摘 要：中小學(xué)信息技術(shù)中人工智能教學(xué)的重點應(yīng)該是程序設(shè)計，難點主要有“知識點范圍廣、更新快”“教研實踐滯后”。根據(jù)學(xué)習(xí)金字塔理論，借鑒現(xiàn)有的一些理論和經(jīng)驗，構(gòu)筑基于在線評測平臺的人工智能教學(xué)體系：構(gòu)建云端學(xué)習(xí)空間；借鑒“科技樹”安排知識點；借鑒多巴胺驅(qū)動理論把學(xué)習(xí)變成游戲。

關(guān)鍵詞：在線評測 人工智能 學(xué)習(xí)金字塔

相比于2003年的“實驗版”，最新公布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》大幅度減少了對基本軟件使用的要求，提升了編程、計算思維、算法等方面的思維要求和人工智能、開源硬件、網(wǎng)絡(luò)空間安全等方面的知識要求，給了學(xué)生更大的選擇和發(fā)展空間。其中提到的人工智能概念，以往更多地存在于科幻電影、小說中，直到AlphaGo戰(zhàn)勝眾多人類圍棋冠軍，才被大眾廣泛關(guān)注，成為當(dāng)前科技領(lǐng)域的熱點。

一、人工智能的概念

“人工智能”一詞最初是在1956年Dartmouth學(xué)會上提出的。從那以后，研究者們發(fā)展了眾多的理論和原理，人工智能的概念也隨之?dāng)U展。人工智能包括十分廣泛的科學(xué)，由不同的領(lǐng)域組成，如機器學(xué)習(xí)、計算機視覺等?？偟膩碚f，人工智能研究的主要目標(biāo)是使機器能夠勝任一些通常需要人類智能才能完成的復(fù)雜工作。這就要求從事這項研究工作的人必須懂得計算機、心理學(xué)和哲學(xué)等相關(guān)知識。

二、中小學(xué)人工智能教學(xué)的重點

多年來，中小學(xué)信息技術(shù)教學(xué)的重點是應(yīng)用軟件的操作，但是應(yīng)用軟件一直在升級、發(fā)展、淘汰，課程內(nèi)容也一直在調(diào)整。而從人工智能的研究方向、應(yīng)用領(lǐng)域可以看出，程序設(shè)計是必備基礎(chǔ)，所有人工智能前沿的研究者都應(yīng)具備極強的程序設(shè)計功底，所有人工智能分支的研究也都需要程序設(shè)計作為支撐；且與應(yīng)用軟件不同，程序設(shè)計在過去幾十年中雖然也在升級，但是馮·諾依曼系統(tǒng)、三大邏輯結(jié)構(gòu)從未改變。因此，為了更好地銜接高等院校的人工智能教學(xué)，中小學(xué)信息技術(shù)中人工智能教學(xué)的重點應(yīng)該是程序設(shè)計。

2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，要求“實施全民智能教育項目，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，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學(xué)軟件、游戲的開發(fā)和推廣”。2018年，浙江省信息技術(shù)教材編程語言從Visual Basic更換為Python。其實不止浙江省，北京市和山東省也已經(jīng)確定要把Python編程基礎(chǔ)納入信息技術(shù)課程和高考的內(nèi)容體系中。

三、中小學(xué)人工智能教學(xué)的難點

然而，目前中小學(xué)人工智能教學(xué)還存在很多難點。

首先是知識點范圍廣、更新快。人工智能涉及大量專業(yè)知識，大大超出了原有的信息技術(shù)課程范疇，許多內(nèi)容都是近十年發(fā)展出來的，屬于專利技術(shù)，幾乎沒有專業(yè)的中小學(xué)教材、學(xué)習(xí)資料，網(wǎng)絡(luò)上流傳的教程大多數(shù)屬于普及型內(nèi)容。而關(guān)于人工智能的中小學(xué)課程還僅存在于文件通知中，無法進(jìn)行實際操作。

其次是教研實踐滯后。中小學(xué)信息技術(shù)教研員、教師通常無緣接觸最前沿的人工智能數(shù)據(jù)、設(shè)備以及成果，只能通過網(wǎng)絡(luò)資源臆測人工智能理論，離真正的人工智能比較遙遠(yuǎn)，在教學(xué)中還不具備實操能力。

四、在線評測平臺在人工智能教學(xué)中的應(yīng)用

美國國家訓(xùn)練實驗室提出的學(xué)習(xí)金字塔理論指出，不同的學(xué)習(xí)方式有著不同的學(xué)習(xí)效果轉(zhuǎn)化率：（1）被動學(xué)習(xí)——傳統(tǒng)的聽講，即教師在上面說、學(xué)生在下面聽，學(xué)習(xí)效果是最低的，兩周以后學(xué)習(xí)內(nèi)容平均只能保留5%；通過“閱讀”的方式，平均可以保留10%；通過“視聽”的方式，平均可以保留20%；如果進(jìn)行“教師示范”，平均可以保留30%。（2）主動學(xué)習(xí)——進(jìn)行“小組討論”，平均可以保留50%；通過近年來流行的“做中學(xué)”或“實際演練”，平均可以保留75%；最后一種是“教別人”或“馬上應(yīng)用”，平均可以保留90%。

在線評測平臺最主要的功能是強調(diào)實際操作，強調(diào)立刻應(yīng)用：學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)后立刻編寫程序并提交評測，系統(tǒng)幾秒鐘后便反饋結(jié)果；如果學(xué)習(xí)者對結(jié)果不滿意，可以立刻進(jìn)行修改。這種方式能夠有效降低遺忘率，提高學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)化率。而且，在線評測平臺采用黑盒測試的方法，并不實際“批閱”提交的程序，而是使用大數(shù)據(jù)對其進(jìn)行正確性擬合，因此速度快、正確性高、便于標(biāo)準(zhǔn)化，已經(jīng)成為程序設(shè)計教學(xué)中的最佳判定模式。

