高中信息技術(shù)課程中的人工智能教學(xué)探索

江蘇省宜興市張渚高級(jí)中學(xué) 李衛(wèi)華

當(dāng)前時(shí)代下，隨著科學(xué)技術(shù)在全球范圍內(nèi)的發(fā)展，“智能時(shí)代”已然來臨，人工智能已經(jīng)逐漸上升為國家重要發(fā)展戰(zhàn)略，成為國際競爭的新焦點(diǎn)、新領(lǐng)域。為抓住這一難得的發(fā)展機(jī)遇，使本國家得以在世界民族之林屹立于不敗之地，各國紛紛致力于在發(fā)展過程中加緊部署，采取相關(guān)措施助力人工智能的發(fā)展。為應(yīng)對這一國際發(fā)展形勢，使越來越多的人工智能技術(shù)得以被掌握，越來越多的人工智能產(chǎn)品得以生產(chǎn)并投入市場，我國正在依據(jù)當(dāng)前教育形勢，推動(dòng)教育革新，在中學(xué)范圍內(nèi)大力普及人工智能教育，為未來人工智能產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供大量人才支持，因此，中學(xué)信息技術(shù)課堂便成了為廣大青少年學(xué)生普及人工智能相關(guān)知識(shí)，奠定其堅(jiān)實(shí)理論基礎(chǔ)的重要陣地。

在2017 年頒布的高中新課程標(biāo)準(zhǔn)中，已經(jīng)明確提出了將人工智能內(nèi)容融入高中教學(xué)過程中，使其成為高中學(xué)科教學(xué)體系的重要組成部分。因此，廣大高中信息技術(shù)教師應(yīng)當(dāng)在國家發(fā)展戰(zhàn)略的引導(dǎo)下，切實(shí)踐行新課程標(biāo)準(zhǔn)中提出的要求，通過增添和完善相關(guān)教學(xué)內(nèi)容，利用合理的教學(xué)手段，使學(xué)生能夠了解人工智能的概念、發(fā)展歷程、技術(shù)原理等，能夠親身體驗(yàn)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)簡單智能系統(tǒng)的基本過程，進(jìn)而增強(qiáng)學(xué)生利用人工智能技術(shù)服務(wù)現(xiàn)代化發(fā)展的意識(shí)和責(zé)任心。

一、人工智能教學(xué)目的與現(xiàn)狀

在高中信息技術(shù)課程中增設(shè)人工智能技術(shù)的相關(guān)概念與教學(xué)內(nèi)容，能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中充分體驗(yàn)和認(rèn)識(shí)到人工智能知識(shí)與技術(shù)及其對未來人類發(fā)展產(chǎn)生的重要意義，深入了解和掌握人工智能技術(shù)的原理，引導(dǎo)學(xué)生逐步具備在實(shí)際生活情境中利用人工智能技術(shù)、提升生活質(zhì)量的意識(shí)和能力。如物聯(lián)網(wǎng)、語言識(shí)別、人工智能機(jī)器人等技術(shù)發(fā)展成果。

加強(qiáng)人工智能教學(xué)，從知識(shí)層面而言，其目的是豐富學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備，使其得以在學(xué)習(xí)過程中領(lǐng)會(huì)科技前沿的先進(jìn)知識(shí)和技術(shù)手段，拓寬其眼界，使其認(rèn)識(shí)世界和各項(xiàng)事物的角度更為宏觀。從技能層面而言，教學(xué)目的還包括提高學(xué)生的信息素養(yǎng)，使學(xué)生在對人工智能技術(shù)產(chǎn)生濃郁興趣的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)個(gè)性化學(xué)習(xí)；培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和能力，使其再具備一定知識(shí)積淀的基礎(chǔ)上充分體驗(yàn)人工智能系統(tǒng)的基本搭建方式和應(yīng)用過程。此外，從社會(huì)層面而言，人工智能教學(xué)的目的還涉及從基礎(chǔ)教育層面為國家發(fā)展和技術(shù)革新提供大量的優(yōu)秀人才儲(chǔ)備，為我國創(chuàng)新型國家的建設(shè)提供智力支持。

