gòu)下的線上平臺(tái)，在完全兼容原有Scratch作品的基礎(chǔ)上，更利于開展線上線下融合的教學(xué)模式。同時(shí)，Scratch3.0具有9大擴(kuò)展模塊，也大大增強(qiáng)了虛擬與現(xiàn)實(shí)之間的交互性，以及學(xué)習(xí)過程中的趣味性，進(jìn)一步降低用戶的學(xué)習(xí)門檻。

3 少兒編程平臺(tái)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

傳統(tǒng)的線下培訓(xùn)機(jī)構(gòu)中所使用的教學(xué)系統(tǒng)，主要是以Windows程序或Android應(yīng)用等單機(jī)程序形式提供交互。一方面，技術(shù)上較為容易實(shí)現(xiàn)；另一方面，單機(jī)系統(tǒng)無須解決高并發(fā)、高延時(shí)等問題，可為單體用戶帶來較為豐富的交互性。但隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的發(fā)展，線上需求增加，未來的主流將會(huì)變成一種互聯(lián)網(wǎng)軟件架構(gòu)。同時(shí)，人工智能及大數(shù)據(jù)技術(shù)的發(fā)展與成熟，原始數(shù)據(jù)將成為“孕育”新技術(shù)的必要養(yǎng)分，必須通過一種有效的手段感知終端，只有通過挖掘、分析、融合大量個(gè)體數(shù)據(jù)才能使數(shù)據(jù)產(chǎn)生更大的價(jià)值。因此，本項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了一個(gè)易用且可擴(kuò)展的在線編程教育平臺(tái)，一方面為互聯(lián)網(wǎng)用戶提供通用、不間斷的學(xué)習(xí)系統(tǒng)以及可視化的編程工具，另一方面也為線下機(jī)構(gòu)提供線上線下融合教學(xué)的基礎(chǔ)設(shè)施，為業(yè)務(wù)融合提供保障。

技術(shù)路線選擇上，本項(xiàng)目采用了JAVA語言進(jìn)行開發(fā)，基于Spring MVC框架實(shí)現(xiàn)行業(yè)主流多層架構(gòu)以及前后端分離模式，基于約定優(yōu)于配置，采用命名規(guī)范實(shí)現(xiàn)零配置，整個(gè)項(xiàng)目action、service等自動(dòng)掃描到Spring容器中。前端使用了Ant Design，VUE等技術(shù)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接口下的跨終端的切換，用戶可使用PC瀏覽器、終端客戶端程序、手機(jī)App、微信小程序等入口訪問；可視化編輯器應(yīng)用Scratch3.0技術(shù)，為用戶提供基于B/S架構(gòu)下在線的可視化編程工具；后端基于Spring Boot2.0+Shiro+JWT等技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯，符合RESTful規(guī)范的前提下，實(shí)現(xiàn)基于REST原則進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化通信。

系統(tǒng)功能上，主要由五大模塊及十大功能組成。五大模塊主要包括：課程管理模塊、活動(dòng)管理模塊、作品管理模塊、采集分析模塊以及基礎(chǔ)信息模塊。功能上主要實(shí)現(xiàn)了：教師通過前臺(tái)課程模塊創(chuàng)建、管理、維護(hù)課程內(nèi)容，同類課程可創(chuàng)建課程組實(shí)現(xiàn)資源的互通共享以及評(píng)論答疑。學(xué)生注冊(cè)并登錄平臺(tái)后，初始化填寫MBTI基礎(chǔ)問卷形成用戶“底色”評(píng)分，通過瀏覽作品、購(gòu)買課程、參加活動(dòng)及評(píng)價(jià)分享等形式開展學(xué)習(xí)。課程由多個(gè)知識(shí)點(diǎn)及任務(wù)組成，教學(xué)內(nèi)容以圖文或視頻形式展示，并通過Scratch可視化編輯器進(jìn)行操作完成任務(wù)?；顒?dòng)由主題構(gòu)成，通過加入、上傳作品、分享、評(píng)論評(píng)選參與活動(dòng)。同時(shí)，系統(tǒng)后臺(tái)為管理員提供監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行情況的各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)匯總，以及統(tǒng)一的用戶、角色、權(quán)限、課程、活動(dòng)等的權(quán)限管理；采集分析模塊允許管理員在課程任務(wù)中插入檢測(cè)模板，在用戶操作過程中采集已標(biāo)記的行為數(shù)據(jù)，最終形成個(gè)性化的“用戶畫像”。課程導(dǎo)師利用融合后的行為數(shù)據(jù)及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)形成大數(shù)據(jù)看板，為學(xué)生及家長(zhǎng)提供個(gè)性化的學(xué)習(xí)建議以及成長(zhǎng)規(guī)劃。

4 編程行為的數(shù)據(jù)采集模式

平臺(tái)的數(shù)據(jù)采集過程包含以下步驟：數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)建模、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)查詢以及數(shù)據(jù)可視化。過程中，考慮用戶規(guī)模與數(shù)據(jù)規(guī)模的增長(zhǎng)，多種方法全量采集貫穿用戶使用產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，且采集足夠全面的屬性、維度、指標(biāo)，讓積累的數(shù)據(jù)資產(chǎn)更加優(yōu)質(zhì)。本平臺(tái)采用前后端分離架構(gòu)：前端主要用于分析 UV、PV、點(diǎn)擊量等基本指標(biāo)，后端可存儲(chǔ)在各個(gè)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，以及采集業(yè)務(wù)服務(wù)器打印的日志等。同時(shí)，讓用戶行為數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)結(jié)合，滿足復(fù)雜分析場(chǎng)景；通過規(guī)范化接口，可實(shí)現(xiàn)對(duì)接CRM、QA、客服、物流等第三方系統(tǒng)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)平臺(tái)上，多維度、多部門的數(shù)據(jù)分析需求。

模塊實(shí)現(xiàn)上，本項(xiàng)目使用Apache的Flume框架構(gòu)建一個(gè)基于分布式的管道架構(gòu)的數(shù)據(jù)采集過程。通過Source接收輸入數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)寫入管道，Sink負(fù)責(zé)從管道中讀出數(shù)據(jù)并發(fā)給下一個(gè)Agent或者最終的目的地，中間使用Channel來緩存從source到Sink的中間數(shù)據(jù)，解決負(fù)載問題。

5 結(jié)語

2015年教育部發(fā)布《關(guān)于“十三五”期間全面深入推進(jìn)教育信息化工作的指導(dǎo)意見（征求意見稿）》，其中提到了未來5年對(duì)教育信息化的規(guī)劃，明確提到要“探索STEAM教育、創(chuàng)客教育等新教育模式”。在STEAM教育過程中，在明確知識(shí)傳授重要的同時(shí)，更應(yīng)強(qiáng)調(diào)引導(dǎo)孩子在探索問題和解決問題的過程中自己去“發(fā)現(xiàn)”知識(shí)。本項(xiàng)目是運(yùn)用STEAM教育理念踐行教育教學(xué)落地之路的探索，筆者希望借助編程技術(shù)的力量，用STEAM教育引領(lǐng)學(xué)生成長(zhǎng)，培養(yǎng)適應(yīng)未來社會(huì)發(fā)展需要的復(fù)合型人才。