親歷AI設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，增強(qiáng)技術(shù)服務(wù)責(zé)任感

李維明，教育部普通高中信息技術(shù)課標(biāo)修訂組核心成員，正高級(jí)教師（教授）

主持人語：自2019年9月采用新課標(biāo)新教材開展教學(xué)以來，北京、天津、山東、海南、遼寧等5個(gè)?。ㄊ校┐蠖嗤瓿闪吮匦弈K的教學(xué)，部分?。ㄊ校┻€進(jìn)行了學(xué)業(yè)水平合格考試，取得了良好的成效。2020年，教育部又組織專家對(duì)課標(biāo)進(jìn)行了修訂，頒布了最新版的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020修訂）》，更加明晰了學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵和內(nèi)容模塊的結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了教學(xué)應(yīng)用的方向感。當(dāng)下，新課標(biāo)新教材的教學(xué)實(shí)踐已經(jīng)進(jìn)入到選擇性必修模塊教學(xué)的新階段，怎么選擇、怎么教學(xué)是必須面對(duì)的重要問題。為配合選擇性必修課程的教學(xué)，本期繼續(xù)“普通高中信息技術(shù)新課程實(shí)施”之選擇性必修模塊的教學(xué)等系列專題的研討，以饗讀者。同時(shí)，也希望廣大信息技術(shù)教師、教研人員積極參與，獻(xiàn)計(jì)獻(xiàn)策，共同促進(jìn)學(xué)科新課標(biāo)新課程的順利實(shí)施、健康發(fā)展。歡迎大家不吝賜稿。（358211798@qq.com）

按照《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020修訂）》（以下簡(jiǎn)稱《標(biāo)準(zhǔn)》）的安排，“高中信息技術(shù)選擇性必修課程是根據(jù)學(xué)生升學(xué)、個(gè)性化發(fā)展需要而設(shè)計(jì)的，分為升學(xué)考試類課程和個(gè)性化發(fā)展類課程。選擇性必修課程旨在為學(xué)生將來進(jìn)入高校繼續(xù)開展與信息技術(shù)相關(guān)方向的學(xué)習(xí)以及應(yīng)用信息技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)新、創(chuàng)造提供條件”。其意圖十分明確：“人工智能初步”“三維設(shè)計(jì)與創(chuàng)意”“開源硬件項(xiàng)目設(shè)計(jì)”三個(gè)模塊是為學(xué)生個(gè)性化發(fā)展而設(shè)計(jì)的課程，學(xué)生可根據(jù)自身的發(fā)展需要進(jìn)行選學(xué)。所以，從教學(xué)實(shí)施的角度出發(fā)，既要考慮如何引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的個(gè)性化發(fā)展進(jìn)行選擇，又要考慮如何將《標(biāo)準(zhǔn)》、教材的要求落實(shí)到課堂。

“人工智能初步”是為學(xué)生的個(gè)性化發(fā)展而設(shè)計(jì)的課程中的三個(gè)模塊之一，是針對(duì)人工智能的發(fā)展特征，從基礎(chǔ)知識(shí)與應(yīng)用、簡(jiǎn)單人工智能應(yīng)用模塊搭建及開發(fā)等方面設(shè)置的選擇性必修模塊。與其他選擇性必修模塊一樣，教學(xué)前要弄清本模塊的內(nèi)容結(jié)構(gòu)及教學(xué)要求，教學(xué)時(shí)抓住“數(shù)據(jù)”“算法”“系統(tǒng)”“社會(huì)”這四個(gè)學(xué)科大概念，讓學(xué)生“了解人工智能的發(fā)展歷程及概念，能描述典型人工智能算法的實(shí)現(xiàn)過程，通過搭建簡(jiǎn)單的人工智能應(yīng)用模塊，親歷設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單智能系統(tǒng)的基本過程與方法，增強(qiáng)利用智能技術(shù)服務(wù)人類發(fā)展的責(zé)任感”。

● 了解內(nèi)容結(jié)構(gòu)

