人工智能初步模塊教學規劃

趙永濤　袁雯雯

國務院發布的《新一代人工智能發展規劃》明確指出：“人工智能成為國際競爭的新焦點，應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，培養復合型人才，形成我國人工智能人才高地。”教育部發布的《2019年教育信息化和網絡安全工作要點》表示，“將在中小學階段開設人工智能相關課程，逐步推廣編程教育”。在這個大背景下，信息技術選擇性必修模塊人工智能初步既要肩負普及人工智能知識的重任，又要承載踐行國家發展規劃的使命。

● 內容特點

1.聚焦學科核心素養，體現時代性

學科核心素養是信息技術課程著力培養的素養。高中信息技術學科核心素養有四個組成部分，即信息意識、計算思維、數字化學習與創新和信息社會責任。通過人工智能模塊的學習，學生在以下學科素養方面有提升：

①在信息意識方面。主要體現為對人工智能產生較為濃厚的興趣，能理解人工智能對信息技術發展的意義，能基本分析一些與人工智能相關的技術事物與現象，在自己的日常生活與學習中能自覺利用人工智能的軟件工具及相關制品，樂于分享對人工智能的認識，積極關注人工智能的新發展，主動探索人工智能的新產品和發展人工智能的新想法。

②在計算思維方面。主要體現為從過程和原理上基本理解人工智能的實現方法。通過人工智能處理或解決較復雜的問題，切實體驗到人工智能應用模塊的基本開發流程，培養并加深利用計算思維設計并實現解決方案的能力。

③在數字化學習與創新方面。主要體現為理解人工智能的新進展、新應用，并能將其適當運用在學習和生活中。通過實踐，拉近與人工智能的距離，改變人工智能遙不可及的認知，形成在學習和生活的其他方面進行應用和創新的意識。

④在信息社會責任方面。通過對智能系統的體驗，以具體的實踐經歷為依據形成認知，在感受到人工智能的巨大價值的同時，也深入理解可能存在的危險。

人工智能初步模塊在著力培養學科核心素養的同時，也注重體現時代性，對新一代人工智能的技術突破和我國在此領域所取得的成就格外關注。該模塊的內容設置在一定程度上體現出我國信息技術和信息社會發展新面貌，它不僅拓展了學生的知識面，而且極大地激發了學生的興趣。

2.以學生認知能力為依據，內容高度選擇

雖然人工智能只有60多年的發展歷史，但是由于其發展過程三起三落，又與多個學科交叉發展，因此其知識體系尤其龐大。從人工智能初步教學對象的角度研究發現，其教學內容高度選擇，呈現薄古厚今的鮮明特點。內容安排嚴格以高中生認知發展水平為依據，以能激發高中生興趣的內容為主，格外關注最近一次人工智能浪潮襲來時取得的重大成果和我國在人工智能領域取得的成就。

3.遵循主流觀點，關注新一代技術的發展

在人工智能的發展過程中出現過眾多流派，各種觀點眾說紛紜。在人工智能初步模塊中遵循主流觀點，精選若干在人工智能學科發展中具有里程碑意義的概念、算法及系統，以計算機科學的觀點呈現在教材中。在新一代人工智能技術發展中應用卓越的領域，如自動翻譯、圖像識別和自動駕駛等，精煉典型案例和智能系統，選擇符合學生認知的智能開發平臺，豐富學生認知體驗，增強學生將人工智能應用于學習和生活的動力。

4.重視知識普及，強調知識遷移

人工智能模塊體現科學性與前瞻性，選擇人工智能領域可普及的知識，可以引導學生了解人工智能的最新成果對生活、學習的影響。通過智能模塊搭建、設計與實現簡單智能系統等項目，激發學生數字化創新的動機，將通過人工智能初步模塊學習到的技術、算法和理論遷移至學習和生活的其他方面，提高學生解決問題的能力，培養學生對信息技術發展的適應能力。

● 教學規劃

人工智能初步模塊屬于選擇性必修內容，共設置三個部分的內容，分別是人工智能基礎、簡單人工智能應用模塊開發和人工智能技術的發展與應用。通過該模塊的學習，學生可修得2學分，每學分18課時，共需36課時，其修習情況屬于綜合素質評價的內容。

教師在開展教學前，要通過模塊教學計劃、單元教學計劃和課時教學計劃的逐級設計厘清脈絡，融合學科思想，緊密結合生活實際，恰當組織內容。各版本教材在內容設計上各有不同。例如，人教-中圖版《人工智能初步》教材結構框架如上表所示。

人工智能的教學離不開實驗環境，實驗環境的配置也有很多不同的方案，各個地方和學校的實驗條件、師資及學生的具體情況有很大差異，應根據《課標》要求、學校條件和學生的實際情況斟酌而定，以保證良好的教學效果。

● 教學策略

根據《課標》要求，學生通過本模塊的學習，要能從發展歷史的角度了解人工智能的發展歷程，描述人工智能的基本特征，了解人工智能深入應用的案例，并能將其遷移到生活的其他情境中，能夠利用開源人工智能應用框架，搭建簡單智能系統，以豐富的體驗感受人工智能的巨大價值，并理性看待人工智能的發展和其帶來的倫理和安全問題。為了實現以上學習目標，在教學中教師要關注與必修模塊的銜接，注重教學語言的深入淺出，采用項目式教學，用貼近生活的實例，切實激發學生興趣，培養理性的技術觀，實現學生信息素養的提高。

1.關注知識銜接，強調語言深入淺出

該模塊與必修部分內容關聯性極強，因此要關注知識銜接，從學生的已有認知中衍生發展出新的知識領域，這樣更有利于學生在思維上理解本模塊內容。在教學中，采用高中生易于理解的非形式化語言加以論述。尤其是在智能算法部分，更需以語言上的深入淺出淡化理論的艱深內涵。

2.以項目式教學為導向

項目式教學的特點是讓學生經歷分析問題、解決問題，最終完成項目的全過程。在人工智能課程中使用項目式教學能夠讓學生理解、體驗和經歷人工智能系統設計與編程實現的過程與方法。在項目的選擇和項目方案的設計上強調智能性，體現人工智能在解決問題上的優勢。

3.以貼近生活的實例，激發興趣

人工智能于潤物無聲中改變著人們的生產和生活方式。在教學中要選擇貼近學生生活的智能案例，如從學生的社會實踐、鍛煉、旅游、考察等日常活動中確定項目和采集數據，讓學生帶著深度體驗認識和理解人工智能的理論和相關核心算法，這對于激發學生興趣大有裨益。

4.培養理性技術觀

伴隨著人工智能的飛速發展，技術帶來的紅利已經深入人心。通過剖析典型智能系統應用案例，學生既要感受到人工智能帶來的便利，同時也要認識到其潛在的風險，加深對技術是一把雙刃劍的理解，形成理性的技術觀。在教學中，要注重引導學生從個人和社會發展的角度理性看待技術進步，深入思考人工智能帶來的倫理問題和安全挑戰，強化學生對維護和遵守智能化社會的規范與法規的認識。