高中人工智能教育應(yīng)該教什么和如何教

詹澤慧 鐘柏昌

[摘 ? 要] 作為基礎(chǔ)教育階段開展人工智能教育的主要載體和《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》落地的重要依托，《人工智能初步》教材為人們理解人工智能教育提供了代表性樣本。文章使用內(nèi)容分析法，對目前完成的四本《人工智能初步》教材從知識內(nèi)容、篇章結(jié)構(gòu)、活動設(shè)計(jì)、評價(jià)方式和技術(shù)載體五個(gè)維度進(jìn)行了全面分析。研究發(fā)現(xiàn)：教學(xué)內(nèi)容方面，教材覆蓋了人工智能概念、特征、發(fā)展歷程、核心算法、典型應(yīng)用、模塊開發(fā)、倫理與安全等學(xué)科大概念及知識點(diǎn)，各有側(cè)重和拓展;篇章結(jié)構(gòu)方面，四本教材風(fēng)格各異，章節(jié)流程明晰;活動設(shè)計(jì)方面，主要通過研究性、項(xiàng)目式、探索式活動引導(dǎo)學(xué)生拓展思維，具有豐富性、趣味性和協(xié)作性等特點(diǎn)，兼顧了知識建構(gòu)的深度和廣度;評價(jià)方式方面，均以基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)評價(jià)為主、知識測試為輔，將學(xué)生高階能力發(fā)展置于首位;技術(shù)載體方面，主要選用國產(chǎn)人工智能開放平臺和Python語言。受多種因素的影響，每本教材也各有不足，文章討論了可能的改進(jìn)思路。

[關(guān)鍵詞] 高中人工智能教育; 新課標(biāo); 教材分析; 教學(xué)內(nèi)容; 篇章結(jié)構(gòu)

[中圖分類號] G434 ? ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)志碼] A

[作者簡介] 詹澤慧（1983—），女，廣東廣州人。教授，博士，主要從事學(xué)習(xí)科學(xué)、STEAM教育研究。E-mail：zhanzehui@m.scnu.edu.cn。鐘柏昌為通訊作者，E-mail：zhongbc@163.com。

一、引 ? 言

近年來，人工智能技術(shù)的應(yīng)用已悄然滲透到我們生活的各個(gè)方面，人類社會進(jìn)入智能化時(shí)代已成為必然。世界各國都意識到掌握領(lǐng)先的人工智能技術(shù)和培養(yǎng)智能時(shí)代的新型人才意義重大，紛紛開始重視人工智能教育的發(fā)展。我國作為全球第二大經(jīng)濟(jì)體，人工智能教育發(fā)展略晚于發(fā)達(dá)國家，但在國家政策的支持下已呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢。2017年以來，國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》[1]、教育部發(fā)布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[2]（以下簡稱《新課標(biāo)》）和《教育信息化2.0行動計(jì)劃》[3]等文件為我國人工智能教育的發(fā)展提供了重要指引，明確了高中人工智能教育的目標(biāo)定位和內(nèi)容框架。課標(biāo)本身的描述通常具有彈性、抽象性和概括性等特征，以適應(yīng)地區(qū)差異和確保教育內(nèi)容的可擴(kuò)展性，并鼓勵(lì)課程內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動的多樣性設(shè)計(jì)[4]。

《新課標(biāo)》發(fā)布后，教育界于兩年內(nèi)開發(fā)了五套《人工智能初步》教材。目前正式出版的共有四個(gè)版本，分別是教科版[5]、人教版[6]、浙教版[7]和粵教版[8]。四本教材都遵循和貫徹了《新課標(biāo)》的理念和要求，較好地涵蓋了《新課標(biāo)》中三大模塊的內(nèi)容，均采用研究性、項(xiàng)目式、探索式的活動來引導(dǎo)學(xué)生拓展思維，但在語言風(fēng)格和設(shè)計(jì)意圖上各具特色。詳細(xì)分析各本教材的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，將有助于從整體上理解高中人工智能教育的教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)方法，深入理解教什么和如何教的問題。

課程開發(fā)一般涉及課程的目標(biāo)定位、內(nèi)容選擇和內(nèi)容組織（包括篇章結(jié)構(gòu)、活動設(shè)計(jì)、評價(jià)方式、技術(shù)工具等）等方面的考量[9]。由于四本教材均以《新課標(biāo)》為編寫依據(jù)，在目標(biāo)定位上，雖文字描述有差異卻并無本質(zhì)差別，但在內(nèi)容選擇和組織方面卻容易呈現(xiàn)出編寫團(tuán)隊(duì)的個(gè)性色彩。為此，本文將以四本教材為依據(jù)，使用內(nèi)容分析法，從知識內(nèi)容、篇章結(jié)構(gòu)、活動設(shè)計(jì)、評價(jià)方式、技術(shù)載體等五個(gè)方面進(jìn)行全面剖析。

