【摘 要】2017年國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，提出“在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”，2019年下半年，青島率先在中小學(xué)校開設(shè)人工智能課程。但在高中學(xué)段，由于課程難度、學(xué)業(yè)壓力等原因，人工智能教育更多的是在信息技術(shù)課（個別章節(jié)涉及）、通用技術(shù)課（機器人模塊）體現(xiàn)或滲透，人工智能社團活動或校本選修課作為補充來開展，為一部分有興趣或特長的學(xué)生發(fā)展提供支撐。本文從高中信息技術(shù)課堂教學(xué)實踐的角度，提出了人工智能教育教學(xué)的四個策略。

【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)；人工智能；教學(xué)實踐；項目

【中圖分類號】G434 【文獻標識碼】B

【論文編號】1671-7384（2024）07-060-02

人工智能是研究和開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新技術(shù)[1]，已經(jīng)廣泛應(yīng)用在人類工作和生活的諸多方面。對于中學(xué)生，在日常學(xué)習(xí)生活中也會經(jīng)常接觸或使用一些人工智能產(chǎn)品，甚至個別學(xué)生對這些智能產(chǎn)品的應(yīng)用特點、工作原理等有了一定的認知。

高中學(xué)生經(jīng)過初中學(xué)段知識與技能的學(xué)習(xí)積累，日常生活又對人工智能技術(shù)有了基本的應(yīng)用和認知體驗，所以教師就可以設(shè)計與人工智能相關(guān)的項目，讓學(xué)生進一步學(xué)習(xí)或探究，讓學(xué)生在原有認知和理解的基礎(chǔ)上，通過項目任務(wù)引領(lǐng)、搭建學(xué)習(xí)支架使其再往前邁進一小步，即剖析典型案例，探究人工智能算法的實現(xiàn)過程；搭建簡單的人工智能應(yīng)用模塊，親歷設(shè)計與實現(xiàn)簡單智能系統(tǒng)的基本過程與方法，從而達成中小學(xué)人工智能教育的基本目標。

設(shè)計探究活動，認識人工智能的重要作用

在初中信息科技課程中，學(xué)生已經(jīng)接觸到人工智能的基本概念和術(shù)語，高中信息技術(shù)課堂可以進一步剖析生活中的人工智能應(yīng)用，讓學(xué)生理解人工智能的特點、優(yōu)勢和能力邊界，知道人工智能與社會的關(guān)系，激發(fā)學(xué)生探究人工智能技術(shù)的熱情。

如在“數(shù)據(jù)與計算”模塊學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)的編碼或采集時，對于文本型數(shù)據(jù)的采集，教師可以采用OCR識別、語音、手寫等智能輸入的形式，甚至可以設(shè)計OCR識別、語音或手寫輸入的活動環(huán)節(jié)，讓學(xué)生體驗這些智能輸入方式的優(yōu)點和不足，使其辯證地看待這些智能處理工具。在“信息系統(tǒng)與社會”模塊學(xué)習(xí)信息系統(tǒng)的硬件和軟件時，教師可在傳統(tǒng)介紹計算機軟硬件的基礎(chǔ)上，融入移動端的軟硬件、支持人工智能技術(shù)發(fā)展的軟硬件，讓學(xué)生站在更高的視野來審視支撐當(dāng)前人工智能發(fā)展的源動力：數(shù)據(jù)+算法+算力。在學(xué)習(xí)傳感與控制時，教師可以針對某一款機器人讓學(xué)生展開軟硬件剖析，設(shè)計學(xué)習(xí)活動讓其辨識機器人智能的來源，從而引出傳感器與智能控制的話題，深入學(xué)習(xí)其工作原理。通過類似的學(xué)習(xí)探究活動，最終讓學(xué)生的智能體驗與課堂上的原理探究聯(lián)系起來，也使他們感受到人工智能技術(shù)在信息社會中的重要作用。

剖析典型案例，探究人工智能算法的實現(xiàn)

算法作為支撐人工智能技術(shù)發(fā)展的基石之一，是人工智能的核心和靈魂，包括多種方法和技術(shù)，如機器學(xué)習(xí)、機器推理和機器人技術(shù)等。人工智能正是借助算法、計算能力和數(shù)據(jù)“三駕馬車”，因而具備了像人類一樣學(xué)習(xí)、思考、辨別和決策的能力。由于人工智能算法本身的復(fù)雜性和多樣性，高中信息技術(shù)課堂所能呈現(xiàn)的可能僅僅是其冰山一角，且人工智能算法需要經(jīng)過教師過濾或簡化處理，把適合學(xué)生層次水平的常見算法拿出來進行項目化學(xué)習(xí)或探究。

