馮潔卿

(廣東省廣州市南沙第一中學(xué) 廣東廣州 511457)

一、人工智能教育要求

2017年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，對(duì)未來(lái)到2030年，我國(guó)人工智能發(fā)展的總體思路、戰(zhàn)略目標(biāo)和主要任務(wù)、保障措施等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的規(guī)劃和部署，為推動(dòng)我國(guó)人工智能的長(zhǎng)期發(fā)展指明了方向。文件要求“實(shí)施全民智能教育項(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”[1]，表明中小學(xué)人工智能科普教育的開(kāi)展成為國(guó)家人工智能重大策略的重要組成部分。

二、《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要》與高中課程標(biāo)準(zhǔn)的要求

2017年9月25日，教育部印發(fā)《中小學(xué)綜合實(shí)踐活動(dòng)課程指導(dǎo)綱要》，強(qiáng)化了課程育人導(dǎo)向，明確提出了價(jià)值體認(rèn)、責(zé)任擔(dān)當(dāng)、問(wèn)題解決、創(chuàng)意物化四個(gè)方面的課程目標(biāo)[2]。并對(duì)信息技術(shù)活動(dòng)建議中針對(duì)7-9年級(jí)確定了代碼編程活動(dòng)：“了解程序設(shè)計(jì)的基本過(guò)程和方法；熟悉程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的用法，掌握常量、變量、函數(shù)等基本概念，理解程序的三種基本結(jié)構(gòu)，知道人與計(jì)算機(jī)解決問(wèn)題方法的異同，嘗試編寫、調(diào)試程序。激發(fā)編程的興趣，培養(yǎng)邏輯思維能力，進(jìn)一步理解計(jì)算思維的內(nèi)涵，提高數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新素養(yǎng)，增強(qiáng)信息意識(shí)和信息社會(huì)責(zé)任?！?/p>

2013年，教育部啟動(dòng)了普通高中課程修訂工作，并于2018年1月正式頒布《普通高中課程方案和語(yǔ)文等學(xué)科課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》。其中《高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出，高中信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)包括：信息意識(shí)、計(jì)算思維、信息社會(huì)責(zé)任、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新等四個(gè)核心內(nèi)容。信息意識(shí)是指：個(gè)體對(duì)信息的敏感度和對(duì)信息價(jià)值的判斷力。計(jì)算思維是指：個(gè)體運(yùn)用計(jì)算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域的思想方法，在形成問(wèn)題解決方案的過(guò)程中所產(chǎn)生的一系列思維活動(dòng)。數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新是指：個(gè)體通過(guò)評(píng)估和選擇常見(jiàn)的數(shù)字化資源與工具，有效管理學(xué)習(xí)過(guò)程與學(xué)習(xí)資源而完成學(xué)習(xí)任務(wù)的能力。信息社會(huì)責(zé)任是指：在信息社會(huì)中，個(gè)體在文化修養(yǎng)、道德規(guī)范和行為自律等方面的綜合表現(xiàn)[3]。四個(gè)核心要素相互支持，相互滲透，共同促進(jìn)學(xué)生信息素養(yǎng)的提升。

按照《普通高中課程方案（2017年版）》設(shè)置的課程結(jié)構(gòu)，高中信息技術(shù)課程由必修、選擇性必修和選修三類課程組成。在高中信息技術(shù)必修和選修模塊中，均有安排人工智能的學(xué)習(xí)內(nèi)容。其中，“必修模塊1：數(shù)據(jù)與計(jì)算”中要求：通過(guò)人工智能典型案例的剖析，了解智能信息處理的巨大進(jìn)步和應(yīng)用潛力，認(rèn)識(shí)人工智能在信息社會(huì)中的重要作用。“選擇性必修模塊4：人工智能初步”要求：學(xué)生應(yīng)該了解人工智能的發(fā)展歷程和概念，能描述典型人工智能算法的實(shí)現(xiàn)過(guò)程，通過(guò)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(guò)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[3]。

粵教版必修1《數(shù)據(jù)與計(jì)算》中第六章“人工智能及其應(yīng)用”作為人工智能的第一課，教材以“剖析空調(diào)企業(yè)智能客服機(jī)器人”，利用教科書配套學(xué)習(xí)資源包提供的虛擬仿真系統(tǒng)，體驗(yàn)?zāi)晨照{(diào)生產(chǎn)企業(yè)的智能客服機(jī)器人所提供的服務(wù)，以領(lǐng)域知識(shí)智能問(wèn)答機(jī)器人代替人們?cè)谒阉饕嫔弦粋€(gè)一個(gè)地查看網(wǎng)頁(yè)，直接給出準(zhǔn)確的回答內(nèi)容[4]。教材上要求使用Python語(yǔ)言編程實(shí)現(xiàn)Jaccard相似度系數(shù)算法，以及使用訓(xùn)練模型程序進(jìn)行知識(shí)庫(kù)模塊的構(gòu)建。整章教材的安排上，展示活動(dòng)非常專業(yè)，學(xué)生的可參與度低。項(xiàng)目以python為知識(shí)背景，需要學(xué)生有一定的python基礎(chǔ)，否則無(wú)法進(jìn)行學(xué)習(xí)。

三、人工智能案例介紹

許多教師在講授人工智能第一課時(shí)，常以體驗(yàn)各種人工智能軟件為主，學(xué)生的認(rèn)知水平主要停留在認(rèn)識(shí)某個(gè)軟件或程序的使用，只單純地覺(jué)得新奇好玩。本課的教學(xué)安排不同于以往的經(jīng)驗(yàn)，教師通過(guò)設(shè)計(jì)活動(dòng)，讓學(xué)生參與編程活動(dòng)了解到體感游戲的核心技術(shù)，從而揭開(kāi)人工智能的神秘面紗。學(xué)生對(duì)體感游戲并不陌生，攝像頭也是普遍的硬件，在許多家庭電腦中也常常配備，因此，本教學(xué)案例容易實(shí)現(xiàn)。