二、教學(xué)內(nèi)容：四大知識模塊各有側(cè)重、核心算法和典型應(yīng)用最受重視

（一）內(nèi)容框架

從篇章目錄來看，四本教材都涵蓋了《新課標(biāo)》所要求的“人工智能基礎(chǔ)”“簡單人工智能應(yīng)用模塊開發(fā)”“人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用”三大主題內(nèi)容[2]。而2003年發(fā)布的《普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（信息技術(shù)）》（以下簡稱《舊課標(biāo)》）所提及的“知識及其表示”“推理與專家系統(tǒng)”“人工智能語言與問題求解”三部分內(nèi)容[10]雖未在《新課標(biāo)》中直接出現(xiàn)，但在《新課標(biāo)》的“簡單人工智能應(yīng)用模塊開發(fā)”主題中仍有體現(xiàn)。此外，四本教材對于內(nèi)容編排的整體順序是一致的：第一章均為有關(guān)人工智能的歷史與發(fā)展;最后一章均為有關(guān)人工智能的安全和倫理問題;中間各章，主要涉及人工智能的知識表示、核心算法、典型應(yīng)用和模塊開發(fā)。

篇幅分布上，教科版將知識表示和機(jī)器學(xué)習(xí)分別獨(dú)立一章，對知識的狀態(tài)、過程、邏輯表示作重點(diǎn)講解，其他三本教材在知識表示方面介紹較少，更多的篇幅放在算法和應(yīng)用上。人教版在知識點(diǎn)分布方面較為均衡。浙教版?zhèn)戎剡壿嬐评砗退惴▽W(xué)習(xí)（啟發(fā)式搜索、決策樹、機(jī)器學(xué)習(xí)），且在算法和應(yīng)用之間增加了一個(gè)數(shù)據(jù)智能化處理（挖掘、識別、合成）的層次，詳細(xì)描述了人工智能賦予人類社會能力的三種代表性技術(shù)：知識挖掘、模式識別、創(chuàng)意智能?；浗贪媸撬谋窘滩闹形ㄒ唤淌谙到y(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)層次的版本，其他教材多停留于算法應(yīng)用層次。由于粵教版涉及的知識內(nèi)容難度較大，所以單列了“基礎(chǔ)算法及應(yīng)用”一章，與其后的“核心算法”“應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)”兩章形成了較好的難度梯度，構(gòu)成了算法與應(yīng)用的雙螺旋上升結(jié)構(gòu)。

為了作進(jìn)一步分析，我們將《新課標(biāo)》描述的三大主題內(nèi)容細(xì)化為四個(gè)主要的知識模塊：（1）人工智能的概念、基本特征與發(fā)展歷程;（2）人工智能核心算法;（3）人工智能典型應(yīng)用與系統(tǒng)開發(fā);（4）人工智能安全與倫理。以此為基礎(chǔ)，將四本教材的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行模塊化歸類后發(fā)現(xiàn)：（1）人工智能概念和基本特征方面，人教版和粵教版均使用了《人工智能白皮書》對人工智能基本特征的描述：“由人類設(shè)計(jì)，為人類服務(wù)，本質(zhì)為計(jì)算，基礎(chǔ)為數(shù)據(jù);能感知環(huán)境，能產(chǎn)生反應(yīng)，能與人交互，能與人互補(bǔ);有適應(yīng)特性，有學(xué)習(xí)能力，有演化迭代，有連接擴(kuò)展。”[11]教科版則從案例情境出發(fā)，先讓學(xué)生思考探究，引出人工智能概念的講解。浙教版較為特別，在人工智能概念和特征上并未花太多筆墨，而是從人工智能的發(fā)展歷程出發(fā)，總結(jié)了人工智能應(yīng)具備的能力，將人工智能的概念內(nèi)涵和特征滲透在歷史發(fā)展的時(shí)間線中。（2）人工智能的發(fā)展歷程方面，盡管四本教材分別以三次浪潮、三個(gè)階段、三次低谷等方式描述人工智能的發(fā)展，但均可歸納為三階段發(fā)展論（第一階段：從早期嘗試到符號推理;第二階段：從專家系統(tǒng)到知識工程;第三階段：從大數(shù)據(jù)到深度學(xué)習(xí)）。其中，浙教版所介紹的時(shí)間線比較長，從智能思想的探究開始作詳細(xì)介紹。（3）人工智能典型應(yīng)用方面，四本教材都提到“智能+”應(yīng)用，以及人臉識別、圖像識別、自然語言處理、語音識別、文本識別和機(jī)器人等。浙教版還特別提到智能模擬和智能控制，粵教版則突出了計(jì)算機(jī)視覺。四本教材均認(rèn)為人工智能發(fā)展具有混合增強(qiáng)智能、腦科學(xué)和人工智能的融合等發(fā)展趨勢。（4）人工智能核心算法方面，教科版花了較大篇幅重點(diǎn)介紹了知識表示和機(jī)器學(xué)習(xí)，人教版、浙教版、粵教版則只是簡述知識表示，而重點(diǎn)講解了人工智能的核心算法，如邏輯推理、決策樹、啟發(fā)式搜索（A*算法）、聚類、貝葉斯、知識圖譜、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)。（5）系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)方面，四本教材都提到了國內(nèi)的四大開放平臺（百度、騰訊、阿里、訊飛），且都涉及人臉識別、語音識別、人機(jī)博弈、文字識別、機(jī)器翻譯等與生活息息相關(guān)的重要應(yīng)用?；浗贪嬗袑ｉT一章介紹人工智能系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，其他三本教材則主要在闡述人工智能典型應(yīng)用（如文字識別和圖像識別）時(shí)，以開放平臺上的實(shí)操活動對應(yīng)用模塊開發(fā)進(jìn)行初步講解，而未深入介紹系統(tǒng)開發(fā)。（6）人工智能安全與倫理方面，每本教材都有涉及，強(qiáng)調(diào)人工智能的價(jià)值和風(fēng)險(xiǎn)，介紹維護(hù)安全的方法及相關(guān)法律法規(guī)。

