“人工智能技術的發展與應用”教學建議

郭君紅 王飛

“人工智能技術的發展與應用”是選擇性必修模塊4“人工智能初步”中的一個重要組成部分。這部分內容強調通過應用體驗，了解智能社會面臨的倫理及安全挑戰，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，增強信息安全防護意識，自覺維護和遵守人工智能社會化應用的規范與法規。

● 教學面臨的問題與困境

第一，教學內容缺乏深入挖掘。教學案例和教學資料的分析更多地處在比較淺顯的討論和說理層面，尤其是對人工智能倫理與安全等相關問題沒有深入思考，缺乏科學的推論與理論支撐，很難引起學生的內在共鳴，這就導致學生思考問題流于表面，缺乏獨到見解。

第二，教學案例缺乏精心選擇。教師在備課時更多地關注如何挑選內容新穎、技術酷炫的學習資料來吸引學生，忽略了學科知識的滲透，從而出現課上學習氣氛熱鬧，課后效果落實不佳的現象。

第三，教學線索缺乏組織條理。教師在組織教學時，忽略了案例之間的聯系，沒有形成清晰的脈絡，課堂教學組織凌亂，沒有激發出學生學習和探究新技術、新知識的積極性，也難以提高學生綜合應用信息技術的能力。

第四，教學過程缺乏方法引領。教師在這部分授課過程中，常利用文本和音視頻資料呈現案例，缺乏利用討論、辯論等手段激發學生的創新思維。因此，學生對人工智能技術在實際生活中解決問題的作用和價值、引發的社會問題以及未來發展方向理解不夠到位。

● 教學內容的分析與整體把握

“人工智能技術的發展與應用”是貫穿于整個人工智能教學的重點話題，在作為獨立內容進行授課時，教師需要整體把握人工智能技術的發展歷程、應用領域及其未來的發展趨勢。在此基礎上，靈活處理教材相關內容，合理組織學習材料，開展適合學生認知經驗和特點的探究活動。

1.教材中內容組織和分析

以人教—中圖版教材為例，對人工智能技術的發展與應用相關問題的討論主要集中在第一章《人工智能在身邊》和第四章《優勢局限之我見》，具體內容和教學組織形式如表1所示。教師應重點關注人工智能技術的特點、研究和應用領域以及當前熱點技術，教學活動方式以討論、辯論為主。

2.知識與內容整體把握

通過教材分析可知，該部分的知識點與問題完全融合在項目教學過程中，教師在備課過程中需要對相關內容進行整體把握，形成完整和清晰的知識脈絡，嘗試整理當前的熱點問題（如上頁表2）。

在內容把握上，建議選擇一項自己感興趣和熟悉的技術進行比較深入的研究，要緊扣學科知識，從人工智能技術的發展歷程、應用領域和研究方向上把握技術的發展趨勢，理解人工智能的認知行為和處理模式。在此基礎上，關注人機差異帶來的社會影響以及如何揚長避短，充分發揮技術優勢與價值等問題。

● 教學活動實踐建議

1.整體建議

由教材分析可知，本部分教學內容主要依托案例分析、論文和辯論會等形式開展。教師在教學過程中，要結合教材深入挖掘教學內容，精心選擇教學案例，有效運用教學方法，對教學線索進行進一步整理。

要明確一個具體的應用場景，充分體驗人工智能技術在科教文衛醫療等發面發揮的巨大價值和作用。通過分析其核心的智能技術，引導學生理解歸納利用智能科學與計算機網絡技術解決問題的方式方法，把握人工智能在基礎設施、應用技術、集成應用三個層面的發展趨勢，從而使學生清晰地認識到技術背后折射的一系列安全和倫理問題，探究人類智能與人工智能和諧發展的重要意義。

從具體教學實踐環節上看，可以從確定具體應用領域、探尋核心處理技術、提煉總結過程方法、暢想把握未來趨勢、關注聚焦倫理安全等層面入手進行研究探討，具體教學實施路徑如下圖所示。

（1）確定具體應用領域

結合教材相關內容，在智能家居、智能交通、智能安防、智能物流等相關領域選取某個感興趣的熱點問題作為教學內容開展探究。高中學段的教學，在打磨相關教學內容過程中，要精心雕琢相應的學習材料，切忌淺嘗輒止、走馬觀花，案例挖掘要進一步深入。要明確人工智能技術的應用場景和要解決的具體問題，如利用人臉識別技術完成刷臉支付代替手機支付、利用智能聊天機器人代替人工客服解答用戶問題等;在學習材料和生活經驗的支持下掌握其具體的工作過程，明確應用在解決問題時的執行順序和流程。此外，隨著項目的深入展開和討論，教師要能夠引導學生對相關應用領域的發展進行評判，對技術整體的應用效果、大眾接受程度、優勢劣勢和推廣價值等方面提出個人見解。

