開好人工智能“第一課”

馬進亮 魏一靜

一、引言

2017年7月8日，國務院發(fā)布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》（國發(fā)〔2017〕35號，以下簡稱“《規(guī)劃》”）。《規(guī)劃》中明確提出：逐步開展全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育，建設人工智能學科，形成我國人工智能人才高地。自2003年以來，高中信息技術(shù)課程結(jié)構(gòu)采用的是“1+5”的模式，人工智能就是選修模塊之一。肖廣德、郭芳等學者在《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》（以下簡稱“2017年版課標”）修訂之前曾對舊版（2003年版）的課程標準實施情況進行了調(diào)研。調(diào)查結(jié)果顯示，人工智能課程由于受到師資力量、硬件環(huán)境、評價體系、學業(yè)水平考試導向等因素影響，在抽樣調(diào)查的71所學校中開設比例只有1.8%，且開設的學校都位于經(jīng)濟發(fā)達地區(qū)。2017年版課標再次提出在高中階段開設人工智能課程，并將其提升到國家的戰(zhàn)略層面。由此可見，在高中階段開設人工智能課程是非常有必要的，是符合時代發(fā)展的必然選擇。

每輪課改，學校都會對自己的課程體系進行開發(fā)和規(guī)劃，整合國家、地方、校本課程，構(gòu)建適合每個學生發(fā)展的課程，使國家課程得以校本化實施。這樣既能落實國家課程方案的價值取向，又能滿足學生個性成長需求。我校從2003年起就將人工智能課作為選修課程進行開設。隨著課程開展的深入以及信息化時代的發(fā)展，我們在課程實施中也遇到了一些問題和困惑：內(nèi)容和案例陳舊，與信息化高速發(fā)展的現(xiàn)狀不相適應，無法滿足新的教學要求；環(huán)境設施落后，沒有后續(xù)的投入，影響日常教學的效果，無法激發(fā)學生的學習興趣；教師專業(yè)發(fā)展跟不上，知識的廣度和深度有待提升；等等。這些問題隨著2015年我校“想象·創(chuàng)造”省級課程基地的批準立項迎來了轉(zhuǎn)機。學校同時攜手地區(qū)周邊的研究院、高校共建該課程基地。這樣既為課程實施提供了良好的課程資源支持平臺，又為教師的專業(yè)成長提供了支持平臺。以此為契機，我校人工智能課程又煥發(fā)了活力。

面對2017年版課標，很多一線教師可能會感到迷茫、困惑：究竟該如何實施“人工智能”這一課程呢？為此，筆者基于自己的探索，分享人工智能的課例——“走近人工智能”。（教學設計見表1）

表1 “走進人工智能”教學設計

二、課程目標定位

2017年版課標頒布之前，我校已開展校本人工智能課程數(shù)年，課程內(nèi)容是根據(jù)2003年版課標、學生學習反饋、當下人工智能發(fā)展趨勢來選擇組織的，每個學期都會根據(jù)實際情況有所調(diào)整。2017年版課標的頒布，對課程的目標、內(nèi)容、學業(yè)質(zhì)量進行了規(guī)定并提出了實施建議。這為人工智能課程進一步實施指明了方向。但有了方向卻無具體的技術(shù)路徑——教材，那么第一課該學什么呢？通過本課的學習，學生會發(fā)生怎樣的變化呢？

對這種情況，我們首先梳理了2017年版課標中的內(nèi)容要求和學業(yè)要求。2017年版課標中必修課程模塊1“數(shù)據(jù)與計算”和選擇性必修·模塊4“人工智能初步”中內(nèi)容要求如下：描述人工智能的概念與基本特征；知道人工智能的發(fā)展歷程、典型應用以及趨勢；熟悉智能技術(shù)應用的基本過程和實現(xiàn)原理；引導學生關注人工智能帶來的一系列道德、倫理、隱私、安全等問題。學業(yè)要求表述如下：學生能描述人工智能的基本特征；了解人工智能的新進展、新應用，并能適當運用在學習和生活中；了解人工智能的發(fā)展歷程，能客觀認識智能技術(shù)對社會生活的影響。