（二）知識體系

為了進(jìn)一步呈現(xiàn)教材中的知識體系，我們按知識模塊對四本教材中的所有學(xué)科大概念及知識點(diǎn)進(jìn)行編碼提取，從生成的詞云圖中反映出各維度中最為凸顯的關(guān)鍵知識點(diǎn)。（1）在“概念、特征與歷史發(fā)展”中，最受重視的知識點(diǎn)包括：人工智能發(fā)展歷程（三階段論）、圖靈測試（作為檢測人工智能的最早手段）、各類人工智能典型應(yīng)用（如人臉識別、模式識別、知識表示、智能交通、計(jì)算機(jī)視覺）、人工智能現(xiàn)狀（如深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)、大規(guī)模并行計(jì)算）、人工智能的分類（如專用/通用人工智能、強(qiáng)/弱人工智能）。（2）在“核心算法”中，涉及的知識點(diǎn)最多，主要知識點(diǎn)包括：典型的知識表示方法（如命題邏輯、謂詞邏輯、產(chǎn)生式規(guī)則）、知識的空間表示法（如語義網(wǎng)絡(luò)、語義網(wǎng)、知識圖譜、事理圖譜、專家系統(tǒng)）、過程表示（如狀態(tài)空間、問題歸約）、搜索技術(shù)（多路遞歸、啟發(fā)式搜索、A*算法）、數(shù)據(jù)挖掘（回歸分析、貝葉斯分析）、各類機(jī)器學(xué)習(xí)（如強(qiáng)化學(xué)習(xí)、決策樹、深度學(xué)習(xí)）、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）。（3）在“典型應(yīng)用與系統(tǒng)開發(fā)”中，知識點(diǎn)相對分散，主要是各類平臺（如四大人工智能開放平臺、百度AI、騰訊AI）、各類應(yīng)用（如文本挖掘、拍照識花、詞云生成、人臉識別、OCR、圖悅、小米AI音箱、亞馬遜Echo）、各類模型或程序庫（如TF-IDF、詞袋模型、NumPy、Jieba）。（4）在“安全與倫理”中，知識點(diǎn)更為分散，主要是涉及信息安全的典型案例（如聲紋鎖、指紋密碼）和可引發(fā)辯證思考的倫理事件（如華麗琴鳥復(fù)制人的聲音、人工智能入侵檢測系統(tǒng)）。

四本教材的大部分知識點(diǎn)集中在人工智能核心算法和典型應(yīng)用上，凸顯了算法這一學(xué)科大概念，將學(xué)習(xí)難度控制在大眾普及教育可以接受的范圍內(nèi)，避免不合理的超前學(xué)習(xí)。同時(shí)，也非常重視人工智能常識性知識、安全、倫理、法律法規(guī)相關(guān)案例的學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)技術(shù)德育和技術(shù)理性的培養(yǎng)。然而，四本教材在智能硬件方面都涉及較少，尤其在人工智能“感知”層面上，很少涉及傳感器方面的內(nèi)容。教材重點(diǎn)描述了技術(shù)實(shí)現(xiàn)的算法（即判斷和識別環(huán)節(jié)），但對于人工智能實(shí)現(xiàn)的整個(gè)邏輯過程尚未有全流程的展現(xiàn)，尤其是最前端的傳感環(huán)節(jié)，以及最后端的反饋環(huán)節(jié)。此外，由于《新課標(biāo)》沒有像《舊課標(biāo)》那樣強(qiáng)調(diào)知識表示和推理，浙教版和粵教版都弱化了知識表示方面的內(nèi)容，略顯單薄，且大多教材中“代理”（Agent）的概念是缺失的?！按怼笔歉叩冉逃A段人工智能教材中頻繁出現(xiàn)的概念，若在高中階段合理引入，可以為高等教育階段的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下必要的基礎(chǔ)。

三、篇章結(jié)構(gòu)：多以項(xiàng)目為主線，但項(xiàng)目大小、位置、形式迥異

教材的篇章結(jié)構(gòu)反映了教學(xué)內(nèi)容的組織形式。在篇章結(jié)構(gòu)方面，四本教材章節(jié)流程清晰，均遵循項(xiàng)目式學(xué)習(xí)理念，但項(xiàng)目大小、位置和呈現(xiàn)方式有較大差異（如圖1所示）。