本案例先讓學(xué)生列舉他所知道的人工智能的例子，由此歸納人工智能的概念和研究領(lǐng)域。接著，由人工智能的幾次人機(jī)大戰(zhàn)指出人工智能的發(fā)展歷程。在這里跟學(xué)生介紹人工智能概念的提出背景，以及什么是圖靈測(cè)試。接下來(lái)，介紹生活中常常使用的人工智能技術(shù)。主要有百度導(dǎo)航、形色植物識(shí)別、全能掃描王文字識(shí)別、同聲翻譯超級(jí)版的語(yǔ)言翻譯、小愛(ài)同學(xué)智能播報(bào)，最后使用微軟小冰對(duì)學(xué)校校門照片寫詩(shī)的效果跟同學(xué)們提前完成的詩(shī)歌做對(duì)比。通過(guò)這些展示活動(dòng)，學(xué)生對(duì)生活中的人工智能技術(shù)有了非常深刻的體驗(yàn)。

接下來(lái)，介紹使用圖形化編程軟件并配合電腦的攝像頭就可以制作一款簡(jiǎn)單的體感互動(dòng)游戲。

最后，引導(dǎo)學(xué)生思考，對(duì)于人工智能，我們需要思考的內(nèi)容以及人工智能的使用規(guī)范。人工智能安全與倫理方向的內(nèi)容，搶答人工智能的價(jià)值與風(fēng)險(xiǎn)，介紹維護(hù)安全的方法及相關(guān)法律法規(guī)。

本課中展示了手機(jī)上的相關(guān)智能軟件，如“百度地圖”導(dǎo)航、QQ、“小冰”聊天等。所以，在教學(xué)過(guò)程中，教師可使用同屏器把手機(jī)屏幕實(shí)時(shí)傳輸?shù)酵队捌魃?，讓學(xué)生真實(shí)地參與展示活動(dòng)，學(xué)生會(huì)有極大的興趣。使用圖形化編程軟件和攝像頭能制作一款簡(jiǎn)單的體感游戲，讓學(xué)生知道人工智能技術(shù)并不是高不可攀的，讓學(xué)生知道人工智能技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法，由此縮短學(xué)生與人工智能技術(shù)間的距離。

四、人工智能課程模式設(shè)想

我們的社會(huì)正處在人工智能快速發(fā)展的時(shí)代，學(xué)校開(kāi)展人工智能課程，能讓學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的理念、知識(shí)和方法，可為以后的生活、就業(yè)和能力做好準(zhǔn)備。學(xué)習(xí)人工智能，我認(rèn)為可以分為AI體驗(yàn)與感知、AI技術(shù)與應(yīng)用、AI創(chuàng)客與創(chuàng)新三個(gè)階段。

在初級(jí)階段“AI體驗(yàn)與感知”，以計(jì)算思維培養(yǎng)為重點(diǎn)，以感知和體驗(yàn)人工智能為輔。教師可以讓學(xué)生體驗(yàn)各種智能APP和調(diào)用各大平臺(tái)API，如百度AI開(kāi)放平臺(tái)、騰訊AI開(kāi)放平臺(tái)、科大訊飛體驗(yàn)中心等，學(xué)生可以在線體驗(yàn)動(dòng)植物識(shí)別、人臉識(shí)別、文字識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等常見(jiàn)的人工智能應(yīng)用。

在中級(jí)階段“AI互動(dòng)與應(yīng)用”，以高級(jí)計(jì)算思維培養(yǎng)為重點(diǎn)，以初步理解人工智能實(shí)現(xiàn)知識(shí)體系為輔助。教師可以使用基于圖形化開(kāi)發(fā)的編程平臺(tái)，如Mind+、Kittenblock、慧編程、Mixly等圖形化編程軟件，讓學(xué)生學(xué)習(xí)語(yǔ)言識(shí)別、語(yǔ)言合成、文字翻譯、AI圖像識(shí)別，配合攝像頭就可以開(kāi)展人臉識(shí)別、人臉對(duì)比、常用物體識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別、人體關(guān)鍵點(diǎn)識(shí)別等活動(dòng)。另外，還可以加入如micro:bit、光環(huán)板、掌控板、arduino、樹(shù)莓派等硬件，開(kāi)展更多功能豐富的人工智能項(xiàng)目。

在高級(jí)階段“AI創(chuàng)造與創(chuàng)新”，以項(xiàng)目式人工智能技術(shù)為重點(diǎn)，培養(yǎng)創(chuàng)造與革新能力。這階段主要進(jìn)行基于python編程的數(shù)據(jù)處理、各種擴(kuò)展包的應(yīng)用、學(xué)習(xí)TensorFlow等技術(shù)，完成語(yǔ)音識(shí)別與合成、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、人機(jī)交互、傳感與控制等技術(shù)。

五、結(jié)束語(yǔ)

人工智能課程旨在讓學(xué)生掌握人工智能的基本知識(shí)，使學(xué)生具備人工智能時(shí)代所必備的知識(shí)和素養(yǎng)，課程的設(shè)計(jì)應(yīng)與生活應(yīng)用相結(jié)合，使學(xué)生能夠運(yùn)用人工智能知識(shí)解決生活與學(xué)習(xí)中的實(shí)際問(wèn)題。