《標(biāo)準(zhǔn)》中“選擇性必修模塊4：人工智能初步”共包括“人工智能基礎(chǔ)”“簡(jiǎn)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”三部分內(nèi)容。其內(nèi)容結(jié)構(gòu)如下圖所示。

人工智能的基礎(chǔ)是讓學(xué)生從歷史發(fā)展的角度了解人工智能基礎(chǔ)的、經(jīng)典的內(nèi)容，包括人工智能的發(fā)展歷程及趨勢(shì)、人工智能的核心算法及實(shí)現(xiàn)原理、智能技術(shù)應(yīng)用的基本過程等。有關(guān)人工智能的核心算法，《標(biāo)準(zhǔn)》只提及了“啟發(fā)式搜索”和“決策樹”，這是考慮到人工智能的相關(guān)算法對(duì)高中學(xué)生來說難度較大，所以，從理解算法及其實(shí)現(xiàn)原理的角度出發(fā)，算法本身簡(jiǎn)單一些，理解起來相對(duì)就容易一些。同時(shí)，“啟發(fā)式搜索”和“決策樹”在人工智能算法中的應(yīng)用較基礎(chǔ)，所以能起到舉一反三的作用。

簡(jiǎn)單人工智能應(yīng)用模塊開發(fā)是強(qiáng)調(diào)體驗(yàn)簡(jiǎn)單人工智能應(yīng)用模塊的開發(fā)的完整過程，并在該過程中深入認(rèn)識(shí)當(dāng)前主流人工智能開發(fā)工具和開發(fā)平臺(tái)，如百度、阿里、騰訊、科大訊飛、商湯等人工智能開放創(chuàng)新平臺(tái)。主要認(rèn)識(shí)其特點(diǎn)、應(yīng)用、開發(fā)局限等。利用其中功能，設(shè)計(jì)并搭建簡(jiǎn)單的應(yīng)用模塊，如人臉識(shí)別、語音處理、文本關(guān)鍵詞提取等智能應(yīng)用模塊，真實(shí)體驗(yàn)人工智能開發(fā)應(yīng)用的過程。

人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用應(yīng)讓學(xué)生在了解人工智能技術(shù)快速發(fā)展的同時(shí)，逐漸理解其潛在的安全及倫理風(fēng)險(xiǎn)。因此需要增強(qiáng)安全防護(hù)意識(shí)，增強(qiáng)責(zé)任感，自覺維護(hù)和遵守人工智能時(shí)代的法律法規(guī)與倫理道德規(guī)范。

● 模塊教學(xué)策略

由于人工智能涉及的技術(shù)十分寬泛，其算法及實(shí)現(xiàn)難度也較大，所以，在教學(xué)中讓學(xué)生親歷人工智能應(yīng)用模塊的搭建及簡(jiǎn)單的智能系統(tǒng)的應(yīng)用體驗(yàn)就顯得十分重要。為此，《標(biāo)準(zhǔn)》建議“在本模塊教學(xué)中，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)，如早期的專家系統(tǒng)以及‘深藍(lán)（Deep Blue）’‘沃森（Watson）’‘阿爾法圍棋（AlphaGo）’和‘百度大腦’等系統(tǒng)”，在教師的幫助下“親歷”和“體驗(yàn)”。案例分析和項(xiàng)目設(shè)計(jì)是學(xué)生“親歷”和“體驗(yàn)”的可行途徑，這種親歷既可以是利用開放平臺(tái)動(dòng)手操作，也可以是在應(yīng)用的過程感受AI的優(yōu)勢(shì)與不足。