教科版每章以單元任務(wù)（項(xiàng)目）為主線展開，包含2～5個(gè)任務(wù)，每個(gè)任務(wù)中又包含1～2個(gè)需要學(xué)生開展的活動，形成了“項(xiàng)目—任務(wù)—活動”三位一體的組織形式，但項(xiàng)目層面的屬性較弱，容易理解為任務(wù)或主題活動。

人教版每章以一個(gè)項(xiàng)目學(xué)習(xí)主題開始，融合了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)與案例教學(xué)理念，每章以一個(gè)主題項(xiàng)目展開，以各類環(huán)環(huán)相扣的體驗(yàn)、探索、思考、實(shí)踐活動貫穿全章，其間還穿插了豐富而生動的案例，較為精致和有趣。

浙教版的知識點(diǎn)講解詳盡，語言清晰精練，啟發(fā)性強(qiáng)，與其他三本教材不同，該教材使用了傳統(tǒng)的講練結(jié)合的知識點(diǎn)主線[12]，此外，在每章以“問題與挑戰(zhàn)”開篇，每章學(xué)習(xí)前給出本章的學(xué)習(xí)目標(biāo)與學(xué)習(xí)內(nèi)容導(dǎo)圖，便于學(xué)生提前了解本章學(xué)習(xí)要求，梳理思路。在每部分知識講解后，設(shè)置思考、練習(xí)、討論等任務(wù)，在整章學(xué)習(xí)結(jié)束后引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行舉例、判斷、討論。每章的最后布置一個(gè)“項(xiàng)目挑戰(zhàn)”，通過實(shí)施項(xiàng)目引導(dǎo)學(xué)生學(xué)以致用，強(qiáng)化知識掌握并提高項(xiàng)目實(shí)踐能力。

粵教版的每章就是一個(gè)具體而系統(tǒng)化的項(xiàng)目，每章前給出一個(gè)完整的項(xiàng)目范例，將學(xué)習(xí)內(nèi)容解構(gòu)為與本章主題相關(guān)的若干項(xiàng)目選題，學(xué)生可根據(jù)興趣自行選擇;在項(xiàng)目下設(shè)置若干任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生作出合理規(guī)劃，并就方案開展交流。交流活動結(jié)束后進(jìn)入知識點(diǎn)講解，知識點(diǎn)講解后設(shè)置各類探究活動，以加深知識理解和提高動手實(shí)踐能力。每學(xué)習(xí)一部分知識，便開展一次動手實(shí)踐活動，通過不斷的學(xué)習(xí)推進(jìn)項(xiàng)目的整體進(jìn)程，直至項(xiàng)目完成。隨后，引導(dǎo)學(xué)生交流成果并作出項(xiàng)目評價(jià)。章末給出內(nèi)容導(dǎo)圖，引導(dǎo)學(xué)生回顧本章內(nèi)容并寫下學(xué)習(xí)總結(jié)。最后，以測試形式檢驗(yàn)學(xué)生的知識掌握情況。

綜上所述，四本教材在篇章結(jié)構(gòu)上呈現(xiàn)以下特征：

在整體邏輯上，粵教版、人教版、教科版均以項(xiàng)目為主線展開每章的學(xué)習(xí)，知識內(nèi)容則穿插在每個(gè)項(xiàng)目實(shí)施或每個(gè)任務(wù)活動中進(jìn)行講解;浙教版則以“知識講解+練習(xí)”的知識點(diǎn)主線展開每章內(nèi)容，最后以“項(xiàng)目挑戰(zhàn)”的形式綜合整章知識內(nèi)容;除項(xiàng)目出現(xiàn)的位置有所不同外，項(xiàng)目的大?。ㄌ刂竿瓿身?xiàng)目所需工作量的大小，而非項(xiàng)目的頁數(shù)跨度）也有差異，粵教版和浙教版以“大項(xiàng)目”為主，引導(dǎo)學(xué)生一步步化繁為簡，而人教版和教科版則以“小案例”“小活動”為主，學(xué)生可在較短時(shí)間內(nèi)完成項(xiàng)目活動。

在知識講解方面，四本教材的知識講解均設(shè)置有相應(yīng)的探究、思考、實(shí)踐、練習(xí)等活動，以啟發(fā)思考，強(qiáng)化知識掌握與實(shí)踐應(yīng)用。

在章前引入部分，所有教材的章前導(dǎo)言均以描述現(xiàn)實(shí)生活場景、明晰學(xué)習(xí)目標(biāo)和簡介本章學(xué)習(xí)內(nèi)容展開。人教版還給出了該章項(xiàng)目準(zhǔn)備、引導(dǎo)等支持內(nèi)容;粵教版給出了一個(gè)項(xiàng)目范例供學(xué)習(xí)參考;浙教版則給出了本章的學(xué)習(xí)內(nèi)容導(dǎo)圖。