其次，對學習對象進行分析。學生對人工智能的體驗與認知現(xiàn)狀是學生的先前知識經(jīng)驗，這些經(jīng)驗主要通過大眾傳媒、實際生活體驗、學校組織的講座等途徑來獲得。例如，觀看影視作品或參觀科技展覽、使用地圖導航、掃地機器人等等。從我校每學期《學生信息素養(yǎng)情況調(diào)查問卷》的分析結(jié)果來看，他們對人工智能的情感與態(tài)度現(xiàn)狀如下：學生是愿意學習與人工智能有關的課程的，也愿意在未來從事與人工智能相關的職業(yè)。學生參與學習人工智能的積極性比較高，有很強的求知欲。通過分析可以看出，學生已經(jīng)具備了一定的人工智能知識經(jīng)驗以及學習人工智能的動力，但他們對人工智能的發(fā)展歷程以及背后的技術(shù)原理缺乏系統(tǒng)的、整體的認識，容易出現(xiàn)技術(shù)與應用、理論與實踐相脫節(jié)的現(xiàn)象。所以教師需要引導學生從日常的情境中進行體驗和觀察，并通過具體的案例剖析來整體認識人工智能。

通過梳理內(nèi)容要求和學業(yè)要求，我們明確了本課的作用和地位：既要體現(xiàn)必修模塊的基礎性，又要為選修模塊“人工智能初步”的自然延伸和拓展作鋪墊。對學情的分析，為我們了解學生的“最近發(fā)展區(qū)”，為“腳手架”的搭建提供了支撐。這些梳理和分析也為學習目標的設定和學習內(nèi)容的選擇提供了依據(jù)。學習目標是通過本課的學習，期望學生在知識、能力、觀念方面所發(fā)生的變化，它也是教、學、評的依據(jù)。所以，在教學目標的表達上需要由過去的“技術(shù)技能”取向轉(zhuǎn)為“核心素養(yǎng)”取向。筆者擬定本課的教學目標如下：

（1）通過對智能玩伴小天機器人的觀察、親身體驗以及教師的講解，學生能夠知道人工智能的概念以及基本特征。（信息意識）

（2）通過智能玩伴小天機器人和智能家居百度小度機器人的分析對比，學生能夠了解人工智能的發(fā)展歷程，分析小度機器技術(shù)優(yōu)勢（自然語言理解和百度大腦），并理解百度人工智能應用的基本過程和實現(xiàn)原理。（計算思維和數(shù)字學習與創(chuàng)新）

（3）通過觀看視頻和小組討論，學生能夠探討人工智能帶來的一系列道德、倫理、隱私、安全等問題，理性地看待人工智能技術(shù)，擔負起信息社會責任。（信息社會責任）

有了學習目標，就需要圍繞目標來選擇學習內(nèi)容。為此，筆者查閱了大量與人工智能相關的資料，并整合之前校本課程的課程資源，最終選擇了與學科核心素養(yǎng)和學科大概念相關聯(lián)的內(nèi)容：人工智能、圖靈測試、自然語言理解、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、知識圖譜、算法、算力、數(shù)據(jù)等等作為本節(jié)課的知識內(nèi)容。

三、課程實施策略設計

確定好目標和內(nèi)容之后，接下來需要解決策略設計的問題，即如何組織和呈現(xiàn)學習內(nèi)容以達到學習目標。在信息超載和知識碎片化的今天，教學應該圍繞個人意義建構(gòu)和問題解決這兩個中心來組織，即選擇那些對個人意義建構(gòu)和問題解決有幫助的信息與知識。在以上分析的基礎上，本課形成了一明一暗兩條主線。（1）教學明線。從學生的認知特征出發(fā)設置了明線：初識人工智能—了解人工智能—分析人工智能—總結(jié)人工智能—反思人工智能。（2）教學暗線。從人工智能的發(fā)展歷程出發(fā)設置了暗線：弱人工智能階段—通用人工智能階段（AI生態(tài)）—強人工智能階段。（見圖1）

根據(jù)兩條線來搭建學生認知支架，明晰概念（人工智能AI、圖靈測試、自然語言理解、百度大腦等等），側(cè)重應用（智能家居百度小度機器人、百度AI開放平臺等），以“點”（自然語言理解、人工神經(jīng)網(wǎng)絡、知識圖譜、算法、算力、數(shù)據(jù)等等）深入，以“面”（AI生態(tài)：基礎層、技術(shù)層、應用層）歸類，“點”“面”結(jié)合，引發(fā)學生意義建構(gòu)。

綜上，2017年版課標的頒布，為人工智能課程進一步發(fā)展指明了方向。我們應以新版課標為依據(jù)，結(jié)合技術(shù)發(fā)展趨勢，不斷探索、完善人工智能課程的建設，助力學生的技術(shù)素養(yǎng)發(fā)展。

圖1 “人工智能的發(fā)展歷程”思維導圖