人工智能初步模塊教學(xué)規(guī)劃

趙永濤　袁雯雯

國(guó)務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確指出：“人工智能成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)，應(yīng)逐步開展全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程、逐步推廣編程教育、建設(shè)人工智能學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才，形成我國(guó)人工智能人才高地?！苯逃堪l(fā)布的《2019年教育信息化和網(wǎng)絡(luò)安全工作要點(diǎn)》表示，“將在中小學(xué)階段開設(shè)人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育”。在這個(gè)大背景下，信息技術(shù)選擇性必修模塊人工智能初步既要肩負(fù)普及人工智能知識(shí)的重任，又要承載踐行國(guó)家發(fā)展規(guī)劃的使命。

● 內(nèi)容特點(diǎn)

1.聚焦學(xué)科核心素養(yǎng)，體現(xiàn)時(shí)代性

學(xué)科核心素養(yǎng)是信息技術(shù)課程著力培養(yǎng)的素養(yǎng)。高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)有四個(gè)組成部分，即信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新和信息社會(huì)責(zé)任。通過人工智能模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生在以下學(xué)科素養(yǎng)方面有提升：

①在信息意識(shí)方面。主要體現(xiàn)為對(duì)人工智能產(chǎn)生較為濃厚的興趣，能理解人工智能對(duì)信息技術(shù)發(fā)展的意義，能基本分析一些與人工智能相關(guān)的技術(shù)事物與現(xiàn)象，在自己的日常生活與學(xué)習(xí)中能自覺利用人工智能的軟件工具及相關(guān)制品，樂于分享對(duì)人工智能的認(rèn)識(shí)，積極關(guān)注人工智能的新發(fā)展，主動(dòng)探索人工智能的新產(chǎn)品和發(fā)展人工智能的新想法。

②在計(jì)算思維方面。主要體現(xiàn)為從過程和原理上基本理解人工智能的實(shí)現(xiàn)方法。通過人工智能處理或解決較復(fù)雜的問題，切實(shí)體驗(yàn)到人工智能應(yīng)用模塊的基本開發(fā)流程，培養(yǎng)并加深利用計(jì)算思維設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)解決方案的能力。

③在數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新方面。主要體現(xiàn)為理解人工智能的新進(jìn)展、新應(yīng)用，并能將其適當(dāng)運(yùn)用在學(xué)習(xí)和生活中。通過實(shí)踐，拉近與人工智能的距離，改變?nèi)斯ぶ悄苓b不可及的認(rèn)知，形成在學(xué)習(xí)和生活的其他方面進(jìn)行應(yīng)用和創(chuàng)新的意識(shí)。

④在信息社會(huì)責(zé)任方面。通過對(duì)智能系統(tǒng)的體驗(yàn)，以具體的實(shí)踐經(jīng)歷為依據(jù)形成認(rèn)知，在感受到人工智能的巨大價(jià)值的同時(shí)，也深入理解可能存在的危險(xiǎn)。

人工智能初步模塊在著力培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)的同時(shí)，也注重體現(xiàn)時(shí)代性，對(duì)新一代人工智能的技術(shù)突破和我國(guó)在此領(lǐng)域所取得的成就格外關(guān)注。該模塊的內(nèi)容設(shè)置在一定程度上體現(xiàn)出我國(guó)信息技術(shù)和信息社會(huì)發(fā)展新面貌，它不僅拓展了學(xué)生的知識(shí)面，而且極大地激發(fā)了學(xué)生的興趣。

2.以學(xué)生認(rèn)知能力為依據(jù)，內(nèi)容高度選擇

雖然人工智能只有60多年的發(fā)展歷史，但是由于其發(fā)展過程三起三落，又與多個(gè)學(xué)科交叉發(fā)展，因此其知識(shí)體系尤其龐大。從人工智能初步教學(xué)對(duì)象的角度研究發(fā)現(xiàn)，其教學(xué)內(nèi)容高度選擇，呈現(xiàn)薄古厚今的鮮明特點(diǎn)。內(nèi)容安排嚴(yán)格以高中生認(rèn)知發(fā)展水平為依據(jù)，以能激發(fā)高中生興趣的內(nèi)容為主，格外關(guān)注最近一次人工智能浪潮襲來時(shí)取得的重大成果和我國(guó)在人工智能領(lǐng)域取得的成就。

3.遵循主流觀點(diǎn)，關(guān)注新一代技術(shù)的發(fā)展

在人工智能的發(fā)展過程中出現(xiàn)過眾多流派，各種觀點(diǎn)眾說紛紜。在人工智能初步模塊中遵循主流觀點(diǎn)，精選若干在人工智能學(xué)科發(fā)展中具有里程碑意義的概念、算法及系統(tǒng)，以計(jì)算機(jī)科學(xué)的觀點(diǎn)呈現(xiàn)在教材中。在新一代人工智能技術(shù)發(fā)展中應(yīng)用卓越的領(lǐng)域，如自動(dòng)翻譯、圖像識(shí)別和自動(dòng)駕駛等，精煉典型案例和智能系統(tǒng)，選擇符合學(xué)生認(rèn)知的智能開發(fā)平臺(tái)，豐富學(xué)生認(rèn)知體驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生將人工智能應(yīng)用于學(xué)習(xí)和生活的動(dòng)力。