在章末回顧總結(jié)部分，所有教材的每章最后均設(shè)置了學(xué)習(xí)評價(jià)方案，值得一提的是，四本教材均列出了每章的內(nèi)容導(dǎo)圖。浙教版將內(nèi)容導(dǎo)圖放置在每章起始，而在章末設(shè)置一個(gè)項(xiàng)目挑戰(zhàn)，以協(xié)作式的實(shí)踐項(xiàng)目來幫助學(xué)生鞏固或深化所學(xué)知識。除了浙教版的內(nèi)容導(dǎo)圖在章前出現(xiàn)以外，其他三本教材的內(nèi)容導(dǎo)圖均在章末出現(xiàn)。前者便于內(nèi)容導(dǎo)入，后者便于章節(jié)回顧。此外，人教版和粵教版在章末設(shè)置的是內(nèi)容導(dǎo)圖，而教科版設(shè)置的是學(xué)習(xí)活動導(dǎo)圖，以幫助學(xué)生梳理學(xué)習(xí)過程。

四、活動設(shè)計(jì)：類型豐富、兼顧趣味性與協(xié)作性

（一）活動類型豐富多樣，主要集中在核心算法部分

在活動設(shè)計(jì)方面，根據(jù)《新課標(biāo)》的要求，人工智能課程在形式上應(yīng)富含研究性、項(xiàng)目式、探索式活動。教師既可以通過案例分析、項(xiàng)目設(shè)計(jì)等方式引導(dǎo)學(xué)生拓展思維，也可以向?qū)W生展示或剖析比較典型的智能系統(tǒng)，引導(dǎo)學(xué)生在案例和實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，嘗試用人工智能方法解決問題。由于四本教材均以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)為理念，以任務(wù)驅(qū)動的形式展開教學(xué)，因此，教材中的學(xué)習(xí)活動顯得尤為重要。為了進(jìn)一步分析四本教材中的學(xué)習(xí)活動內(nèi)容與形式，我們先將教材中出現(xiàn)過的活動類型抽取出來，同類合并后形成了11種活動類型。（1）思考：指讓學(xué)生進(jìn)行分析、綜合、推理、判斷等思維活動;（2）練習(xí)：指為了加深理解記憶而進(jìn)行的習(xí)題練習(xí);（3）鞏固：指學(xué)生聯(lián)系前序知識進(jìn)行復(fù)習(xí)，從而加深理解的活動;（4）討論：指學(xué)生就某一問題交換意見或進(jìn)行辯論的活動;（5）探究：指學(xué)生在學(xué)習(xí)情境中通過觀察、實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)問題，搜集數(shù)據(jù)，形成解釋，作出檢驗(yàn)，獲得答案的活動;（6）項(xiàng)目實(shí)踐：學(xué)生進(jìn)行以“大項(xiàng)目”為導(dǎo)向開展的一系列聯(lián)系社會實(shí)際的實(shí)踐活動;（7）體驗(yàn)：指學(xué)生通過親身實(shí)踐獲得經(jīng)驗(yàn)的活動;（8）閱讀：指學(xué)生從視覺材料中獲取信息的過程;（9）拓展：指學(xué)生在原有知識基礎(chǔ)上加以拓寬深化的學(xué)習(xí)活動;（10）調(diào)查：指學(xué)生以問題為導(dǎo)向收集問卷、走訪和調(diào)研;（11）總結(jié)評價(jià)：指檢驗(yàn)學(xué)生是否達(dá)到相應(yīng)學(xué)習(xí)目標(biāo)的活動。

根據(jù)四本教材中11類活動在四大知識模塊中的分布頻次繪制柱狀圖，如圖2所示?？梢娝谋窘滩膶顒宇愋偷膫?cè)重有所不同。浙教版偏重思考類活動（29次），教科版則注重討論類活動（19次），人教版偏好探究（24次）、項(xiàng)目實(shí)踐（17次）、體驗(yàn)（15次）和閱讀（26次）類活動，粵教版?zhèn)戎赜懻摚?0次）、探究（16次）和項(xiàng)目實(shí)踐（27次）類活動?；诨顒佣鄻有缘目紤]，對于缺失的活動類型進(jìn)行歸納后發(fā)現(xiàn)：浙教版缺少探究、閱讀、拓展和調(diào)查;教科版缺少鞏固類活動，閱讀類活動也相對較少;人教版缺乏鞏固、討論和調(diào)查類活動;粵教版缺少練習(xí)和鞏固類活動，思考與拓展類活動也相對較少。從活動類型的知識模塊分布來看，浙教版的活動多分布在“核心算法”知識模塊，教科版的活動多分布在“倫理與安全”知識模塊，人教版的活動多分布在“核心算法”和“典型應(yīng)用與趨勢”知識模塊，粵教版的活動則多分布在“核心算法”和“開發(fā)工具和開發(fā)平臺”知識模塊。綜上所述，整體而言，各版本教材的學(xué)習(xí)活動類型豐富，較多集中在思考、討論、探究和項(xiàng)目實(shí)踐活動上;就知識模塊分布而言，主要集中在“核心算法”部分。

