高中信息技術(shù)課程中的人工智能教學(xué)

田小蘭

（天水市第二中學(xué) 甘肅·天水 741020）

0 引言

為促進(jìn)學(xué)生綜合素質(zhì)的全面發(fā)展，高中信息技術(shù)新課標(biāo)中新增“人工智能初步”選修模塊，其不僅為學(xué)生提供了信息技術(shù)多樣性選擇，也是對(duì)必修“信息技術(shù)基礎(chǔ)”教學(xué)的擴(kuò)展和延伸。[1]故此，為積極響應(yīng)新課改倡導(dǎo)、適應(yīng)國(guó)家對(duì)教育發(fā)展的新要求、滿足社會(huì)對(duì)高新人才培養(yǎng)的新需要、培養(yǎng)學(xué)生良好的信息技術(shù)核心素養(yǎng)，信息技術(shù)教師應(yīng)在教學(xué)中優(yōu)化教學(xué)理念、創(chuàng)新施教方式，促使學(xué)生更好地了解、學(xué)習(xí)人工智能的基本工作原理、算法與其應(yīng)用之間的關(guān)系。

1 簡(jiǎn)析在高中階段開(kāi)設(shè)人工智能教學(xué)的意義

人工智能（Artificial Intelligence）最早起源于歐美，其研究領(lǐng)域涉獵廣泛，例如：機(jī)器人、語(yǔ)言識(shí)別、圖像識(shí)別、語(yǔ)言處理等等。[2]在生活中的應(yīng)用包括智能家居、打車(chē)軟件、無(wú)人駕駛等，最著名的可能便是堪稱(chēng)圍棋天才的阿爾法狗、廣受歡迎的小愛(ài)同學(xué)?？萍几淖兩?，面對(duì)世界各國(guó)對(duì)人工智能研發(fā)、投入力度的不斷加大，在高中信息技術(shù)課程中開(kāi)設(shè)人工智能教育板塊，其意義在于：

1.1 積極響應(yīng)國(guó)家意識(shí)教育號(hào)召

在日漸激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中，誰(shuí)掌握高新的人工智能核心技術(shù)，誰(shuí)便能具有更多話語(yǔ)權(quán)和主動(dòng)權(quán)。為搶抓信息時(shí)代的發(fā)展新機(jī)遇，增強(qiáng)我國(guó)在科技領(lǐng)域的先發(fā)優(yōu)勢(shì)，加快建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家和世界科技強(qiáng)國(guó)，[3]2017 年國(guó)務(wù)院發(fā)布并實(shí)施《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，規(guī)劃中明確指出：2018 年秋季新學(xué)期起，在高中信息技術(shù)課程中增設(shè)人工智能教育板塊。以創(chuàng)新教育，助推科技發(fā)展，進(jìn)而加強(qiáng)人才的培養(yǎng)和儲(chǔ)備，以便為國(guó)家的未來(lái)發(fā)展輸送更多具有中國(guó)心、世界眼、現(xiàn)代腦的創(chuàng)新、復(fù)合型人才。[4]

1.2 滿足社會(huì)高新人才培養(yǎng)需求

無(wú)論在國(guó)家發(fā)展，還是在行業(yè)創(chuàng)新的過(guò)程中，人才都是最核心的競(jìng)爭(zhēng)力。依據(jù)2018 年的一組調(diào)研數(shù)據(jù)顯示：隨著大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)的熱度持續(xù)，智慧城市、智能超市、無(wú)人機(jī)應(yīng)用備受矚目。全球約有近200 萬(wàn)AI 人才，其中4成以上集中在美國(guó)，中國(guó)高端AI 人才比例尚不足3%。面對(duì)行業(yè)未來(lái)巨大的發(fā)展?jié)摿彤?dāng)前人才緊缺的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，專(zhuān)業(yè)化高端人才的培養(yǎng)需求較為迫切。為此，鑒于學(xué)生的知識(shí)接受能力，在高中階段開(kāi)設(shè)人工智能教學(xué)課程，既符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律、能夠與高中數(shù)學(xué)教學(xué)相呼應(yīng)，又有助于培養(yǎng)智慧公民，為學(xué)生更高階段的學(xué)習(xí)夯實(shí)基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)人工智能基礎(chǔ)知識(shí)的系統(tǒng)性學(xué)習(xí)，讓有天賦、感興趣的學(xué)生可以在進(jìn)入高等學(xué)府深造時(shí)，選擇與人工智能相關(guān)的專(zhuān)業(yè)。

