高中信息技術(shù)教學(xué)滲透人工智能教育的策略

江蘇省大豐高級中學(xué) 朱國忠

人工智能（AI）是計算機技術(shù)的派生技術(shù)，是一種跨學(xué)科的前沿科學(xué)技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。人工智能通過研究利用計算機模擬人腦中的各種思維活動來解決傳統(tǒng)計算機無法解決的復(fù)雜問題。在現(xiàn)實世界中，問題可以根據(jù)結(jié)構(gòu)化程度分為三大類：第一類是可以利用固定的方式解決的結(jié)構(gòu)化問題；第二類是難以以固定形式解決的非結(jié)構(gòu)化問題；第三類是半結(jié)構(gòu)化問題，介于結(jié)構(gòu)化問題和非結(jié)構(gòu)化問題之間。將人工智能用于高中信息技術(shù)教育中，不僅可以讓學(xué)生了解人工智能的基本特點，還可以在一定程度上了解人工智能解決非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化問題的基本思路和優(yōu)勢，這個過程反映了計算機解決問題的多功能性，使學(xué)生能夠從多個角度思考信息技術(shù)知識，從而提高其信息技術(shù)素養(yǎng)。

一、重視人工智能教學(xué)環(huán)境搭建

學(xué)校需要加強教學(xué)硬件和軟件的建設(shè)，使學(xué)生能夠更直觀、更具體地理解人工智能的相關(guān)知識。學(xué)校需要增加對信息技術(shù)教育的軟件和硬件建設(shè)的投資，提高學(xué)校計算機的整體性能，并為學(xué)生提供更好的人工智能學(xué)習(xí)環(huán)境，同時應(yīng)重視人工智能教育資源的整合與利用，充分展示人工智能在高中信息技術(shù)教育中的作用。教師要注意收集有關(guān)人工智能的教育資源，例如關(guān)于人工智能的各種科學(xué)故事、視頻、學(xué)習(xí)資料以及其他與人工智能有關(guān)的材料，為學(xué)生構(gòu)建完善的人工智能教育環(huán)境。可以基于人工智能VRP虛擬現(xiàn)實軟件搭建虛擬實驗平臺，平臺主要由五個部分組成：（1）實驗介紹模塊，主要介紹平臺的性質(zhì)和功能。（2）實驗演示模塊，提供相關(guān)實驗原理、實驗步驟的圖文、視頻演示。（3）儀器選擇模塊，提供實驗所需設(shè)備儀器。（4）自主實驗?zāi)K，包含學(xué)生可以自主完成的實驗內(nèi)容，是平臺最重要的部分，由多個虛擬實驗組成。實驗設(shè)計包括虛擬實驗界面的設(shè)計和實驗內(nèi)容的設(shè)計，虛擬實驗界面設(shè)計統(tǒng)一，表面顏色柔和，簡單直觀。（5）自檢反饋模塊，包含各種實驗的正確步驟，注意事項以及自測題等，方便學(xué)生自測，同時提供反饋交流功能，學(xué)生可以向教師提出問題，平臺界面如圖1 所示。

圖1 虛擬仿真實驗平臺界面

在虛擬實驗過程中，學(xué)生可以通過鼠標對虛擬實驗裝置進行交互操作，以“網(wǎng)線制作”實驗為例，學(xué)生可以對虛擬的網(wǎng)線、接頭進行移動、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作。虛擬實驗場景與其他功能的切換主要通過在交互界面上操作鼠標、鍵盤實現(xiàn)，讓虛擬實驗更加方便快捷，實現(xiàn)場景定向和人物漫游，學(xué)生可以先觀看實驗演示，掌握實驗方法，然后通過鼠標、鍵盤操作虛擬的網(wǎng)線、網(wǎng)線鉗、剝線刀等實驗設(shè)備進行虛擬的網(wǎng)線制作[1]。另外，VRP虛擬現(xiàn)實開發(fā)平臺提供切換機視圖顯示功能，學(xué)生可以從多個角度觀察網(wǎng)線分布，如頂部視圖、左側(cè)視圖、正面視圖、背后視圖等，當學(xué)生制作好虛擬的網(wǎng)線后，可以在實驗儀器中選擇網(wǎng)線測試器測試網(wǎng)線連通性，如果沒有接通，平臺會給出錯誤提示，學(xué)生按照提示糾正錯誤，這樣一來，學(xué)生可以直觀地看到自己的錯誤，加深記憶。最后學(xué)生可以進行自測反饋，教師可以根據(jù)學(xué)生的實驗情況和反饋了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并做出相應(yīng)的教學(xué)安排。

二、激發(fā)學(xué)生的人工智能學(xué)習(xí)興趣

教師需要從高中生的生活經(jīng)驗出發(fā)，根據(jù)高中生的年齡特點，通過多種方式逐步向?qū)W生介紹人工智能知識，以激發(fā)高中生對信息技術(shù)的興趣。在上課時，教師可以列出最早出現(xiàn)的人工智能產(chǎn)品，鼓勵學(xué)生將早期的人工智能產(chǎn)品與當前的人工智能產(chǎn)品進行比較和分析，研究人工智能技術(shù)和人工智能的發(fā)展歷史，從而分析人工智能技術(shù)對當今社會的影響。教師可以將“探索生活中的人工智能”作為一項學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生利用他們的知識和信息技術(shù)來收集和探索日常生活中常用的人工智能技術(shù)，通過任務(wù)驅(qū)動的教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生去探索人工智能，了解智能技術(shù)可以給人們提供什么便利，詳細分析信息技術(shù)的發(fā)展趨勢[2]。