（二）活動記錄表有利于學(xué)習(xí)和評價(jià)，但版本差異較大

活動記錄表即通常所說的項(xiàng)目工作紙、項(xiàng)目學(xué)習(xí)單，是引導(dǎo)活動開展、提供學(xué)習(xí)支架、依托活動進(jìn)行過程性評價(jià)的重要載體。將四本教材中所有活動記錄表及其在四大知識模塊中的出現(xiàn)位置和頻次進(jìn)行梳理發(fā)現(xiàn)，教科版的學(xué)生活動記錄表數(shù)量最多（共47份），其次是浙教版（共20份），而人教版和粵教版的活動記錄表數(shù)量較少（各7份）。從知識模塊分布上看，教科版、浙教版和人教版的學(xué)生活動記錄表都集中在“核心算法”部分，粵教版的活動則在“典型應(yīng)用與開發(fā)”中的占比最大。對于某些學(xué)生來說，人工智能算法相關(guān)的知識點(diǎn)較為枯燥，而合理的活動設(shè)計(jì)將有助于激發(fā)學(xué)生的好奇心和興趣，成為今后推動學(xué)生進(jìn)一步探索的動力。

五、評價(jià)方式：以基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)評價(jià)為主、知識測試為輔，重視學(xué)生高階能力的發(fā)展

評價(jià)有助于學(xué)習(xí)者及時(shí)檢查學(xué)習(xí)過程中的知識掌握程度，同時(shí)也是教師檢查和反思教學(xué)效果的重要工具。四本教材每一章節(jié)均設(shè)計(jì)了豐富的過程性評價(jià)和章節(jié)總結(jié)性評價(jià)，盡管評價(jià)方式和手段有所區(qū)別，但四本教材無一例外將項(xiàng)目報(bào)告作為最主要的評價(jià)方式。各版教材中的活動記錄表和項(xiàng)目報(bào)告本身兼具學(xué)習(xí)支架與評價(jià)的雙重功能。四本教材中的學(xué)習(xí)評價(jià)各具特色：

教科版在每一節(jié)講解完畢后安排了“拓展練習(xí)”。例如：在《人工智能的起源和發(fā)展》一節(jié)結(jié)束時(shí)，以AlphaGo戰(zhàn)勝李世石的案例導(dǎo)入，讓學(xué)生設(shè)計(jì)高效搜索詞，選擇權(quán)威網(wǎng)站，開展協(xié)作學(xué)習(xí)，分析AlphaGo的取勝之道，并梳理出走棋網(wǎng)絡(luò)、快速走子、估值網(wǎng)絡(luò)、蒙特卡羅樹搜索等技術(shù)的功能與特點(diǎn)，填入活動記錄表中，以練帶學(xué)。此外，每一章末均會提供一套主觀題與客觀題相結(jié)合的測試作為“單元學(xué)習(xí)評價(jià)”。

人教版每一節(jié)末尾會有一個(gè)“項(xiàng)目實(shí)施”的實(shí)踐性評價(jià)和幾道“練習(xí)提升”的作業(yè)。例如：在《人工智能發(fā)展歷程和現(xiàn)狀》一節(jié)結(jié)束時(shí)，安排了“了解人工智能”的活動，讓學(xué)生：（1）查閱資料，從不同角度了解人工智能的發(fā)展歷程，并繪制思維導(dǎo)圖;（2）了解我國人工智能開放平臺的發(fā)展?fàn)顩r和特點(diǎn)，任選一個(gè)平臺，分析其給人們生活方式帶來的影響，完成300字左右的小論文，要求文中要有個(gè)人的觀點(diǎn);（3）留存過程性資料，如研究文檔、體驗(yàn)過程微視頻和體驗(yàn)感受記錄等以備檢查。此外，還設(shè)計(jì)了兩個(gè)難度稍大的辯論題和討論題。由于每一節(jié)末的練習(xí)和評價(jià)足夠豐富，所以人教版每章末的評價(jià)是比較弱的，主要通過李克特量表自評的方式跟蹤學(xué)生的知識掌握情況。例如：在“人工智能概述”一章末尾，學(xué)生需要分別對人工智能的概念、基本特征、發(fā)展歷程、現(xiàn)狀、主要研究內(nèi)容和應(yīng)用等六個(gè)方面的知識掌握程度作“不了解”“了解”“理解”三個(gè)檔次的自評。

