普通高中人工智能課程設計與實施

摘" 要 分別從普通高中人工智能課程的開設背景、實施理念、內容設計等方面展開分析，說明人工智能課程在普通高中開設的可行性和必要性，并提出課程實施具體建議和意見。

關鍵詞 人工智能；普通高中；校本課程；核心素養；項目式學習

中圖分類號：G633.67" " 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2021）23-0085-03

1" 人工智能課程的開設背景

人工智能這一術語是在1956年達特茅斯會議上被首次提出的，它標志著人工智能這門新興學科的正式誕生。60多年來，人工智能取得長足的發展，成為一門交叉和前沿科學。特別是近幾年，隨著大數據的應用和深度學習的崛起，人工智能又得到飛躍式發展。總的說來，人工智能的目的就是讓計算機這臺機器能夠像人一樣思考。

隨著人工智能技術的發展，它已經成為世界各國增強國家競爭力和維護國家安全的重要武器，我國也在2017年發布《新一代人工智能發展規劃》。在國家“十四五”規劃建議中提出要強化國家戰略科技力量，瞄準人工智能等前沿領域，實施一批具有前瞻性、戰略性的國家重大科技項目。在教育方面，實施國家智能教育項目，并在中小學開設與人工智能有關的課程；建立和完善人工智能科學普及基礎設施，支持人工智能競賽活動發展，鼓勵各種形式的人工智能科學創作。在《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》中也將人工智能課程作為選擇性必修模塊加入其中，雖然大多數省份并未將信息技術學科作為高考科目之一，但是人工智能作為校本課程完全可以納入學生日常學習中。

2" 人工智能課程的實施理念

2.1" 始終將立德樹人放在首位

幫助學生學會有效利用人工智能技術，優化學習和生活，提高解決問題、適應社會的能力；引導學生了解人工智能技術中人與機器的關系，思索人工智能技術給人類社會帶來的機遇和挑戰，履行個人在智能社會中的責任和義務，幫助學生樹立正確的世界觀和智慧社會的生活觀與價值觀。

2.2" 課程設置多樣性

按照高中生的認知特征和個性化學習需要，體現人工智能課程的層次性、多樣性和選擇性。通過設置不同的課程內容，拓展學生的學習興趣，提升課程內容的廣度、深度和問題情境的復雜度，為學習興趣濃厚、有學科特長的學生提供具有挑戰性的學習機會，滿足學生的學習需要[1]。

2.3" 課程內容具有基礎性和時代性

課程內容緊扣大數據、算法、人工智能系統應用和人工智能社會等學科大概念，結合人工智能技術前沿知識與國際人工智能教育的發展趨勢，引導學生學習人工智能技術的基礎知識與技能，感悟人工智能學科方法與學科思想；結合學生的學習經驗和社會生活，在課程中嵌入與人工智能技術相關的社會現實問題和情境。

3" 人工智能課程的內容設計

普通高中課程以人工智能項目課程為主，通過項目式學習的方式學習人工智能相關算法，理解算法原理，根據算法模型進行項目活動體驗，在項目活動過程中培養學生的計算思維、動手實踐能力和創新創造能力。主要課程內容設計如下。

1）通過人類智能與人工智能的對比學習人工智能，體驗人工智能應用，激發學生學習人工智能的興趣，通過關于人工智能的一些思考與討論，正確處理人工智能帶來的倫理問題。

2）了解機器學習中分類算法的相關原理，知道特征和分類器是分類中的重要概念，掌握分類過程的3個階段，即特征提取、分類器訓練、測試應用，能夠根據數據訓練分類器解決實際問題。

3）了解機器學習中的監督學習與無監督學習，知道無監督學習中的聚類算法的相關原理，掌握K均值聚類算法。知道K均值算法在金融、醫療、大數據挖掘等領域的重要應用，能夠使用K均值聚類處理實際問題。

4）了解圖像在計算機中的表示，知道圖像手工特征提取與深度學習特征提取的區別，掌握深度神經網絡進行圖像分類的相關方法，知道多層神經網絡的訓練需要更多的數據與算力的支持，能夠應用深度學習算法解決實際問題。

5）了解讓計算機感知與理解聲音的基礎是聲音的數字化，知道通過頻譜的計算能夠讓計算機理解聲音的特征，知道借助深度神經網絡可以實現對音樂風格的分類。

6）了解視頻和圖片的區別與聯系，知道對視頻時間結構進行建模的重要性，掌握如何利用卷積神經網絡對視頻的光流特征進行特征提取，從而實現計算機對視頻的理解。

7）了解自然語言處理，知道如何提取文本的特征，知道詞袋模型、主題模型，能夠利用潛在語義分析技術完成文本分析與主題挖掘。能夠進行簡單的語義分析，知道語義分析是知識推薦系統的必備前提。

8）了解Python作為一門計算機程序語言是最適合人工智能開發的編程語言。通過學習了解Python的運行環境和工作原理，掌握Python中常量、變量、表達式等內容的使用方法，通過解決實際問題，體驗程序設計的基本流程，了解算法的核心地位，感受算法的效率，掌握程序調試和運行的方法。

9）了解大數據的含義，掌握數據分析的常用方法，了解數據分析并具備一定的數據分析能力，初步接觸大數據的概念、特點和工作機制，認識大數據在信息社會的重要作用，體驗大數據應用的魅力。