從當(dāng)前高中信息技術(shù)課堂上開設(shè)人工智能教學(xué)模塊的現(xiàn)狀來看，可以從兩方面對其教育現(xiàn)狀進(jìn)行分析。一方面，人工智能課程體系的構(gòu)建使相關(guān)技術(shù)知識(shí)得以廣泛傳播，在一定程度上豐富了學(xué)生信息技術(shù)知識(shí)體系。另一方面，信息技術(shù)課堂上的人工智能課程由于開設(shè)時(shí)間較短，在教學(xué)過程中存在一些問題：其一，教學(xué)設(shè)施不完善，高中信息技術(shù)課堂上的大部分軟件和硬件不能滿足人工智能教學(xué)對技術(shù)設(shè)備的要求；其二，部分高中信息技術(shù)教師囿于傳統(tǒng)的教學(xué)模式，在課堂上以人工智能知識(shí)為依據(jù)照本宣科，未曾結(jié)合相關(guān)教學(xué)案例使學(xué)生對人工智能技術(shù)及其技術(shù)產(chǎn)品形成全面、系統(tǒng)的了解；其三，部分高中一線教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)不足，自身專業(yè)素養(yǎng)有待提高，未能在教學(xué)過程中基于問題和教學(xué)任務(wù)突出重難點(diǎn)內(nèi)容，往往使教學(xué)過程混亂無序?；谝陨辖虒W(xué)現(xiàn)狀和存在的種種問題，高中信息技術(shù)教師應(yīng)當(dāng)不斷反思自身教學(xué)行為，結(jié)合學(xué)生對教學(xué)效果的反饋，完善教學(xué)內(nèi)容，并有針對性地調(diào)整教學(xué)形式。下面，我便基于自身經(jīng)驗(yàn)，提出相關(guān)教學(xué)建議。

二、人工智能教學(xué)策略

（一）分層教學(xué)研發(fā)教學(xué)內(nèi)容

人工智能教學(xué)內(nèi)容在課堂教學(xué)進(jìn)程中如何有效落實(shí)、如何建構(gòu)課程體系、涉及的專業(yè)理論有哪些、以何種形式展開教學(xué)、如何控制教學(xué)內(nèi)容的廣度和深度等問題應(yīng)當(dāng)作為信息技術(shù)教師不斷思考和解答的問題。在我看來，對以上問題的回答首先應(yīng)當(dāng)建立在對學(xué)生學(xué)習(xí)情況的全面認(rèn)知和有效把控上。教師不難發(fā)現(xiàn)，不同學(xué)生對于人工智能知識(shí)和技術(shù)的認(rèn)知程度并不在同一個(gè)水平線上，不同學(xué)生在思維能力和知識(shí)接受水平上也存在較大差異。基于這一點(diǎn)，教師應(yīng)當(dāng)采用分層教學(xué)形式，針對不同知識(shí)層次的學(xué)生設(shè)計(jì)不同教學(xué)方案。此外，高中學(xué)生普遍對人工智能技術(shù)的認(rèn)識(shí)較為淺顯，且課業(yè)負(fù)擔(dān)較重，放在信息技術(shù)學(xué)習(xí)上的精力十分有限，因此，教師應(yīng)當(dāng)主動(dòng)研發(fā)和調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，以較為簡單、直接、趣味化和生活化的知識(shí)構(gòu)建課程體系，優(yōu)化教學(xué)和學(xué)生學(xué)習(xí)過程。

