鄭立新

教育部發(fā)布的《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）中，針對(duì)人工智能設(shè)置了選擇性必修課程模塊4“人工智能初步”，以承載踐行人工智能國(guó)家發(fā)展規(guī)劃、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、普及人工智能知識(shí)的重任。本文將圍繞“人工智能初步”模塊整體內(nèi)容特點(diǎn)、教學(xué)規(guī)劃、教學(xué)策略等方面進(jìn)行論述，以期幫助廣大教師更好地開(kāi)展本模塊的教學(xué)。

● 內(nèi)容特點(diǎn)

1.具有鮮明的時(shí)代特征

本模塊順應(yīng)智能時(shí)代潮流，具有鮮明的時(shí)代特征。通過(guò)本模塊的教學(xué)，可以使學(xué)生了解人工智能的概念與基本特征，知道人工智能的發(fā)展歷程、典型應(yīng)用與趨勢(shì)，學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)初步知識(shí)，同時(shí)了解社會(huì)智能化所面臨的倫理及安全挑戰(zhàn)，增強(qiáng)安全防護(hù)意識(shí)、能力和責(zé)任感，辯證認(rèn)識(shí)人工智能對(duì)人類社會(huì)未來(lái)發(fā)展的巨大價(jià)值和潛在威脅，自覺(jué)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)，從而為學(xué)生適應(yīng)社會(huì)生活、高等教育和職業(yè)發(fā)展做準(zhǔn)備，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2.體現(xiàn)信息技術(shù)學(xué)科特色

本模塊緊緊圍繞信息技術(shù)學(xué)科大概念（數(shù)據(jù)、算法、信息系統(tǒng)、信息社會(huì)），聚焦信息技術(shù)學(xué)科中與人工智能相關(guān)的內(nèi)容。例如，要求學(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(guò)程和實(shí)現(xiàn)原理;知道并了解特定領(lǐng)域人工智能應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)工具和開(kāi)發(fā)平臺(tái);利用開(kāi)源人工智能應(yīng)用框架，搭建簡(jiǎn)單的人工智能應(yīng)用模塊，并能根據(jù)實(shí)際需要配置適當(dāng)?shù)沫h(huán)境、參數(shù)及自然交互方式。這些內(nèi)容都充分體現(xiàn)了信息技術(shù)的學(xué)科特色，凸顯本學(xué)科價(jià)值。

3.致力于學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

本模塊致力于促進(jìn)學(xué)生信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。

①信息意識(shí)方面的培養(yǎng)，要讓學(xué)生從一些與人工智能相關(guān)的事物和實(shí)踐體驗(yàn)中對(duì)人工智能產(chǎn)生深刻的感受，對(duì)人工智能可能產(chǎn)生的影響和價(jià)值有比較深入的理解。具體體現(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)于信息技術(shù)發(fā)展的意義，能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(jué)利用人工智能的一些軟件工具及相關(guān)制品，樂(lè)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，可主動(dòng)探索人工智能的新產(chǎn)品，發(fā)展人工智能的新想法。

②計(jì)算思維方面的培養(yǎng)，主體體現(xiàn)為讓學(xué)生了解人工智能的一些常見(jiàn)核心算法，熟悉智能技術(shù)應(yīng)用的基本過(guò)程和實(shí)現(xiàn)的原理，并能在實(shí)踐探索中理解搭建簡(jiǎn)單人工智能應(yīng)用的框架，深刻體會(huì)搭建簡(jiǎn)單人工智能應(yīng)用模塊的方法。

③數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新的培養(yǎng)，要讓學(xué)生理解人工智能的新進(jìn)展、新應(yīng)用（如機(jī)器學(xué)習(xí)、自動(dòng)翻譯、人臉識(shí)別、自動(dòng)駕駛等），并能適當(dāng)運(yùn)用在學(xué)習(xí)和生活中。

④信息社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)，要讓學(xué)生客觀認(rèn)識(shí)人工智能技術(shù)發(fā)展對(duì)社會(huì)生活的影響，既能形成積極、安全使用人工智能技術(shù)的觀念，又要對(duì)人工智能技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)的社會(huì)倫理、信息安全等方面的挑戰(zhàn)有清晰的認(rèn)識(shí)，形成較強(qiáng)的安全防護(hù)意識(shí)和責(zé)任感，知道安全防范的基本方法和措施。信息社會(huì)責(zé)任的提升，不能僅依靠簡(jiǎn)單的知識(shí)講授，最好能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行智能系統(tǒng)應(yīng)用體驗(yàn)，從具體的實(shí)踐體驗(yàn)中產(chǎn)生認(rèn)識(shí)，使學(xué)生感受人工智能的巨大價(jià)值，同時(shí)深入理解可能存在的危險(xiǎn)。

● 教學(xué)規(guī)劃

在《課標(biāo)》中，本模塊包括“人工智能基礎(chǔ)”“簡(jiǎn)單人工智能應(yīng)用模塊開(kāi)發(fā)”“人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用”三部分內(nèi)容。針對(duì)這三部分內(nèi)容及《課標(biāo)》要求，各版本教材的處理方式不同。例如，人民教育出版社和中國(guó)地圖出版社（以下簡(jiǎn)稱人教-中圖版）出版的《人工智能初步》教科書(shū)對(duì)應(yīng)的大致結(jié)構(gòu)框架如下頁(yè)圖所示。