4" 人工智能課程的實施建議

作為人工智能課程實施的主體，學校要明確課時安排、實施機構與人員、組織方式、評價形式等，加強過程指導和管理，確保課程實施到位。

4.1" 課時安排

建議從高中一年級開始開設課程，可以結合信息技術和校本課程，每周不少于一課時。學校要切實保證人工智能課程時間，在開足規定課時總數的前提下，可以選擇以社團課程或者興趣小組等形式開展人工智能的深層次教學。

4.2" 組織方式

人工智能課程以必修、選修或者必修與選修結合的形式開設，學校可以根據實際情況靈活選擇。課程的設置要充分考慮學生的興趣，做到課程為培養學生服務。鼓勵利用人工智能教育學習平臺等方式突破時空界限，進行普識教育。

4.3" 教學建議

在教學過程中要特別注意高中學生的認知特點和差異，合理選用并探索新的教學方法與教學模式，引導學生親歷利用人工智能知識發現問題、分析問題和解決問題的過程，營造有利于學生主動創新的學習氛圍。

4.3.1" 圍繞核心素養目標開展教學" 教師在教學過程中要重視對學生進行技術思想和方法的學習指導，圍繞人工智能意識、創新思維和社會責任開展教學。在教學中應避免過度強調對事實性知識的機械記憶，通過挑選、設計貼近學生學習生活實際、體現人工智能核心技術的應用實例，引導學生體驗、領悟人工智能思想和方法，領會學科核心素養內涵，全面提升學生人工智能素養，實現人工智能教育的價值。

4.3.2" 創新學生主體的多元教學方式" 針對不同的學習內容，考慮學生差異，靈活采用自學、模仿、實驗、合作、體驗、探究等各種教學和學習方式，引導學生通過閱讀、觀察、應用、設計、編程、組裝、改造、思考、討論、展示等活動進行自主學習，促進學生在教師指導下主動地、富有個性地學習。培養學生的智能意識和實踐能力，讓學生體驗人工智能相關技術在不同領域的應用，提高學生利用人工智能解決實際問題的能力。

4.3.3" 創設智能化教學環境和學習資源" 人工智能教育的開展需要依托多種教學平臺、系統、軟硬件資源的支撐，學校應盡量配置必要的計算機、輔助人工智能項目實踐的核心算力、網絡設備、智能機器人、實驗平臺等各種服務于教學的軟硬件平臺[2]。可設立人工智能實驗室，通過建設智能化教學環境，使學習過程、學習結果可以跟蹤記錄，使教學質量可以監測，為人工智能教學的順利開展創設良好環境，提供有力保障。學校要建立課程資源庫，在教學中積累、開發優秀校本課程資源。

4.3.4" 開展項目式學習活動" 在高中開設人工智能課程應該理論學習和實踐應用二者并重，要從生活實例出發，開展基于問題的學習，將學科知識轉化為若干教學項目，以項目展開教學，將每一項目轉化為解決問題的一組學習任務。根據項目學習規劃的安排，通過調查、案例分析、文獻閱讀和網上資料搜索等方式，開展項目學習探究活動。教師可通過項目式學習活動，引導學生在解決問題的過程中感受人工智能對人們日常生活的影響，幫助他們探究知識，提高利用信息技術解決問題的能力。

人工智能的迅速發展必將深刻改變人們的生活。推動人工智能知識的普及，激發廣大青少年群體對于人工智能行業的興趣，助力培養更多的人工智能人才，已成為一項時不我待的任務。下移人工智能行業的人才培養，建立覆蓋中小學階段的人工智能課程體系，對于我國人工智能的發展具有根本性和全局性的意義。

“少年智則國智，少年強則國強。”青少年是祖國的未來，是民族的希望。而對于高中生而言，早一點學習人工智能相關課程、了解相關知識，也是為了更好地迎接未來。因為比人類更強大的，不是人工智能，而是掌握人工智能的人類[3]。在普通高中學段開設人工智能課程，不但可以為學生發展提供新的平臺，還能進一步提升教師素養，促進教師的專業化發展。事實上，現有教師隊伍對于人工智能技術的了解還有很大的局限性，在普通高中開設人工智能課程值得去探索與實踐。

5" 結束語

隨著科技的發展，人類社會正式步入人工智能時代。本文首先闡述在普通高中學段開設人工智能課程的背景，明確人工智能課程在普通高中開設的可行性和必要性；其次表明人工智能課程的實施理念，建議以人工智能項目課程為主，對人工智能課程進行內容設計；最后對于課程的課時安排、組織方式、教學方面進行詳細闡述，希望對普通高中開設人工智能課程、對提高學生學科核心素養有所幫助。

參考文獻

[1]張文靜.關于開設高中人工智能課程的思考[J].中小學電教，2008（3）：21.

[2]銀濤.淺談人工智能在中小學教育中的應用[J].教育現代化，2019（6）：196-198.

[3]謝昱，陳映曉.我國中學人工智能教育狀況的調查研究[J].未來與發展，2019（12）：103-105，71.

[4]任友群，黃榮懷.高中信息技術課程標準修訂說明[J].中國電化教育，2016（12）：1-3.

[5]國務院關于印發新一代人工智能發展規劃的通知[A/OL].（2017-07-20）[2021-06-14].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

作者：周勤磊，山東省濟南第二中學，一級教師，研究方向為信息技術（250003）。