在講到網(wǎng)絡(luò)安全的相關(guān)內(nèi)容時，教師可以給學(xué)生播放一段動畫視頻，主要內(nèi)容是介紹人工智能技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全防護中的應(yīng)用，首先視頻開場介紹目前網(wǎng)絡(luò)上用戶隱私泄露的各種案例以及危害，讓學(xué)生明白網(wǎng)絡(luò)安全的重要性，然后介紹如何利用人工智能技術(shù)來提高網(wǎng)絡(luò)安全防護能力，以確保用戶信息安全，避免不法分子竊取和破壞。例如，利用人工智能中的核心技術(shù)——深度學(xué)習(xí)算法來開發(fā)網(wǎng)絡(luò)非法入侵檢測軟件，可以智能識別危險，還可以介紹利用人工智能在快速處理海量數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢，激發(fā)學(xué)生對人工智能的興趣，推動人工智能在高中信息技術(shù)教學(xué)中的滲透，從而提高高中信息技術(shù)教學(xué)質(zhì)量。

三、積極創(chuàng)新信息技術(shù)教學(xué)手段

除了完善教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生興趣之外，教師還需要根據(jù)滲透人工智能教育的需要及時改變信息技術(shù)的教學(xué)方法，有效地將人工智能教育滲透到高中信息技術(shù)課堂中。

首先，智能作業(yè)批改。在語音識別技術(shù)和語義分析技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，高中信息技術(shù)教師可以采取人工智能技術(shù)實現(xiàn)智能作業(yè)批改，使教師從作業(yè)批改的繁重工作中解放出來，將精力和時間集中在教學(xué)內(nèi)容上。例如，利用人工智能學(xué)習(xí)軟件，教師可以要求學(xué)生將完成的作業(yè)直接拍照上傳到軟件系統(tǒng)中，軟件可以智能批改作業(yè)，自動給出批改結(jié)果，同時還可以給出單份作業(yè)或整體作業(yè)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為教師因材施教提供良好的基礎(chǔ)。

其次，個性化學(xué)習(xí)定制。在高中信息技術(shù)教學(xué)中，教師可以使用人工智能學(xué)習(xí)軟件從學(xué)生那里收集信息，并使用大數(shù)據(jù)分析每個學(xué)生的學(xué)習(xí)特征，然后根據(jù)這些信息為學(xué)生提供個性化的教學(xué)指導(dǎo)，為每一個學(xué)生制定適合他的學(xué)習(xí)計劃，從而有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗和學(xué)習(xí)反饋效果，進一步提高高中信息技術(shù)教學(xué)效率。

再次，人工智能輔導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用。在滲透人工智能教育時，高中信息技術(shù)教師還可以應(yīng)用人工智能輔導(dǎo)軟件來指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，從而有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。智能輔導(dǎo)軟件通常包括四個主要模塊，其中的接口模塊可以實現(xiàn)學(xué)生與計算機之間的有效交互；專家模塊主要是設(shè)置知識、規(guī)則和策略供學(xué)生學(xué)習(xí)；學(xué)生模塊用于統(tǒng)計分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和知識掌握情況；輔導(dǎo)模塊中則包含一些用于指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法。在高中信息技術(shù)教育課中，教師可以綜合運用這四個模塊的功能為學(xué)生提供高效的輔導(dǎo)，從而使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)他們的信息技術(shù)知識。

最后，智能模擬教學(xué)法。在傳統(tǒng)課堂上，學(xué)生操作信息技術(shù)的實踐能力普遍不高。為此，教師可以利用人工智能教育來解決這個問題。教師可以使用智能模擬教學(xué)法來模擬特定的信息技術(shù)操作，使學(xué)生能夠通過動手操作和經(jīng)驗來掌握抽象的信息技術(shù)知識和操作技能，同時有效地實現(xiàn)人工智能教育滲透，提高信息技術(shù)課堂教學(xué)效果，促進學(xué)生信息技術(shù)素養(yǎng)的提升。

四、滲透人工智能教育，培養(yǎng)學(xué)生非結(jié)構(gòu)化思維能力

在高中階段為學(xué)生提供的信息技術(shù)課程教學(xué)主要目標是培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)素養(yǎng)，而非結(jié)構(gòu)化思維能力是信息技術(shù)素養(yǎng)的重要組成部分。在傳統(tǒng)的教育過程，教師講解的內(nèi)容更多的是結(jié)構(gòu)化問題相關(guān)知識，如算法與程序設(shè)計等。但是，人工智能技術(shù)是解決非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化問題的技術(shù)。簡而言之，如果學(xué)生想學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)，就需要改變固有思維方式，深入了解人工智能的知識和技術(shù)以及解決非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化問題的過程[3]。因此，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該有意識地引入人工智能相關(guān)的非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)和思考，例如教師可以給學(xué)生講解人工智能技術(shù)中的Python語言基礎(chǔ)知識，讓學(xué)生深入感受到人工智能在收集和處理信息的過程中的高效簡潔，最終目的是培養(yǎng)學(xué)生的非結(jié)構(gòu)化問題解決能力，從而提高學(xué)生的整體信息技術(shù)核心素養(yǎng)，這對于學(xué)生理解和掌握信息技術(shù)知識有很大的幫助。

綜上所述，在現(xiàn)階段的高中信息技術(shù)教學(xué)中，教師必須重視學(xué)生的基礎(chǔ)知識掌握，深入了解學(xué)生知識水平，有意識地滲透人工智能教育，完善人工智能教育環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生對人工智能的學(xué)習(xí)熱情，積極創(chuàng)新教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的非結(jié)構(gòu)化思維能力，更好地發(fā)揮人工智能知識在高中信息技術(shù)教學(xué)中的作用。