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(山東省桓臺第二中學)

2018年秋季學期，將人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)處理、算法、開源硬件項目設(shè)計等劃入新課標，并分為必修課、選擇性必修課和選修課，涉及人工智能內(nèi)容的必修課程有數(shù)據(jù)計算和信息系統(tǒng)與社會，選擇性必修課程包括“人工智能初步”“三維設(shè)計與創(chuàng)意”“開源硬件項目設(shè)計”等六個模塊，選修課包括算法初步和移動應(yīng)用設(shè)計，全方位高中信息技術(shù)課程培養(yǎng)AI人才。

一、高中信息技術(shù)開設(shè)人工智能教學的目的和現(xiàn)狀

高中信息技術(shù)課程中開設(shè)人工智能教學，能夠讓學生體驗和認識人工智能知識與技術(shù)，了解人工智能語言的基本特征，深入了解和掌握人工智能的原理，引導學生體會人工智能技術(shù)在解決生活實際問題中的應(yīng)用，如語音識別、機器翻譯、智能機器人，等等。拓展學生思維空間，增強學生的邏輯思維能力，豐富學生的知識領(lǐng)域，提高學生的信息素養(yǎng)，促進學生個性化學習，培養(yǎng)創(chuàng)新型人才。讓學生了解典型人工智能算法的實現(xiàn)過程；通過搭建簡單的人工智能應(yīng)用模塊，充分體驗人工智能系統(tǒng)的基本過程與方法，從而培養(yǎng)學生利用人工智能技術(shù)服務(wù)人類發(fā)展的使命感和責任感。

當前，高中信息技術(shù)開設(shè)人工智能教學存在教學條件差異大、對人工智能缺乏正確認識、師資理論薄弱等問題。其一，硬件和軟件性能都不能有效滿足人工智能教學。其二，學生和教師對人工智能都缺乏正確的認識，學生認為人工智能技術(shù)是高深的學科，研究這門學科是科學家的事情，沒有意識到人工智能已經(jīng)進入到生活的方方面面，教師應(yīng)如在教學中讓學生體驗到人工智能的魅力，吸引更多學生對人工智能感興趣。教師對人工智能學科缺乏偏見，認為深奧難懂的知識難以被高中生所接受，不適合放在高中教學。其三，高中一線信息教師經(jīng)驗不足，缺乏具有知識結(jié)構(gòu)和專業(yè)素養(yǎng)的教師來執(zhí)教高中信息技術(shù)課程中人工智能的教育工作，沒有接受過專業(yè)的培訓，難以掌握課程重難點、教學目標不明確，教學經(jīng)驗缺乏。

二、高中信息技術(shù)課程中人工智能教學方法

高中信息技術(shù)課程中人工智能教學重在體驗和感受，引導學生思考、質(zhì)疑、探究、創(chuàng)新。多樣化的教學方法是實現(xiàn)此教學目的必須。如啟發(fā)式教學法、問題式教學法、案例式教學法等多種教學方法，調(diào)動學生人工智能學習積極性。

(一)基于問題的學習

問題的解決與人工智能具有天然的密切聯(lián)系，教學中可提出問題引導學生思考利用人工智能如何解決問題，進而介紹人工智能的基本方法和原理，并將其與學生的解決方案進行比較，學生親歷問題解決的過程獲得人工智能課程的基礎(chǔ)知識和基本技能，感受人工智能的豐富魅力。如在執(zhí)教人機博弈時，教師設(shè)計探索性的問題，讓學生將具體的博弈游戲與抽象難懂的博弈算法相聯(lián)系，通過討論解決一個個的問題，進而逐步了解博弈算法的難度。以某個問題為中心，多個角度進行發(fā)問，使得學生層層思考，培養(yǎng)學生的變通能力，激發(fā)學生的創(chuàng)造精神。

(二)基于案例教學

人工智能教學目標是培養(yǎng)學生基本原理、方法，提高學生利用人工智能技術(shù)解決實際問題的能力。案例教學法以大量案例加深學生對知識的理解和應(yīng)用，激發(fā)學生的創(chuàng)新活動，使得學生學會分析問題、解決問題。案例教學法結(jié)合實例進行人工智能的講解與分析，采用案例教學法使得學生直觀體驗算法的原理與應(yīng)用，選擇難易適中、趣味性強的案例，選擇學生看得見、摸得著的人工智能實際應(yīng)用問題作為案例展開教學。如在執(zhí)教專家系統(tǒng)章節(jié)時，為學生呈現(xiàn)一個醫(yī)療專家系統(tǒng)，與學生進行問答互動，進而了解專家系統(tǒng)的具體應(yīng)用、解決的問題，為人民的生活帶來的益處，等等。通過案例教學法教學的形式，激發(fā)學生的學習興趣，使同學們體會到人工智能與我們生活的貼近程度。再如在執(zhí)教各種智能算法時，教師提供迷宮問題、旅行商問題、數(shù)碼問題等案例，引導學生將搜索算法與實際問題相結(jié)合，呈現(xiàn)出設(shè)計的思路，對特定問題的狀態(tài)空間描述、合適的搜索算法、設(shè)計算法過程、對結(jié)果進行分析和解釋，引導學生討論搜索效率和是否最優(yōu)解等方面的問題。因此，案例教學法有助于提升學生解決問題的能力和創(chuàng)新能力，有助于提升學生表達能力，有助于提升主動學習的能力。