據(jù)此，我們借鑒現(xiàn)有的一些理論和經(jīng)驗，構(gòu)筑基于在線評測平臺的人工智能教學(xué)體系。

（一）構(gòu)建云端學(xué)習(xí)空間

學(xué)生學(xué)習(xí)程序設(shè)計時，所有的學(xué)習(xí)過程都會被記錄在云端中。教師、家長可以隨時了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并提供指導(dǎo)和幫助。

借鑒百度問答、知乎問答的模式，學(xué)生的疑問也可以被記錄下來，由教師和同學(xué)進(jìn)行解答。傳統(tǒng)的解答為Client/Server（你問我答）模式，而在線評測平臺可以構(gòu)造P2P（點對點）模式，同學(xué)之間可以互相解答，教師或管理員可以通過手工或智能排序解答，從而提升教學(xué)效率。

（二）借鑒“科技樹”安排知識點

大部分的游戲為了讓玩家深陷其中，都會引入“科技樹”“裝備樹”，使得初級玩家以點亮“科技樹”“裝備樹”為努力目標(biāo)，步步深入。這種方式是人工智能教學(xué)可以借鑒的：既引導(dǎo)學(xué)習(xí)路徑，也激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

人工智能所覆蓋的知識內(nèi)容非常廣泛，程序設(shè)計所涉及的算法和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)知識點數(shù)以百計。學(xué)生在大量的學(xué)習(xí)內(nèi)容面前會變得無所適從。而在線評測平臺可以對知識點進(jìn)行拓?fù)渑判?，?gòu)建出“知識樹”（如圖1），從而為學(xué)生規(guī)劃學(xué)習(xí)路徑，循序漸進(jìn)地達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo)。有些高階算法必須以基礎(chǔ)算法為前提來學(xué)習(xí)。比如，學(xué)習(xí)AlphaGo中用到的經(jīng)典的蒙特卡洛樹搜索算法就需要先學(xué)習(xí)遞歸，再學(xué)習(xí)深度優(yōu)先搜索，還需要學(xué)習(xí)概率期望等知識。沒有完成先決條件，學(xué)生無法“點亮”后續(xù)內(nèi)容。這樣，具有極強好奇心的學(xué)生必定會急切地完成基礎(chǔ)算法的學(xué)習(xí)，再來挑戰(zhàn)難關(guān)。

（三）借鑒多巴胺驅(qū)動理論把學(xué)習(xí)變成游戲

2015年，游戲咨詢師Ramin提出了一種名為“多巴胺驅(qū)動設(shè)計法”的理論：“你所經(jīng)歷的一切歡愉時光，都與一種名為多巴胺的腦內(nèi)分泌物有關(guān)。當(dāng)你嘗到美味、接吻、擁抱、考試獲得滿分或者在某款電腦游戲中升級時，多巴胺就會噴涌而出。”

通過在線評測平臺進(jìn)行程序設(shè)計學(xué)習(xí)的學(xué)生，經(jīng)過十幾分鐘的學(xué)習(xí)和實踐，就能讓程序通過，也可以獲取“勛章”“積分”，提升愉悅感。如果他在系統(tǒng)中回復(fù)其他同學(xué)的疑問，甚至錄制一段視頻教程，就能獲取等級提升，得到“英雄”稱號，同樣可以獲取多巴胺體驗。實際上，最近幾年，全國有數(shù)以萬計的程序設(shè)計學(xué)習(xí)者在各種在線評測平臺做題目、打比賽、刷排名，把學(xué)習(xí)程序設(shè)計當(dāng)作游戲。這顯然是一種積極的方式，在學(xué)習(xí)的同時避免了沉迷網(wǎng)絡(luò)游戲。

總之，中小學(xué)信息技術(shù)是一個一直發(fā)展的學(xué)科，知識內(nèi)容、教學(xué)方式隨時代不停地演變。這就要求信息技術(shù)教師必須具備很強的學(xué)習(xí)、應(yīng)變能力?！澳嫠兄鄄贿M(jìn)則退”，當(dāng)人工智能時代來臨，信息技術(shù)教師要知難而上，要學(xué)會借助互聯(lián)網(wǎng)、全世界的智慧和力量。

*本文系江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2016年度青年專項課題“中學(xué)生程序設(shè)計在線學(xué)習(xí)和訓(xùn)練模式探索”（編號：C-c/2015/035）的階段性研究成果。

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[2] 吳舜歆，梁寶蘭.Online Judge在C++程序設(shè)計課程實踐教學(xué)中的應(yīng)用[J].高教學(xué)刊，2016（9）. 【編者按】 什么是學(xué)術(shù)型教師？學(xué)術(shù)型教師有著怎樣的形象和特征？如何基于團(tuán)隊建設(shè)培養(yǎng)學(xué)術(shù)型教師？江蘇省蘇州市唐秦歷史名師工作室所承擔(dān)的江蘇省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃重點資助課題“基于歷史學(xué)科素養(yǎng)的普通高中學(xué)術(shù)型教師培養(yǎng)的行動研究”，立足歷史學(xué)科，對以上問題進(jìn)行了理性思考和實踐探索。這組文章就是他們的部分研究成果，刊于此，期望得到方家關(guān)注、指導(dǎo)，進(jìn)而使學(xué)術(shù)型教師培養(yǎng)的研究有序推進(jìn)。