4.重視知識(shí)普及，強(qiáng)調(diào)知識(shí)遷移

人工智能模塊體現(xiàn)科學(xué)性與前瞻性，選擇人工智能領(lǐng)域可普及的知識(shí)，可以引導(dǎo)學(xué)生了解人工智能的最新成果對(duì)生活、學(xué)習(xí)的影響。通過智能模塊搭建、設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單智能系統(tǒng)等項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生數(shù)字化創(chuàng)新的動(dòng)機(jī)，將通過人工智能初步模塊學(xué)習(xí)到的技術(shù)、算法和理論遷移至學(xué)習(xí)和生活的其他方面，提高學(xué)生解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息技術(shù)發(fā)展的適應(yīng)能力。

● 教學(xué)規(guī)劃

人工智能初步模塊屬于選擇性必修內(nèi)容，共設(shè)置三個(gè)部分的內(nèi)容，分別是人工智能基礎(chǔ)、簡(jiǎn)單人工智能應(yīng)用模塊開發(fā)和人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。通過該模塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生可修得2學(xué)分，每學(xué)分18課時(shí)，共需36課時(shí)，其修習(xí)情況屬于綜合素質(zhì)評(píng)價(jià)的內(nèi)容。

教師在開展教學(xué)前，要通過模塊教學(xué)計(jì)劃、單元教學(xué)計(jì)劃和課時(shí)教學(xué)計(jì)劃的逐級(jí)設(shè)計(jì)厘清脈絡(luò)，融合學(xué)科思想，緊密結(jié)合生活實(shí)際，恰當(dāng)組織內(nèi)容。各版本教材在內(nèi)容設(shè)計(jì)上各有不同。例如，人教-中圖版《人工智能初步》教材結(jié)構(gòu)框架如上表所示。

人工智能的教學(xué)離不開實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)環(huán)境的配置也有很多不同的方案，各個(gè)地方和學(xué)校的實(shí)驗(yàn)條件、師資及學(xué)生的具體情況有很大差異，應(yīng)根據(jù)《課標(biāo)》要求、學(xué)校條件和學(xué)生的實(shí)際情況斟酌而定，以保證良好的教學(xué)效果。

● 教學(xué)策略

根據(jù)《課標(biāo)》要求，學(xué)生通過本模塊的學(xué)習(xí)，要能從發(fā)展歷史的角度了解人工智能的發(fā)展歷程，描述人工智能的基本特征，了解人工智能深入應(yīng)用的案例，并能將其遷移到生活的其他情境中，能夠利用開源人工智能應(yīng)用框架，搭建簡(jiǎn)單智能系統(tǒng)，以豐富的體驗(yàn)感受人工智能的巨大價(jià)值，并理性看待人工智能的發(fā)展和其帶來的倫理和安全問題。為了實(shí)現(xiàn)以上學(xué)習(xí)目標(biāo)，在教學(xué)中教師要關(guān)注與必修模塊的銜接，注重教學(xué)語言的深入淺出，采用項(xiàng)目式教學(xué)，用貼近生活的實(shí)例，切實(shí)激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)理性的技術(shù)觀，實(shí)現(xiàn)學(xué)生信息素養(yǎng)的提高。

1.關(guān)注知識(shí)銜接，強(qiáng)調(diào)語言深入淺出

該模塊與必修部分內(nèi)容關(guān)聯(lián)性極強(qiáng)，因此要關(guān)注知識(shí)銜接，從學(xué)生的已有認(rèn)知中衍生發(fā)展出新的知識(shí)領(lǐng)域，這樣更有利于學(xué)生在思維上理解本模塊內(nèi)容。在教學(xué)中，采用高中生易于理解的非形式化語言加以論述。尤其是在智能算法部分，更需以語言上的深入淺出淡化理論的艱深內(nèi)涵。

2.以項(xiàng)目式教學(xué)為導(dǎo)向

項(xiàng)目式教學(xué)的特點(diǎn)是讓學(xué)生經(jīng)歷分析問題、解決問題，最終完成項(xiàng)目的全過程。在人工智能課程中使用項(xiàng)目式教學(xué)能夠讓學(xué)生理解、體驗(yàn)和經(jīng)歷人工智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與編程實(shí)現(xiàn)的過程與方法。在項(xiàng)目的選擇和項(xiàng)目方案的設(shè)計(jì)上強(qiáng)調(diào)智能性，體現(xiàn)人工智能在解決問題上的優(yōu)勢(shì)。

3.以貼近生活的實(shí)例，激發(fā)興趣

人工智能于潤(rùn)物無聲中改變著人們的生產(chǎn)和生活方式。在教學(xué)中要選擇貼近學(xué)生生活的智能案例，如從學(xué)生的社會(huì)實(shí)踐、鍛煉、旅游、考察等日?；顒?dòng)中確定項(xiàng)目和采集數(shù)據(jù)，讓學(xué)生帶著深度體驗(yàn)認(rèn)識(shí)和理解人工智能的理論和相關(guān)核心算法，這對(duì)于激發(fā)學(xué)生興趣大有裨益。

4.培養(yǎng)理性技術(shù)觀

伴隨著人工智能的飛速發(fā)展，技術(shù)帶來的紅利已經(jīng)深入人心。通過剖析典型智能系統(tǒng)應(yīng)用案例，學(xué)生既要感受到人工智能帶來的便利，同時(shí)也要認(rèn)識(shí)到其潛在的風(fēng)險(xiǎn)，加深對(duì)技術(shù)是一把雙刃劍的理解，形成理性的技術(shù)觀。在教學(xué)中，要注重引導(dǎo)學(xué)生從個(gè)人和社會(huì)發(fā)展的角度理性看待技術(shù)進(jìn)步，深入思考人工智能帶來的倫理問題和安全挑戰(zhàn)，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)維護(hù)和遵守智能化社會(huì)的規(guī)范與法規(guī)的認(rèn)識(shí)。