三、“基于項目的學習”方式展開人工智能教學

人工智能教學應(yīng)以創(chuàng)新的教學方式和組織方式展開，“基于項目的學習”方式是以活動方式展開的一種探究性的、任務(wù)驅(qū)動性的學習模式。采用“基于項目的學習”方式開展人工智能教學是不錯的選擇。如在執(zhí)教“人工智能的重要應(yīng)用領(lǐng)域”和“專家系統(tǒng)的基本原理”可采取此種方式?！盎陧椖康膶W習”應(yīng)考慮內(nèi)容、情境、活動、結(jié)果，需要將學習內(nèi)容轉(zhuǎn)化為具體的項目，需要設(shè)計學習活動，需要進行情境創(chuàng)設(shè)，需要邀請人工智能領(lǐng)域的研究人員或開發(fā)人員擔任此模塊教學。

(一)活動設(shè)計

首先，將人工智能這門獨特的課程的教學內(nèi)容轉(zhuǎn)化為項目，圍繞項目展開教學，在教師的指導下尋找得到結(jié)果的途徑，最終得到結(jié)果。其次，以活動的形式展開，活動的設(shè)計應(yīng)適合高中生的理解水平和操作能力，體現(xiàn)與現(xiàn)實問題之間的聯(lián)系。要考慮在活動中如何將人工智能的陳述性知識轉(zhuǎn)化為學生能夠解決問題的程序性知識，如利用專家系統(tǒng)外殼開發(fā)識別校園植物的專家系統(tǒng)或者在了解人工智能相關(guān)背景材料后描述人工智能技術(shù)的應(yīng)用前景。使得學生所學內(nèi)容與真實性的情景一致，使得學生能夠提出利用人工智能解決問題的方法。

(二)情景創(chuàng)設(shè)

創(chuàng)設(shè)有利于主動創(chuàng)新的信息技術(shù)學習氛圍，創(chuàng)設(shè)與現(xiàn)實問題密切相關(guān)的情景，創(chuàng)設(shè)有意義的引領(lǐng)學習問題的情境。因此，在選擇教學內(nèi)容時應(yīng)選擇適用的項目：如機器翻譯、符號運算、專家系統(tǒng)、智能游戲等教學內(nèi)容，都可利用網(wǎng)站資源為學生創(chuàng)設(shè)良好的項目情境，學生以一種姿態(tài)或扮演一種角色進行項目的學習，為問題的解決和項目的完成，提供感性認識的基礎(chǔ)。

(三)“非正式”的師生關(guān)系

最后，邀請人工智能領(lǐng)域的專家和開發(fā)人員進行人工智能教學，可采用網(wǎng)絡(luò)教學方式，“非正式”的師生關(guān)系能夠充分激發(fā)學生對人工智能學習的熱情，更易營造積極向上的學習氛圍，使得學生真正能夠觸摸到人工智能，領(lǐng)略到科學研究前沿的魅力。

四、高中信息技術(shù)人工智能教學的思考

高中信息技術(shù)人工智能教學過程中，還有以下幾個問題進行探討和思考。第一個是課程知識覆蓋面和深度的問題，人工智能作為選修課，如何安排教學內(nèi)容和知識深度制定科學合理、切實可行的方案？如何針對高中生的知識結(jié)構(gòu)、師資配備、設(shè)備和軟件的實際情況展開教學？第二個是人工智能初步課程不適宜大面積開課，而是選擇針對性的教學對象，否則對于數(shù)學后進生而言感到乏味，可與其他課程進行整合。第三個是應(yīng)及時對學生的學習效果進行評測，采取多樣化的評價方式，進而檢驗教學的紕漏和不當之處，進而提升教學效果和學習效率。

高中信息技術(shù)課程中加入人工智能課程，能夠全面培養(yǎng)學生的信息素養(yǎng)，體驗人類專家解決復雜問題的思路，培養(yǎng)學生的創(chuàng)造思維和實踐能力。但是，高中信息技術(shù)課程中人工智能課程的開展，依舊面臨眾多困難與挑戰(zhàn)，教師應(yīng)采用靈活多樣的教學方法和教學手段，積極引導學生進行人工智能的學習與研究。