浙教版在重要知識點(diǎn)講解結(jié)束時(shí)，安排了“思考與練習(xí)”“實(shí)踐與體驗(yàn)”“鞏固與提高”環(huán)節(jié)，讓學(xué)生手腦并用，練習(xí)鞏固。每一章中的評價(jià)活動因需而設(shè)，并非統(tǒng)一安排在每節(jié)末尾。此外，浙教版的評價(jià)還有一個(gè)特色，就是在每章末有一個(gè)“項(xiàng)目挑戰(zhàn)”環(huán)節(jié)。以第一章《智能之路：歷史與發(fā)展》為例，章末要求學(xué)生構(gòu)建人工智能發(fā)展脈絡(luò)全景圖。進(jìn)入項(xiàng)目后，首先提供一個(gè)分析支架：以機(jī)器為載體來實(shí)現(xiàn)人類智能所涉及的三個(gè)基本問題：（1）計(jì)算載體;（2）智能算法;（3）智能極限。然后給出了完成項(xiàng)目的過程性支架和建議。最后，讓學(xué)生從項(xiàng)目理解、全景圖、計(jì)算載體、代表人物、功能局限、展示交流六個(gè)方面進(jìn)行自評（1～10分），并闡述評分依據(jù)和后續(xù)完善方向，促進(jìn)學(xué)生的反思。

粵教版的每一章節(jié)都是一個(gè)完整的項(xiàng)目，其過程性評價(jià)和其他三本教材一樣，也體現(xiàn)在任務(wù)記錄表中。每章的總結(jié)性評價(jià)分為兩部分，一是對小組項(xiàng)目的評價(jià)，二是每個(gè)學(xué)生對自己的學(xué)業(yè)評價(jià)。小組項(xiàng)目的評價(jià)都使用全書統(tǒng)一的項(xiàng)目評價(jià)表，以培養(yǎng)信息素養(yǎng)為目標(biāo)，以知識體系為載體，從選定項(xiàng)目、規(guī)劃設(shè)計(jì)、活動探究、項(xiàng)目實(shí)施、項(xiàng)目成果交流與評價(jià)五個(gè)方面（共兩級指標(biāo)），結(jié)合學(xué)科核心素養(yǎng)達(dá)成情況，評出優(yōu)秀、良好、中等、仍需努力四個(gè)等級，最后采用“綜合得分=互評得分×30%+自評得分×30%+教師評分×40%”的公式得到一個(gè)綜合得分。由于全書各章均用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化量表進(jìn)行評價(jià)，有助于量化跟蹤學(xué)生能力發(fā)展的變化情況。此外，每章還提供一套學(xué)業(yè)評價(jià)測試卷，用以檢測知識掌握情況。測試通常分為單選題、思考題和情境題三種題型。

六、技術(shù)載體：主要選用國產(chǎn)人工智能開放平臺和Python語言

在核心算法和典型應(yīng)用相關(guān)的章節(jié)中，大部分學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)活動需要依托開放平臺進(jìn)行，技術(shù)載體發(fā)揮著重要作用。除了向?qū)W生提供配套的學(xué)習(xí)素材、資源包和源代碼以外，四本教材還涉及一批常見的人工智能開放平臺、開源工具包、開放數(shù)據(jù)集以及相關(guān)的軟硬件。作為學(xué)習(xí)活動的重要組成部分，本研究將這些技術(shù)載體進(jìn)行了提取和歸納，可分為平臺、硬件、開源框架、開放數(shù)據(jù)集四種類型。整體而言，四本教材中均對我國四大新一代人工智能開放平臺進(jìn)行了介紹，分別是依托百度建設(shè)的自動駕駛Apollo、依托阿里云建設(shè)的ET城市大腦、依托騰訊建設(shè)的醫(yī)療影像覓影、依托科大訊飛建設(shè)的智能語音交互平臺?；浗贪孢€補(bǔ)充了智能視覺平臺，這是我國第五個(gè)新一代人工智能開放平臺。此外，人教版介紹了國內(nèi)常用的云計(jì)算平臺，如騰訊云、阿里云、百度云、網(wǎng)易云等。

在編程語言上，四個(gè)版本均選用Python語言，而非以往教材所采用的Prolog語言。其中，NumPy、Scipy、Pandas等第三方開源工具包在算法一章的學(xué)習(xí)活動中多次出現(xiàn)。開源框架方面，SKLearn是被廣泛提及的通用學(xué)習(xí)框架，而谷歌開源的TensorFlow和Facebook開源的Caffe2則是被提及最多的深度學(xué)習(xí)框架。此外，在模式識別的相關(guān)案例中，由NIST（美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所）收集的手寫數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)庫MNIST和大型圖像數(shù)據(jù)庫ImageNet均被多次用到。

然而，四本教材在智能硬件方面涉及的內(nèi)容都不多，且所介紹的內(nèi)容各不相同，詳略不一。例如：教科版主要介紹了智能音箱，人教版介紹了芯片和開發(fā)板，浙教版提及Facebook Big Sur，只有粵教版以樹莓派為例介紹了一個(gè)完整的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與開發(fā)項(xiàng)目。

七、結(jié) ? 語

在全社會高度重視人工智能教育的今天，對于基礎(chǔ)教育而言，合理地設(shè)計(jì)教材和課程，讓青少年做好迎接人工智能時(shí)代的準(zhǔn)備，已成當(dāng)務(wù)之急[13]。在《新課標(biāo)》指引下，高中人工智能課應(yīng)該教什么和如何教，是課程開展之初首要考慮的問題。通過對四個(gè)版本的《人工智能初步》教材進(jìn)行內(nèi)容分析，進(jìn)一步確認(rèn)四本教材已達(dá)到和實(shí)現(xiàn)了《新課標(biāo)》的理念和要求。