例如，在進(jìn)行信息技術(shù)授課時(shí)可應(yīng)用“走班制”規(guī)范，以學(xué)生的信息技術(shù)學(xué)科成績和學(xué)習(xí)技能為主要依據(jù)對全年級(jí)學(xué)生進(jìn)行不同等級(jí)的分班，并根據(jù)不同班級(jí)進(jìn)行教學(xué)內(nèi)容的研發(fā)。對于學(xué)習(xí)成績優(yōu)良、樂于接受新鮮知識(shí)的學(xué)生，教師可將人工智能技術(shù)原理和算法作為主要教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生通過學(xué)習(xí)能夠嘗試自主編寫有關(guān)物流跟蹤、圍棋程序等程序，得以不斷優(yōu)化自身算法和編程能力；對于知識(shí)較為薄弱，學(xué)習(xí)水平較差的學(xué)生，教師可著重為其引入人工智能概念和相關(guān)技術(shù)產(chǎn)品，令學(xué)生完成語言識(shí)別、圖像識(shí)別等難度較低的學(xué)習(xí)項(xiàng)目，構(gòu)建起以學(xué)生為中心的學(xué)習(xí)環(huán)境。

（二）案例教學(xué)理解應(yīng)用知識(shí)

信息技術(shù)課堂上人工智能教學(xué)目標(biāo)不應(yīng)僅僅局限在使學(xué)生掌握基本原理和運(yùn)算方法，更重要的是使學(xué)生學(xué)會(huì)利用人工智能技術(shù)，并有意識(shí)地將其應(yīng)用到生活之中，提升學(xué)生的實(shí)踐能力和自主創(chuàng)新能力。基于教師在課堂上照本宣科的教學(xué)問題，教師可嘗試在教學(xué)過程中引入大量人工智能技術(shù)的應(yīng)用案例，輔以理論知識(shí)的傳授。在選擇案例時(shí)，教師應(yīng)當(dāng)著重注意教學(xué)案例的適配性和趣味性，加強(qiáng)案例同學(xué)生實(shí)際生活的貫通，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和應(yīng)用人工智能技術(shù)的興趣。

例如，教師可為學(xué)生舉出這一案例：Netflix 網(wǎng)站創(chuàng)設(shè)和應(yīng)用，這一網(wǎng)站作為電影影片的租賃和提供網(wǎng)站，能夠根據(jù)客戶對電影的反應(yīng)提供高度精確的預(yù)測技術(shù)，利用大數(shù)據(jù)，根據(jù)客戶的反映與點(diǎn)擊量推測和推薦其可能喜歡的電影。通過這一人工智能實(shí)際案例，可有效激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生體會(huì)人工智能與我們生活的貼近程度。再如，執(zhí)教各種智能算法時(shí)，教師可提供旅行商問題、數(shù)碼問題等案例，引導(dǎo)學(xué)生將搜索算法與實(shí)際問題相結(jié)合，呈現(xiàn)出設(shè)計(jì)的思路，引導(dǎo)學(xué)生基于具體案例展開思考、討論。

（三）任務(wù)驅(qū)動(dòng)推動(dòng)問題解決

人工智能教學(xué)應(yīng)當(dāng)以新穎的教學(xué)組形式引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中積極探索，因此，任務(wù)驅(qū)動(dòng)型教學(xué)模式應(yīng)當(dāng)被廣大教師所挖掘和應(yīng)用采用。教師可在課堂上以具體的智能項(xiàng)目設(shè)計(jì)作為學(xué)生的學(xué)習(xí)認(rèn)識(shí)，要求學(xué)生在基于自身已有的知識(shí)儲(chǔ)備和學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，在教師的指引下利用算法進(jìn)行編程，在解決實(shí)際問題的過程中加強(qiáng)學(xué)生與現(xiàn)實(shí)問題之間的聯(lián)系，提升其操作水平。

例如，教師可要求學(xué)生以小組為單位共同完成“開發(fā)識(shí)別校園植物的專家系統(tǒng)”這一項(xiàng)目任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在了解相關(guān)背景材料和現(xiàn)階段已有設(shè)計(jì)程序、經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，首先，描述校園植物識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用前景；其次，完成系統(tǒng)開發(fā)計(jì)劃報(bào)告；最后，學(xué)生可依據(jù)計(jì)劃和已有經(jīng)驗(yàn)，采用分工合作的形式進(jìn)行編程和系統(tǒng)的測評(píng)。通過這種形式，有助于學(xué)生利用人工智能技術(shù)提出解決實(shí)際問題的方法。