1.3 促進(jìn)學(xué)生綜合能力全面發(fā)展

高中信息技術(shù)學(xué)科具有基礎(chǔ)性、綜合性與人文性相統(tǒng)一的特點(diǎn)，其致力于培養(yǎng)學(xué)生良好的信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、強(qiáng)烈的社會(huì)責(zé)任感。[5]在未來(lái)社會(huì)的發(fā)展中，人工智能會(huì)是其中較為重要的組成部分。除了對(duì)青少年學(xué)生的知識(shí)技能、情感態(tài)度的培養(yǎng)，人工智能對(duì)學(xué)生思維發(fā)展也將起到重要影響。在高中信息技術(shù)課程中增設(shè)人工智能學(xué)習(xí)板塊，有助于延伸學(xué)生的思維深度、開(kāi)闊其視野，讓學(xué)生不僅具有應(yīng)用智能設(shè)備的能力，并且能夠進(jìn)一步了解其工作原理，從而調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究欲與好奇心，促進(jìn)其想象力、創(chuàng)造力、創(chuàng)新精神、實(shí)踐能力的進(jìn)一步發(fā)展。

2 高中信息技術(shù)中人工智能教學(xué)問(wèn)題及策略

隨著人工智能教學(xué)成為高中信息技術(shù)課程中的重要一部分，自課程開(kāi)設(shè)以來(lái)便受到教育界人士的廣泛關(guān)注。但在實(shí)際授課中，還存在缺乏完善的教育體系、師資力量有待加強(qiáng)、與傳統(tǒng)信息技術(shù)教學(xué)具有較大差異的問(wèn)題。為此，應(yīng)加強(qiáng)教師的教學(xué)反思意識(shí)，促進(jìn)人工智能教學(xué)的創(chuàng)新，讓更多的學(xué)生選擇該學(xué)科作為選修科目，培養(yǎng)高中生良好的獨(dú)立、協(xié)作、探究學(xué)習(xí)的能力。

2.1 完善教學(xué)體系

雖然我國(guó)人工智能的應(yīng)用已處于世界前沿水平，但核心技術(shù)亟待突破，人工智能教育尚處于起步階段。自2018 年華東師范大學(xué)推出了首冊(cè)面向中學(xué)生的人工智能教學(xué)教材《人工智能基礎(chǔ)（高中版）》，高中人工智能教育才擁有了首本專(zhuān)門(mén)性、系統(tǒng)性的教科書(shū)，現(xiàn)國(guó)內(nèi)眾多高中紛紛引進(jìn)該教材。同時(shí)，新課程標(biāo)準(zhǔn)中也缺乏對(duì)人工智能的課程開(kāi)展目的、方式、內(nèi)容及基本要求的明確說(shuō)明，這便導(dǎo)致課程開(kāi)展缺乏方向性。為此，一方面各高中應(yīng)提高對(duì)人工智能教學(xué)的關(guān)注，研發(fā)校本課程，形成教學(xué)特點(diǎn)；另一方面相關(guān)部門(mén)應(yīng)完善課程標(biāo)準(zhǔn)，為教學(xué)活動(dòng)的開(kāi)展提供指引。

2.2 創(chuàng)新施教方式

（1）基于案例學(xué)習(xí)：在高中階段開(kāi)設(shè)人工智能教學(xué)課程，其主要目的就是為了提高學(xué)生的計(jì)算機(jī)思維，使其具有運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析、思考現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力。引入案例教學(xué)法，圍繞現(xiàn)實(shí)生活，選取比較成熟的人工智能應(yīng)用案例，以學(xué)生看得見(jiàn)、摸得著、可實(shí)踐的方式，將其認(rèn)知向深入引導(dǎo)，使其意識(shí)到人工智能與現(xiàn)實(shí)生活之間的聯(lián)系。例如含有智能芯片的家用電器等我們身邊很熟悉的人工智能產(chǎn)品，以促進(jìn)學(xué)生了解人工智能的工作原理、基本知識(shí)，培養(yǎng)其良好的探究能力、學(xué)習(xí)興趣。