在教學(xué)內(nèi)容方面，四本教材緊扣《新課標(biāo)》中的“人工智能基礎(chǔ)”“簡單人工智能應(yīng)用模塊開發(fā)”“人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用”三大主題，在覆蓋了人工智能概念、特征、發(fā)展歷程、核心算法、開發(fā)工具、典型應(yīng)用、倫理與安全等具體內(nèi)容的基礎(chǔ)上，有所側(cè)重或拓展。

在篇章結(jié)構(gòu)方面，四本教材風(fēng)格各異，但均有著明晰的章節(jié)流程，方便教材使用者在短時(shí)間內(nèi)把握教學(xué)、學(xué)習(xí)脈絡(luò)。四本教材均包含了項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，但項(xiàng)目大小、位置和呈現(xiàn)方式有較大差異。

在活動設(shè)計(jì)方面，四本教材在學(xué)習(xí)活動的設(shè)計(jì)方面均作了充分的考慮，雖然在活動形式上各有側(cè)重，但整體而言，活動的趣味性和協(xié)作性均達(dá)到較高水平，活動形式豐富多樣，活動內(nèi)容上也兼顧了知識建構(gòu)的深度和廣度。

在評價(jià)方式方面，四本教材無一例外地將基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)評價(jià)作為最主要的評價(jià)方式，輔以主觀題和客觀題相結(jié)合的自主測評。其中，人教版的學(xué)習(xí)評價(jià)置于每節(jié)末尾，基于多樣化的活動進(jìn)行，章末僅做自評檢查。其他三本教材的學(xué)習(xí)評價(jià)置于每章末尾，其中，教科版提供了主客觀結(jié)合的測試題;粵教版除了面向個(gè)體學(xué)生的測試題以外，還面向項(xiàng)目小組提供了標(biāo)準(zhǔn)化的項(xiàng)目評價(jià)表（全書統(tǒng)一）;浙教版以章末“項(xiàng)目挑戰(zhàn)”的形式，通過項(xiàng)目評價(jià)支架開展自評反思。整體而言，四本教材的評價(jià)設(shè)計(jì)均能將過程性評價(jià)和總結(jié)性評價(jià)融為一體，使用作品評價(jià)、記錄表評價(jià)、小測驗(yàn)、小論文、討論題、辯論賽等多種評價(jià)手段，不僅兼顧了對學(xué)生學(xué)習(xí)表現(xiàn)的多元評價(jià)，也突出了對學(xué)生高階能力的評價(jià)。

在技術(shù)載體方面，四本教材涉及了目前最受關(guān)注、最新的人工智能開放平臺、開源工具包和軟硬件，尤其是國產(chǎn)人工智能平臺。四本教材對于智能硬件的介紹都不多。若立足于人工智能實(shí)現(xiàn)的完整邏輯，作為“感知端”的傳感器和“反饋端”的人機(jī)交互終端均是重要的載體形式，若加以補(bǔ)充，則更能形成一個(gè)完備的知識體系。

綜上所述，本研究對四本《人工智能初步》教材進(jìn)行了內(nèi)容分析，從中可以看到我國人工智能教育在教材建設(shè)方面已取得了可喜進(jìn)展，但也不乏需要改進(jìn)的地方。下一步的研究工作將是對國際上同類教材進(jìn)行分析對比，尤其是對英、美、澳等在國際上最早開設(shè)人工智能相關(guān)課程的國家的教材，希望通過這種跨國教材的橫向比較獲得一些新的思路。

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[Abstract] As the main vehicle for AI education at the basic education stage and an important support for the implementation of the General High School Information Technology Curriculum Standards （2017 Edition）， the Preliminary Artificial Intelligence textbook provides a representative sample for people to understand AI education. This paper uses content analysis method to make a comprehensive analysis of the knowledge content， chapter structure， activity design， evaluation methods and technology carrier of the four textbooks of ?preliminary artificial intelligence. The research finds that： in terms of learning content， the textbook covers the concept， characteristics， development course， core algorithm， typical application， module development， ethics and security of artificial intelligence， with different emphasis and expansion. In terms of chapter structure， the four textbooks have different styles and clear chapter flow. In terms of activity design， students are mainly guided to expand their thinking through research， project and exploration activities， which are rich， interesting and collaborative， and take into account the depth and breadth of knowledge construction. Evaluation method is based on project-based learning evaluation， supplemented by knowledge testing， which prioritizes the development of students' higher-order skills. In terms of technology carrier， the domestic artificial intelligence open platform and Python language are mainly used. Influenced by many factors， each textbook has its own shortcomings， and this paper discusses possible ways for improvement.

[Keywords] Artificial Intelligent Education in High School; New Curriculum; Textbook Analysis; Learning Content; Chapter Structure