親歷AI設計與實現，增強技術服務責任感

李維明，教育部普通高中信息技術課標修訂組核心成員，正高級教師（教授）

主持人語：自2019年9月采用新課標新教材開展教學以來，北京、天津、山東、海南、遼寧等5個省（市）大多完成了必修模塊的教學，部分省（市）還進行了學業水平合格考試，取得了良好的成效。2020年，教育部又組織專家對課標進行了修訂，頒布了最新版的《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020修訂）》，更加明晰了學科核心素養的內涵和內容模塊的結構，增強了教學應用的方向感。當下，新課標新教材的教學實踐已經進入到選擇性必修模塊教學的新階段，怎么選擇、怎么教學是必須面對的重要問題。為配合選擇性必修課程的教學，本期繼續“普通高中信息技術新課程實施”之選擇性必修模塊的教學等系列專題的研討，以饗讀者。同時，也希望廣大信息技術教師、教研人員積極參與，獻計獻策，共同促進學科新課標新課程的順利實施、健康發展。歡迎大家不吝賜稿。（358211798@qq.com）

按照《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020修訂）》（以下簡稱《標準》）的安排，“高中信息技術選擇性必修課程是根據學生升學、個性化發展需要而設計的，分為升學考試類課程和個性化發展類課程。選擇性必修課程旨在為學生將來進入高校繼續開展與信息技術相關方向的學習以及應用信息技術進行創新、創造提供條件”。其意圖十分明確：“人工智能初步”“三維設計與創意”“開源硬件項目設計”三個模塊是為學生個性化發展而設計的課程，學生可根據自身的發展需要進行選學。所以，從教學實施的角度出發，既要考慮如何引導學生根據自己的個性化發展進行選擇，又要考慮如何將《標準》、教材的要求落實到課堂。

“人工智能初步”是為學生的個性化發展而設計的課程中的三個模塊之一，是針對人工智能的發展特征，從基礎知識與應用、簡單人工智能應用模塊搭建及開發等方面設置的選擇性必修模塊。與其他選擇性必修模塊一樣，教學前要弄清本模塊的內容結構及教學要求，教學時抓住“數據”“算法”“系統”“社會”這四個學科大概念，讓學生“了解人工智能的發展歷程及概念，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”。

● 了解內容結構

《標準》中“選擇性必修模塊4：人工智能初步”共包括“人工智能基礎”“簡單人工智能應用模塊開發”“人工智能技術的發展與應用”三部分內容。其內容結構如下圖所示。

人工智能的基礎是讓學生從歷史發展的角度了解人工智能基礎的、經典的內容，包括人工智能的發展歷程及趨勢、人工智能的核心算法及實現原理、智能技術應用的基本過程等。有關人工智能的核心算法，《標準》只提及了“啟發式搜索”和“決策樹”，這是考慮到人工智能的相關算法對高中學生來說難度較大，所以，從理解算法及其實現原理的角度出發，算法本身簡單一些，理解起來相對就容易一些。同時，“啟發式搜索”和“決策樹”在人工智能算法中的應用較基礎，所以能起到舉一反三的作用。

簡單人工智能應用模塊開發是強調體驗簡單人工智能應用模塊的開發的完整過程，并在該過程中深入認識當前主流人工智能開發工具和開發平臺，如百度、阿里、騰訊、科大訊飛、商湯等人工智能開放創新平臺。主要認識其特點、應用、開發局限等。利用其中功能，設計并搭建簡單的應用模塊，如人臉識別、語音處理、文本關鍵詞提取等智能應用模塊，真實體驗人工智能開發應用的過程。

人工智能技術的發展與應用應讓學生在了解人工智能技術快速發展的同時，逐漸理解其潛在的安全及倫理風險。因此需要增強安全防護意識，增強責任感，自覺維護和遵守人工智能時代的法律法規與倫理道德規范。

● 模塊教學策略

由于人工智能涉及的技術十分寬泛，其算法及實現難度也較大，所以，在教學中讓學生親歷人工智能應用模塊的搭建及簡單的智能系統的應用體驗就顯得十分重要。為此，《標準》建議“在本模塊教學中，教師既可以通過案例分析、項目設計等方式，引導學生拓展思維”，也可以“向學生展示或剖析比較典型的智能系統，如早期的專家系統以及‘深藍（Deep Blue）’‘沃森（Watson）’‘阿爾法圍棋（AlphaGo）’和‘百度大腦’等系統”，在教師的幫助下“親歷”和“體驗”。案例分析和項目設計是學生“親歷”和“體驗”的可行途徑，這種親歷既可以是利用開放平臺動手操作，也可以是在應用的過程感受AI的優勢與不足。

當然，“親歷”和“體驗”的目的是讓學生“了解人工智能的核心算法，熟悉智能技術應用的基本過程和實現原理”，但有些應用其原理相對復雜，涉及的理論較深奧，算法也很繁雜，對于這樣的問題教學中應該怎么處理呢？《標準》建議“在學習有關人工智能基礎知識方面的內容時，可多采用案例剖析法，讓學生在模仿中習得，在創造中推新。盡可能利用學生在必修、選擇性必修等課程學習中已取得的經驗，降低學習障礙，保證學習效果”。

至于思維的“拓展”和學習興趣的激發，《標準》建議“在引導學生發現問題、嘗試用人工智能方法解決問題的過程中，讓學生初步了解和體驗人工智能的特點，感受智能技術對生活與學習帶來的影響，進一步激發學生學習和探究新技術、新知識的積極性，提高他們綜合應用信息技術的能力”。

人工智能所依賴的三大技術基礎是數據、算法和算力，其中數據的來源就涉及用戶隱私數據的采集、傳輸、處理和顯示等。例如，隱私數據一旦被人盜用就會造成用戶的損失，大量的數據泄露，更會給個人及社會帶來災難性的后果。又如，高度智慧的機器人是不是人？這是一個復雜的社會倫理問題。諸如此類的人工智能應用中出現問題，都必須正視，在教學中應該辯證認識人工智能對人類社會未來發展的巨大價值和潛在威脅，自覺維護和遵守人工智能社會化應用的規范與法規，增強技術服務責任感。

● 學業評價建議

《課標》要求：“學生修習高中信息技術必修課程后，應該達到學科核心素養水平1，修習選擇性必修課程后，應該達到學科核心素養水平2。”就“計算思維”這一核心素養維度來說，學科核心素養水平2就應該達到：“針對較為復雜的任務，能運用形式化方法描述問題，并采用模塊化和系統化方法設計解決問題的方案;正確區分問題解決中涉及的各種數據，并采用適當的數據類型表示;針對不同模塊，設計或選擇合適的算法，利用編程語言或其他數字化工具實現各模塊功能;利用適當的開發平臺整合各模塊功能，實現整體解決方案。”這一水平的要求是較高的，但這并不是對某個模塊學習后提出的要求，而是選擇性必修課程整體修習后達到的水平。教師在評價命題時應該考慮到這一點，不能過高地提出考核的要求。

由于該模塊的測試不涉及學生的高中畢業，考試一般由學校自己組織，所以采用何種形式進行評價，學校可以自行確定。考試不是目的，目的是激發學生學習興趣，增加對人工智能技術的了解，提升信息素養，為國家智慧社會的建設和發展培育有用的人才。無論是教學還是評價，都應該把握這一大方向。