對(duì)于“人工智能初步”模塊的36課時(shí)安排，各版本教材也有所不同如人教-中圖版《人工智能初步》教科書(shū)各章節(jié)課時(shí)、內(nèi)容安排建議如右表所示。

教師應(yīng)充分理解新課標(biāo)對(duì)本模塊的要求，從總體上把握教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)校實(shí)際情況，對(duì)本模塊進(jìn)行整體規(guī)劃，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行單元及課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)，以保證教學(xué)順利實(shí)施。

● 教學(xué)策略

1.厘清與本學(xué)科相關(guān)內(nèi)容的關(guān)系

在信息技術(shù)學(xué)科中，有一些內(nèi)容與人工智能密切相關(guān)，但極易被混淆，如智能控制、編程等。在教學(xué)過(guò)程中要厘清人工智能與這些內(nèi)容的關(guān)系，如人工智能主要研究如何模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能，智能控制是無(wú)需人的干預(yù)就能夠自主地驅(qū)動(dòng)智能機(jī)器實(shí)現(xiàn)其目標(biāo)，編程主要內(nèi)容為算法及程序語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)。三者聯(lián)系緊密，人工智能可能會(huì)應(yīng)用在智能控制領(lǐng)域，即智能控制可能會(huì)借助人工智能實(shí)現(xiàn)，而人工智能及智能控制的實(shí)現(xiàn)一般會(huì)涉及編程，但它們本質(zhì)上屬于不同內(nèi)容，不應(yīng)簡(jiǎn)單地等同起來(lái)。

2.做好與必修模塊的銜接

信息技術(shù)課程的必修模塊是后續(xù)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)。在必修模塊中，包含一些與人工智能相關(guān)的內(nèi)容。例如，在必修1數(shù)據(jù)與計(jì)算中，要求“掌握一種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言的基本知識(shí)，使用程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單算法”“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”，即學(xué)生通過(guò)必修1模塊的學(xué)習(xí)，應(yīng)掌握程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言及簡(jiǎn)單算法的基本知識(shí)，對(duì)人工智能的基本概念和重要作用有初步認(rèn)識(shí)。

本模塊內(nèi)容是在學(xué)生已具備編程基本知識(shí)、對(duì)人工智能初步認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上設(shè)置的，但更加強(qiáng)調(diào)專業(yè)性，提高了內(nèi)容的深度及廣度。在開(kāi)展本模塊教學(xué)時(shí)，應(yīng)做好與必修模塊中人工智能相關(guān)內(nèi)容的銜接，以提高教學(xué)效率和效果。

3.選擇適合的編程語(yǔ)言與人工智能平臺(tái)

本模塊教學(xué)離不開(kāi)編程語(yǔ)言與人工智能平臺(tái)。Python語(yǔ)言已經(jīng)成為新一代人工智能的首選編程語(yǔ)言，基于Python已經(jīng)發(fā)展了很多成熟的人工智能（特別是機(jī)器學(xué)習(xí)）應(yīng)用框架/平臺(tái)，積累了很多可以用于教學(xué)的資源，如scikit-learn、BATK人工智能開(kāi)放創(chuàng)新平臺(tái)、TensorFlow框架等。利用這些框架/平臺(tái)，使用Python可以相對(duì)容易地實(shí)現(xiàn)本模塊所要求的各項(xiàng)內(nèi)容。因此，推薦在教學(xué)實(shí)施中以Python為核心編程語(yǔ)言，輔以適當(dāng)?shù)娜斯ぶ悄?機(jī)器學(xué)習(xí)框架/平臺(tái)來(lái)搭建編程環(huán)境。

當(dāng)然，由于各個(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，Python語(yǔ)言絕非唯一的選擇，其他編程環(huán)境，如C/C++、JavaScript、Blockly、App Inventor、R語(yǔ)言等，也可作為人工智能的編程語(yǔ)言。

4.因地制宜開(kāi)展教學(xué)

本模塊教學(xué)會(huì)受到場(chǎng)地、設(shè)備、師資乃至學(xué)情等因素影響，教師要根據(jù)本校實(shí)際情況，因地制宜地開(kāi)展教學(xué)。

一般來(lái)說(shuō)，具有攝像頭、耳麥等設(shè)備的計(jì)算機(jī)教室，結(jié)合相應(yīng)軟件平臺(tái)即可開(kāi)展基本的人工智能教學(xué)，如常見(jiàn)核心算法及模式識(shí)別、自然語(yǔ)言處理、機(jī)器學(xué)習(xí)等內(nèi)容。如果配備了傳感器、計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)板及執(zhí)行設(shè)備等，便可豐富人工智能教學(xué)內(nèi)容，如利用人工智能實(shí)現(xiàn)智能控制等。

對(duì)很多教師來(lái)說(shuō)，本模塊部分內(nèi)容相對(duì)較新，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的把握有一定難度，這就需要教師努力提升人工智能方面的專業(yè)素養(yǎng)，依托本校的客觀條件，針對(duì)具體學(xué)情，選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)策略，更好地達(dá)成本模塊教學(xué)目標(biāo)。