（2）基于問(wèn)題學(xué)習(xí)：為了提升人工智能教學(xué)的有效性，在生活中應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)。只有當(dāng)學(xué)生產(chǎn)生問(wèn)題、具有探究欲，才能進(jìn)一步激發(fā)其創(chuàng)造力。為此，教師應(yīng)立足于高中生的學(xué)習(xí)能力、接受水平，在課堂教學(xué)中教師可提取一些便于學(xué)生理解的內(nèi)容作為教學(xué)素材，向?qū)W生提出問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生思考，再展開(kāi)師生探討，最后共同解決問(wèn)題。例如：可向?qū)W生展示“說(shuō)書(shū)”APP，其是很多人上下班途中用來(lái)聽(tīng)書(shū)的軟件。以如何制作有聲書(shū)籍為問(wèn)題引導(dǎo)，與學(xué)生一同應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)爬蟲(chóng)，進(jìn)行小程序的開(kāi)發(fā)，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生了解人工智能的工作原理、基本知識(shí)，培養(yǎng)其良好的探究能力、學(xué)習(xí)興趣。

（3）任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)：為培養(yǎng)學(xué)生良好的動(dòng)手能力，應(yīng)在人工智能教學(xué)中引入任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)。教師先給出項(xiàng)目開(kāi)發(fā)思路，并與學(xué)生一起展開(kāi)分析與討論，最后讓學(xué)生將分析討論的結(jié)果轉(zhuǎn)化為具體項(xiàng)目，并以小組合作的方式進(jìn)行比拼，發(fā)揮同伴互助作用，使學(xué)生端正學(xué)習(xí)態(tài)度、樹(shù)立正確的競(jìng)爭(zhēng)意識(shí)。例如：可讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)，應(yīng)用教師給出的系統(tǒng)外殼，進(jìn)行數(shù)據(jù)填充、模型構(gòu)建，設(shè)置動(dòng)植物的辨別系統(tǒng)，可進(jìn)行智能顯示與講解；還可以讓學(xué)生在特定情境中，扮演各種角色，協(xié)同完成項(xiàng)目“研發(fā)”。

2.3 加強(qiáng)師資建設(shè)

加強(qiáng)師資隊(duì)伍的建設(shè)是提升人工智能教學(xué)有效性的關(guān)鍵，雖然新課改理念強(qiáng)調(diào)學(xué)生是課堂教學(xué)的中心與主體，但教師作為課堂的組織者、引導(dǎo)者，仍然具有重要的“向?qū)А弊饔?，教師知識(shí)儲(chǔ)備、授課水平高低對(duì)人工智能教學(xué)效果具有直接影響。為此，不僅應(yīng)加強(qiáng)對(duì)教師的專(zhuān)業(yè)化培訓(xùn)、吸納專(zhuān)業(yè)化人才，還可成立教學(xué)研修班，聘請(qǐng)專(zhuān)家指導(dǎo)，提高教師的授課能力。

2.4 促進(jìn)教學(xué)實(shí)踐

人工智能教學(xué)具有較高的科技含量，涉及的知識(shí)面廣泛，這需要學(xué)生具有一定的信息技術(shù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和數(shù)學(xué)知識(shí)儲(chǔ)備。為此，教師一方面應(yīng)注重把握教學(xué)的適宜性，幫助學(xué)生構(gòu)建立體的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，激勵(lì)其不斷地自我充實(shí)；另一方面應(yīng)注重對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)教學(xué)的創(chuàng)新，為學(xué)生構(gòu)建生動(dòng)的學(xué)習(xí)情境，讓其在做中學(xué)，在實(shí)踐中收獲、在探究中進(jìn)步。

3 結(jié)語(yǔ)

總之，為提高人工智能教學(xué)的有效性，作為高中信息技術(shù)任課教師，一方面應(yīng)不斷提升自身的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)，將學(xué)科教育與學(xué)生的興趣點(diǎn)、理解能力、學(xué)習(xí)特點(diǎn)相結(jié)合，注重對(duì)新技術(shù)、新研究成果的吸納，促進(jìn)教學(xué)的與時(shí)俱進(jìn)；另一方面應(yīng)重視實(shí)踐教學(xué)，尊重并發(fā)揮學(xué)生的學(xué)習(xí)主體地位，以確保教學(xué)面向全體學(xué)生，促進(jìn)其個(gè)性化發(fā)展。雖然，該課程的開(kāi)設(shè)對(duì)于大部分學(xué)生來(lái)說(shuō)是興趣的激發(fā)，讓其了解先進(jìn)技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，但也不乏會(huì)有一部分學(xué)生因受到人工智能教育的啟迪，在更高階段的學(xué)習(xí)中選擇進(jìn)入該領(lǐng)域深造，進(jìn)而成為未來(lái)引領(lǐng)時(shí)代發(fā)展的先驅(qū)者。