李維明

按照《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020修訂）》的表述，本單元的題目是“簡單人工智能應用模塊開發(fā)”，何為簡單？何為人工智能應用模塊？又如何開發(fā)？這是在開始教學前必須首先明確的幾個問題。

● 簡單人工智能應用模塊的理解

“人工智能應用模塊”通常是指能實現(xiàn)特定人工智能功能的硬件模塊及軟件模塊，如語音識別模塊、圖像識別模塊等。硬件模塊是把能實現(xiàn)某一或某些功能的電子元件組成的電路單元封裝在一起形成的模塊，如集成電路等;軟件模塊則是由一段或多段能實現(xiàn)某一或某些功能的計算機程序封裝在一起形成的模塊。這些模塊可大可小，有專用有通用，不能一概而論。例如，“圖像識別模塊”是一個通用模塊，這個模塊很大，用它可以“識萬物”;而“刷臉開門”模塊，則是一個專用模塊，這個模塊很小，用它只做“刷臉開門”的事。

所謂簡單，是指這些模塊的使用方法比較簡單，不會涉及大量復雜的程序編制及硬件調(diào)試;同時，場景應用的要求也比較簡單，也就是應用涉及的功能比較單一、環(huán)境不甚復雜，便于教學開展。

我們知道，人工智能是由人類設計、為人類服務的，它能感知環(huán)境，能產(chǎn)生反應，能與人交互，能與人互補;它有學習能力，有演化迭代，有連續(xù)擴展，有適應特性。人工智能應用的場景包羅萬象，但萬變不離其宗，它的本質(zhì)為計算，基礎為數(shù)據(jù)。真正具有“智能”人工智能其算法是十分復雜的，也需要海量的數(shù)據(jù)，這對高中學生來說無論是知識的儲備還是現(xiàn)有的能力都難以達到，所以《課標》強調(diào)“簡單”是必要的。在中學教學中我們既要理解人工智能的原理，又要強調(diào)“簡單”，可行的辦法就是將人工智能的應用功能模塊化，即利用開源人工智能應用框架，搭建簡單的人工智能應用模塊，親歷設計與實現(xiàn)簡單智能系統(tǒng)的基本過程與方法。

● 簡單人工智能應用模塊的開發(fā)

所謂人工智能應用模塊的開發(fā)，就是應用人工智能技術(shù)設計、制作特定功能的模塊，而這些模塊可以用在各種生產(chǎn)、生活的實用器具、設備、裝置上，為人們服務。要實現(xiàn)人工智能應用模塊的開發(fā)首先需要確定應用場景，即需要用人工智能去做什么事情，去完成什么任務，如讓智能車刷臉開門、讓智能車與用戶對話等。明確了應用需求之后，才能根據(jù)需求去進行設計、制作、調(diào)試、完善等開發(fā)活動。

例如，要制作一個刷臉啟動的循跡智能車，其需求主要為：可識別特定人臉啟動、可識別交通標識運行。分析這兩個需求，分別涉及人工智能人臉識別和圖像識別的應用，在開發(fā)時選用具備人工智能功能的開源硬件及軟件平臺即可設計、制作。

又如，制作一個能拍照識物的智能玩具熊，其功能為：按下玩具熊手上的按鈕時，玩具熊的眼睛能把眼前的物品拍下來進行識別，并通過屏幕將識別結(jié)果顯示出來，同時還可用聲音報出物品的名稱。這個項目的需求主要有：識別給定的物品（如常見的水果）、呈現(xiàn)及報出物品的名稱。由于該項目同時涉及圖像識別和語音合成，設計、制作時所選的硬、軟件要求相應需要高一些，制作難度也會大一些，開發(fā)時可選用人工智能功能較強的開源平臺或平板電腦設計、制作。

一般來說，簡單人工智能應用模塊的開發(fā)包括需求分析、總體設計、硬件模塊設計制作、軟件模塊設計制作、模塊組裝調(diào)試等步驟，如下圖所示。

在這個流程中，需求分析是開發(fā)的前提，總體設計是開發(fā)的關鍵：沒有透徹的需求分析，就不能準確判斷模塊的用途和實現(xiàn)的功能，也不能正確地開展模塊的設計;沒有全面的總體設計，就不能有效地開展硬、軟件模塊的設計制作，更不能正確地實施系統(tǒng)的組裝和調(diào)試。這兩個環(huán)節(jié)在教學中一定要高度重視。

● 教學策略

對于本單元的教學，《標準》要求：“通過搭建簡單的人工智能應用模塊，親歷設計與實現(xiàn)簡單智能系統(tǒng)的基本過程與方法?！痹谶@里，搭建是手段，親歷是過程，提高學生綜合應用信息技術(shù)的能力才是目的。

要通過搭建實現(xiàn)親歷，就必然涉及可搭建、能親歷的環(huán)境，這也許會讓很多學校教師產(chǎn)生畏難情緒，擔心沒有條件無法上課。如何創(chuàng)造條件，讓學生有可以搭建和親歷的軟件和硬件環(huán)境，而又不過多依賴實驗經(jīng)費的投入？答案只有四個字——因地制宜。經(jīng)費充足的學校可以考慮建設高端、大氣、上檔次的人工智能實驗室及先進的、可開放的人工智能實驗平臺，讓學生沉浸在人工智能應用的場景中，充分感受到人工智能的優(yōu)勢及不足;經(jīng)費不足的學校則可以充分利用學校的創(chuàng)客實驗室及開源設計平臺，讓學生在原有基礎上引入人工智能軟件、硬件模塊，實現(xiàn)親歷;經(jīng)費再不濟的學校，則需要教師充分利用手機、網(wǎng)絡平臺搜索人工智能的應用，讓學生觀摩、體驗其優(yōu)勢與不足。

硬件軟件條件固然重要，但人才是關鍵因素。在開展“簡單人工智能應用模塊開發(fā)”的教學活動中，教師可以引導學生抓住人工智能的特點，發(fā)揮人工智能的優(yōu)勢，構(gòu)想豐富的人工智能應用場景，創(chuàng)造性地開展應用設計，親歷需求分析和總體設計的過程。在條件允許的情況下，親歷硬件設計制作、軟件設計制作的過程，通過組裝調(diào)試，實現(xiàn)模塊開發(fā)，達到提高綜合應用信息技術(shù)的能力的目的。

對于教學組織的方法，《標準》給出了具體的建議：“在學習簡單智能系統(tǒng)開發(fā)內(nèi)容時，可以采用小組合作、項目學習等方式組織教學，充分利用豐富的開源硬件和人工智能應用框架等資源，搭建面向?qū)嶋H生活的應用場景，發(fā)揮學生的自主學習與探究學習能力，鼓勵學生積極探究、大膽實踐，激發(fā)學生的創(chuàng)新思維。”——照此行課，定獲佳績。

總之，“簡單人工智能應用模塊開發(fā)”的教學并不簡單，只有充分理解開發(fā)人工智能應用模塊的意圖，了解開發(fā)的流程，充分發(fā)揮教師的主觀能動性，積極創(chuàng)造讓學生親歷的條件，才能有效地實施教學，達到提升學生信息素養(yǎng)的目標。