（2）探尋核心處理技術

分析探尋傳感器、大數據、物聯網、智能搜索、智能控制技術等在解決特定領域問題過程中發揮的重要作用。體驗傳感器在具體場景中感知數據、獲取數據、表達信息、存儲新數據的過程;挖掘物聯網在數據共享、傳遞、集中控制中的重要作用;探索大數據在人工智能系統進行決策推理過程中的重要價值。例如，在智能家居模塊的教學過程中，要充分探討智能家居如何通過傳感器采集外部環境信息，如何利用物聯網傳遞數據對系統各部件進行集中管理，以及如何通過大數據模型進行人機交互和智能控制。

（3）提煉總結過程方法

在具體案例分析過程中對人工智能解決問題的方式方法進行進一步歸納總結。在此過程中，尤其要關注人工智能技術對數據的挖掘和感知，從數據挖掘的角度探討人工智能在問題分析、規則處理、自動化判斷響應過程中獨特的解決方法;進一步關注人機在處理問題上的差異，可以從感知事物的角度途徑、分析解決問題的方法方式、反饋問題的行為等方面討論人機異同，根據二者執行過程與方式的不同，探討人工智能的優勢與劣勢。在此基礎上，可以探討利用人工智能技術解決實際生活問題的價值，如在智能教育場景中，利用平臺和智能工具收集學習數據，通過教育大數據對學生的學業水平做進一步智能診斷、分析，調整學習計劃，規劃個性化解決方案，提高學習效率。

（4）暢想把握未來趨勢

在案例分析的基礎上，結合人工智能技術的發展歷程，對人工智能技術的發展提出個人的見解。在本環節的教學過程中教師要充分把握學段特點，指導學生對未來的發展方向提出有科學依據、條理清晰、邏輯合理的判斷，而不是主觀臆想。可以根據教材中提供的基礎設施、應用技術、集成應用等幾個方面對未來技術的發展規律進行探討。例如，結合當前新冠疫情防控，以健康寶在防疫中的人工智能技術應用為切入點，基于健康寶采集的海量基礎數據，通過人工智能技術挖掘數據背后的個人或組織的健康防疫狀況，減少健康寶的誤判誤報等使用問題，給出合理化的風險研判和防控建議，提出有價值的防控措施方案。

（5）關注聚焦倫理安全

技術是一把雙刃劍，本模塊的教學要強調挖掘案例背后的原理，有意識地通過深度討論將學生的視野引向人工智能技術背后的思考，關注技術發展的過程中引發的各種各樣的新矛盾和新問題，尤其是人工智能技術在數據安全、決策控制、社會行為規范以及情感倫理等方面產生的一系列問題。例如，在應用人工智能技術服務生活的同時，如何確保網絡安全，保證用戶數據的隱私性;如何規避過度依賴技術造成的決策權旁落而引發的各種隱患;如何理性看待人工智能與人類智能的差異，更好地促進人類社會與智能社會的融合，保證人機協同，共建智能時代的和諧健康與高效。

2.活動方式

本模塊更多聚焦于人工智能與社會發展，建議教學活動以討論、辯論、論文、專題匯報等形式展開。教學實施的最大難點在于實際操作體驗相對較少，內容深度挖掘困難較多。因此，教師需要在設計活動時精心設計與挑選案例。

在教學案例的選擇，教師要對所選內容的核心技術有一定的了解，要盡量做到有相關產品的設計操作經驗，能夠使用相關平臺和編程工具復現其中關鍵環節。只有這樣，才能夠在教學中做到有話可說，有據可依，游刃有余。

在教學資源的選擇上，可以提供文本、視頻資料、實際產品等相關內容，學生日常關注的科技熱點、電影動漫、創意玩具等主題內容都可以作為課堂學習資料進行引用和研討。

在授課內容上，要緊扣學科特點和學生學習特質，進行有“深度”的研討。要緊扣信息技術學科大概念，從人工智能技術的特點和原理入手，以科學內容為依據，對人工智能的發展、安全、倫理等問題進行合理的描述與判斷，在這個過程中充分提升學生的信息意識，培養計算思維能力。

教學活動中也要注意教師角色的轉換，教師是活動的組織者、學習活動的引導者，同時也是整個活動的學習者，教師要適時把控活動內容，防止形式大于內容的情況出現，并對學生在解讀資料時出現的科學性問題進行及時輔導糾正，防止偏差。對于討論生成的不可控問題，教師要從專業視角引導學生進行權威資料的查閱和學習，從知識和技術層面拓展學生的視角，幫助學生把握學習的方向。

3.案例設計

在具體實踐層面上，教師可以打破設備桎梏，充分挖掘生活中的資源，案例可以來自生活中的常用設備、電視新聞、各類書籍、多媒體資料以及科幻電影等。近年來，以科幻電影作為學習材料開展項目研討的方式逐步得到了部分教師的青睞，筆者以科幻電影中的人工智能技術發展為核心，結合問題做案例分析，具體舉例如表3所示。