人工智能教學創新案例介紹

馮潔卿

(廣東省廣州市南沙第一中學 廣東廣州 511457)

一、人工智能教育要求

2017年7月，國務院印發了《新一代人工智能發展規劃》，對未來到2030年，我國人工智能發展的總體思路、戰略目標和主要任務、保障措施等方面進行了系統的規劃和部署，為推動我國人工智能的長期發展指明了方向。文件要求“實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程，逐步推廣編程教育”[1]，表明中小學人工智能科普教育的開展成為國家人工智能重大策略的重要組成部分。

二、《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》與高中課程標準的要求

2017年9月25日，教育部印發《中小學綜合實踐活動課程指導綱要》，強化了課程育人導向，明確提出了價值體認、責任擔當、問題解決、創意物化四個方面的課程目標[2]。并對信息技術活動建議中針對7-9年級確定了代碼編程活動：“了解程序設計的基本過程和方法；熟悉程序設計語言的用法，掌握常量、變量、函數等基本概念，理解程序的三種基本結構，知道人與計算機解決問題方法的異同，嘗試編寫、調試程序。激發編程的興趣，培養邏輯思維能力，進一步理解計算思維的內涵，提高數字化學習與創新素養，增強信息意識和信息社會責任。”

2013年，教育部啟動了普通高中課程修訂工作，并于2018年1月正式頒布《普通高中課程方案和語文等學科課程標準（2017年版）》。其中《高中信息技術課程標準》中提出，高中信息技術學科核心素養包括：信息意識、計算思維、信息社會責任、數字化學習與創新等四個核心內容。信息意識是指：個體對信息的敏感度和對信息價值的判斷力。計算思維是指：個體運用計算機科學領域的思想方法，在形成問題解決方案的過程中所產生的一系列思維活動。數字化學習與創新是指：個體通過評估和選擇常見的數字化資源與工具，有效管理學習過程與學習資源而完成學習任務的能力。信息社會責任是指：在信息社會中，個體在文化修養、道德規范和行為自律等方面的綜合表現[3]。四個核心要素相互支持，相互滲透，共同促進學生信息素養的提升。

按照《普通高中課程方案（2017年版）》設置的課程結構，高中信息技術課程由必修、選擇性必修和選修三類課程組成。在高中信息技術必修和選修模塊中，均有安排人工智能的學習內容。其中，“必修模塊1：數據與計算”中要求：通過人工智能典型案例的剖析，了解智能信息處理的巨大進步和應用潛力，認識人工智能在信息社會中的重要作用。“選擇性必修模塊4：人工智能初步”要求：學生應該了解人工智能的發展歷程和概念，能描述典型人工智能算法的實現過程，通過搭建簡單的人工智能應用模塊，親歷設計與實現簡單智能系統的基本過程與方法，增強利用智能技術服務人類發展的責任感[3]。

粵教版必修1《數據與計算》中第六章“人工智能及其應用”作為人工智能的第一課，教材以“剖析空調企業智能客服機器人”，利用教科書配套學習資源包提供的虛擬仿真系統，體驗某空調生產企業的智能客服機器人所提供的服務，以領域知識智能問答機器人代替人們在搜索引擎上一個一個地查看網頁，直接給出準確的回答內容[4]。教材上要求使用Python語言編程實現Jaccard相似度系數算法，以及使用訓練模型程序進行知識庫模塊的構建。整章教材的安排上，展示活動非常專業，學生的可參與度低。項目以python為知識背景，需要學生有一定的python基礎，否則無法進行學習。

三、人工智能案例介紹

許多教師在講授人工智能第一課時，常以體驗各種人工智能軟件為主，學生的認知水平主要停留在認識某個軟件或程序的使用，只單純地覺得新奇好玩。本課的教學安排不同于以往的經驗，教師通過設計活動，讓學生參與編程活動了解到體感游戲的核心技術，從而揭開人工智能的神秘面紗。學生對體感游戲并不陌生，攝像頭也是普遍的硬件，在許多家庭電腦中也常常配備，因此，本教學案例容易實現。

本案例先讓學生列舉他所知道的人工智能的例子，由此歸納人工智能的概念和研究領域。接著，由人工智能的幾次人機大戰指出人工智能的發展歷程。在這里跟學生介紹人工智能概念的提出背景，以及什么是圖靈測試。接下來，介紹生活中常常使用的人工智能技術。主要有百度導航、形色植物識別、全能掃描王文字識別、同聲翻譯超級版的語言翻譯、小愛同學智能播報，最后使用微軟小冰對學校校門照片寫詩的效果跟同學們提前完成的詩歌做對比。通過這些展示活動，學生對生活中的人工智能技術有了非常深刻的體驗。

接下來，介紹使用圖形化編程軟件并配合電腦的攝像頭就可以制作一款簡單的體感互動游戲。

最后，引導學生思考，對于人工智能，我們需要思考的內容以及人工智能的使用規范。人工智能安全與倫理方向的內容，搶答人工智能的價值與風險，介紹維護安全的方法及相關法律法規。

本課中展示了手機上的相關智能軟件，如“百度地圖”導航、QQ、“小冰”聊天等。所以，在教學過程中，教師可使用同屏器把手機屏幕實時傳輸到投影器上，讓學生真實地參與展示活動，學生會有極大的興趣。使用圖形化編程軟件和攝像頭能制作一款簡單的體感游戲，讓學生知道人工智能技術并不是高不可攀的，讓學生知道人工智能技術的實現方法，由此縮短學生與人工智能技術間的距離。

四、人工智能課程模式設想

我們的社會正處在人工智能快速發展的時代，學校開展人工智能課程，能讓學生學習人工智能的理念、知識和方法，可為以后的生活、就業和能力做好準備。學習人工智能，我認為可以分為AI體驗與感知、AI技術與應用、AI創客與創新三個階段。

在初級階段“AI體驗與感知”，以計算思維培養為重點，以感知和體驗人工智能為輔。教師可以讓學生體驗各種智能APP和調用各大平臺API，如百度AI開放平臺、騰訊AI開放平臺、科大訊飛體驗中心等，學生可以在線體驗動植物識別、人臉識別、文字識別、語音識別等常見的人工智能應用。

在中級階段“AI互動與應用”，以高級計算思維培養為重點，以初步理解人工智能實現知識體系為輔助。教師可以使用基于圖形化開發的編程平臺，如Mind+、Kittenblock、慧編程、Mixly等圖形化編程軟件，讓學生學習語言識別、語言合成、文字翻譯、AI圖像識別，配合攝像頭就可以開展人臉識別、人臉對比、常用物體識別、手勢識別、人體關鍵點識別等活動。另外，還可以加入如micro:bit、光環板、掌控板、arduino、樹莓派等硬件，開展更多功能豐富的人工智能項目。

在高級階段“AI創造與創新”，以項目式人工智能技術為重點，培養創造與革新能力。這階段主要進行基于python編程的數據處理、各種擴展包的應用、學習TensorFlow等技術，完成語音識別與合成、計算機視覺、人機交互、傳感與控制等技術。

五、結束語

人工智能課程旨在讓學生掌握人工智能的基本知識，使學生具備人工智能時代所必備的知識和素養，課程的設計應與生活應用相結合，使學生能夠運用人工智能知識解決生活與學習中的實際問題。