當(dāng)然，“親歷”和“體驗(yàn)”的目的是讓學(xué)生“了解人工智能的核心算法，熟悉智能技術(shù)應(yīng)用的基本過程和實(shí)現(xiàn)原理”，但有些應(yīng)用其原理相對(duì)復(fù)雜，涉及的理論較深?yuàn)W，算法也很繁雜，對(duì)于這樣的問題教學(xué)中應(yīng)該怎么處理呢？《標(biāo)準(zhǔn)》建議“在學(xué)習(xí)有關(guān)人工智能基礎(chǔ)知識(shí)方面的內(nèi)容時(shí)，可多采用案例剖析法，讓學(xué)生在模仿中習(xí)得，在創(chuàng)造中推新。盡可能利用學(xué)生在必修、選擇性必修等課程學(xué)習(xí)中已取得的經(jīng)驗(yàn)，降低學(xué)習(xí)障礙，保證學(xué)習(xí)效果”。

至于思維的“拓展”和學(xué)習(xí)興趣的激發(fā)，《標(biāo)準(zhǔn)》建議“在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、嘗試用人工智能方法解決問題的過程中，讓學(xué)生初步了解和體驗(yàn)人工智能的特點(diǎn)，感受智能技術(shù)對(duì)生活與學(xué)習(xí)帶來的影響，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究新技術(shù)、新知識(shí)的積極性，提高他們綜合應(yīng)用信息技術(shù)的能力”。

人工智能所依賴的三大技術(shù)基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)、算法和算力，其中數(shù)據(jù)的來源就涉及用戶隱私數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理和顯示等。例如，隱私數(shù)據(jù)一旦被人盜用就會(huì)造成用戶的損失，大量的數(shù)據(jù)泄露，更會(huì)給個(gè)人及社會(huì)帶來災(zāi)難性的后果。又如，高度智慧的機(jī)器人是不是人？這是一個(gè)復(fù)雜的社會(huì)倫理問題。諸如此類的人工智能應(yīng)用中出現(xiàn)問題，都必須正視，在教學(xué)中應(yīng)該辯證認(rèn)識(shí)人工智能對(duì)人類社會(huì)未來發(fā)展的巨大價(jià)值和潛在威脅，自覺維護(hù)和遵守人工智能社會(huì)化應(yīng)用的規(guī)范與法規(guī)，增強(qiáng)技術(shù)服務(wù)責(zé)任感。

● 學(xué)業(yè)評(píng)價(jià)建議

《課標(biāo)》要求：“學(xué)生修習(xí)高中信息技術(shù)必修課程后，應(yīng)該達(dá)到學(xué)科核心素養(yǎng)水平1，修習(xí)選擇性必修課程后，應(yīng)該達(dá)到學(xué)科核心素養(yǎng)水平2。”就“計(jì)算思維”這一核心素養(yǎng)維度來說，學(xué)科核心素養(yǎng)水平2就應(yīng)該達(dá)到：“針對(duì)較為復(fù)雜的任務(wù)，能運(yùn)用形式化方法描述問題，并采用模塊化和系統(tǒng)化方法設(shè)計(jì)解決問題的方案;正確區(qū)分問題解決中涉及的各種數(shù)據(jù)，并采用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)類型表示;針對(duì)不同模塊，設(shè)計(jì)或選擇合適的算法，利用編程語言或其他數(shù)字化工具實(shí)現(xiàn)各模塊功能;利用適當(dāng)?shù)拈_發(fā)平臺(tái)整合各模塊功能，實(shí)現(xiàn)整體解決方案?！边@一水平的要求是較高的，但這并不是對(duì)某個(gè)模塊學(xué)習(xí)后提出的要求，而是選擇性必修課程整體修習(xí)后達(dá)到的水平。教師在評(píng)價(jià)命題時(shí)應(yīng)該考慮到這一點(diǎn)，不能過高地提出考核的要求。

由于該模塊的測(cè)試不涉及學(xué)生的高中畢業(yè)，考試一般由學(xué)校自己組織，所以采用何種形式進(jìn)行評(píng)價(jià)，學(xué)?？梢宰孕写_定?？荚嚥皇悄康模康氖羌ぐl(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，增加對(duì)人工智能技術(shù)的了解，提升信息素養(yǎng)，為國(guó)家智慧社會(huì)的建設(shè)和發(fā)展培育有用的人才。無論是教學(xué)還是評(píng)價(jià)，都應(yīng)該把握這一大方向。