在“數(shù)據(jù)與計算”模塊學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)時，除了利用常規(guī)電子表格軟件處理和Python第三方庫處理數(shù)據(jù)外，教師還可以設(shè)計線性回歸問題供學(xué)生探究，如已知若干名學(xué)生的數(shù)學(xué)和物理成績數(shù)據(jù)，如何以某位學(xué)生的數(shù)學(xué)成績來預(yù)測其物理成績呢？兩列數(shù)據(jù)的相關(guān)性問題在數(shù)學(xué)課上亦有涉及，信息技術(shù)課上可略去復(fù)雜的公式推導(dǎo)過程，使用Excel軟件進行數(shù)據(jù)擬合，并用R的平方值來評判擬合效果。在學(xué)習(xí)算法的控制結(jié)構(gòu)時，教師可提供人眼關(guān)鍵點（圖1）的學(xué)習(xí)支架，讓學(xué)生嘗試解決稍顯智能性的問題：如何判定一個人有沒有閉眼？此時學(xué)生自然而然地想到通過計算P2、P3、P5、P6的縱坐標和P1、P4的橫坐標來判斷眼睛的睜開程度，如通過一個閾值1/2*[（y5+y6）-（y2+y3）]/（x4-x1）確定眼睛是睜開還是閉上的，這是算法的分支結(jié)構(gòu)；更深入一些，如何判斷疲勞駕駛呢？此時需要使用循環(huán)結(jié)構(gòu)，在單位時間內(nèi)不間斷地監(jiān)測視頻中人的閉眼次數(shù)或閉眼時間（可用幀數(shù)來代替）是否達到某個閾值來判定。

圖1 人眼關(guān)鍵點

利用人工智能開放平臺，搭建簡單智能系統(tǒng)

機器學(xué)習(xí)作為人工智能技術(shù)的核心內(nèi)容，模型是其核心組件，是產(chǎn)生所謂智能的核心內(nèi)容。事實上，當(dāng)前有不少人工智能開放平臺或模型供學(xué)習(xí)者借鑒使用，學(xué)生可以直接選用這些模型，也可以在開源框架下使用數(shù)據(jù)訓(xùn)練、調(diào)參生成自己的模型，在融入自己的想法或創(chuàng)意后，利用人工智能算法模型的預(yù)測功能，即可搭建出簡單的擁有特定智能功能的程序或系統(tǒng)。

在學(xué)習(xí)“數(shù)據(jù)與計算”人工智能相關(guān)章節(jié)的時候，除了普及人工智能基礎(chǔ)知識外，還可以設(shè)計搭建簡單智能系統(tǒng)的項目探究活動，讓學(xué)生經(jīng)歷利用開放模型進行智能設(shè)計的過程。以校園里已廣泛應(yīng)用的口罩檢測助力抗擊肺炎項目為例，教師可以在機房部署百度AI+OpenCV+speech項目環(huán)境，學(xué)生在百度AI開放平臺上注冊賬號，獲取人臉檢測與屬性分析的鑒權(quán)，然后以在線API或離線SDK的方式發(fā)送數(shù)據(jù)請求，再用Python知識處理返回的結(jié)果，即使用OpenCV讀取本地圖片或攝像頭數(shù)據(jù)，發(fā)送到百度AI開放平臺進行處理，再把平臺返回數(shù)據(jù)中關(guān)于口罩檢測的部分轉(zhuǎn)換成語音提醒進行輸出。在這個項目活動中，模型訓(xùn)練和算法都在服務(wù)器端，本地只是遵循格式要求發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，再按照智能設(shè)計的目標，輸出要預(yù)測的結(jié)果，即應(yīng)用模型，這種模式也是中學(xué)生進行智能系統(tǒng)設(shè)計最可行的思路和方法。

面對機遇與挑戰(zhàn)，增強合理利用智能技術(shù)的責(zé)任感

人工智能是通過智能機器延伸、增強人類改造自然和治理社會能力的新興技術(shù)[2]，它當(dāng)前的迅猛發(fā)展，是以大量數(shù)據(jù)為支撐的，而數(shù)據(jù)正是來源于人類的生產(chǎn)和生活，這就造成了AI大數(shù)據(jù)時代的隱私保護和數(shù)據(jù)安全的問題。如何兼顧人工智能技術(shù)發(fā)展和保護民眾的數(shù)據(jù)隱私呢？此時除了健全法律法規(guī)、加強技術(shù)引導(dǎo)和個人道德約束外，還可以從技術(shù)層面保護大眾的數(shù)據(jù)隱私。

在“數(shù)據(jù)與計算”或“信息系統(tǒng)與社會”模塊學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)或信息安全時，教師可以設(shè)計隱私計算的話題討論，先由“百萬富翁問題”（圖靈獎得主、中科院院士姚期智提出）引發(fā)學(xué)生思考，而后拋出安全多方計算方案：如果沒有可信的第三方，如何在不暴露個人月消費的前提下，計算出3位學(xué)生的平均月消費？教師組織學(xué)生進行小組討論，學(xué)生可能會設(shè)計出各種各樣的方案，各小組充分交流、質(zhì)疑、改進，得出最優(yōu)的計算方案，最終學(xué)生分組將方案用Python程序?qū)崿F(xiàn)，從中獲得利用技術(shù)手段保護數(shù)據(jù)隱私的成就感。

綜上所述，若高中學(xué)校無法單獨開設(shè)人工智能課程，則可以采用在信息技術(shù)課或通用技術(shù)課上滲透人工智能教學(xué)內(nèi)容的方式，普及高中學(xué)段的人工智能教育。此時，教師需要轉(zhuǎn)變思路，找到信息技術(shù)課程內(nèi)容與人工智能知識技能的融合點，課堂上適當(dāng)增加智能項目探究的比重，不斷提升學(xué)生的人工智能技術(shù)素養(yǎng)。

參考文獻

中華人民共和國教育部. 義務(wù)教育信息科技課程標準（2022年版）[S]. 北京： 北京師范大學(xué)出版社，2022： 39.

中華人民共和國教育部. 普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版2020年修訂）[S]. 北京： 人民教育出版社，2020.