人工智能融入高中信息技術課程的研究

【摘要】本文基于人工智能技術的快速發展，結合《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》的相關要求，論述人工智能融入高中信息技術課程教學的重要性、現狀及存在問題，提出多方合力推動人工智能教育與高中信息技術課程融合、加強人工智能教育的硬件軟件建設、加強人工智能教師隊伍建設、創新人工智能教育教學方式、構建人工智能競賽體系等實施策略。

【關鍵詞】人工智能 信息技術課程 高中教育

【中圖分類號】G63 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2022）14-0071-04

隨著高中新課程改革邁進“深水區”，高中信息技術課程逐漸由過去人們口中的“副科”變為必修課程，而作為信息技術重要組成部分的人工智能技術也逐漸為人們所知，進入了高中階段教育教學范疇。人工智能技術的持續發展，離不開專業人才的培養，因此國家應該將前沿科學技術引入中小學教育，讓中小學生盡早熟悉人工智能技術，為今后的學習和未來的職業發展打下堅實基礎。早在2003年，國家便將人工智能作為高中信息技術課程的選修內容;2017年國務院發布《新一代人工智能發展規劃》提出，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，推廣編程教育，建設人工智能學科，形成我國人工智能人才高地。由此可見，在高中階段開展人工智能教育具有必要性和迫切性。而且，高中生已經具備較為成熟的心智和思辨能力，能夠應對和探究科學性問題，高中階段是開展人工智能教育的最佳階段。

人工智能（簡稱AI）最早起源于美國，由計算機科學與人工智能之父艾倫·圖靈在1950年發表的一篇名為《計算機器與智能》的論文中提出，文章提出這樣的觀點：既然人類可以通過有限的信息來解決問題并做出結論，那么計算機也應該具備同樣的能力。這一理論對人工智能的發展產生了深遠影響，在該理論的影響下，1956年在美國舉辦的達特茅斯會議正式宣告人工智能學科的誕生和人工智能領域的開辟。人工智能是計算機科學的一個分支，所研究的領域包括機器人、語言識別、圖像識別、自然語言處理和專家系統等，是一門研究、開發相關技術然后用于模擬、延伸和擴展人的智能的新科學。

一、人工智能融入高中信息技術課程的意義

人工智能研究的領域十分廣泛，如機器人、圖像識別、視頻識別、語音識別等都包含其中，其在生活中的用途也十分廣，如廣受人們歡迎的智能家居、在線購物、語音導航、無人駕駛等，都需要用到人工智能技術。如今，人工智能技術正逐漸滲透到各行各業，如“人工智能+教育”“人工智能+安防”“人工智能+零售”“人工智能+制造”，可以說人工智能深刻影響了我們的生活，甚至可以斷言人類的未來生活將不可與人工智能分割。在這樣的背景下，在高中階段落實人工智能教育就具有了很強的現實意義。

（一）是落實國家教育政策的需要

在科學技術飛速發展的當下，可以這樣認為：誰率先掌握了人工智能核心技術，誰便擁有更多話語權和主動權。為了增強我國在科技領域的先發優勢，搶抓信息時代的新發展機遇，建設創新型國家和世界科技強國，國務院于2017年印發了《新一代人工智能發展規劃》，指出從2018年秋季學期起，在高中信息技術課程中增加人工智能教育的內容，以科技創新教育助推人才培養，為國家培養更多具有中國心、世界眼、現代腦的創新復合型人才。

（二）是培養高新技術人才的需要

人才是國家發展和行業競爭的核心力量，隨著互聯網、大數據、人工智能、物聯網等技術的發展，新型技術人才的需求量也逐漸增加，國家急需培養一批技能型新人才。但據2018年的一份數據顯示：全球約有200萬AI人才，其中有40%以上集中在美國，中國高端AI人才比例不足3%。面對我國高端人才緊缺的現實問題，培養AI專業人才就顯得尤為迫切。因此，在高中階段開展人工智能教育，既符合學生的認知規律，又能有效推動高中教育教學改革，更符合我國培養高新技術人才的需要。

（三）是發展學生綜合能力的需要

高中信息技術課程具有綜合性與人文性相統一的特點，旨在培養學生的良好信息素養、計算思維、數字化學習與創新等能力，增強學生的社會責任感。人工智能所研究的領域，除了科學技術方面的內容，還涉及社會研究、人文素養等內容，對培養學生的科學、創新素養，發展學生的人文情懷、為社會做貢獻的意識，都具有積極意義。在高中信息技術課程中融入人工智能教育，有助于拓展學生思維的深度和廣度，培養學生的編程能力和理性思維，讓學生具備運用相關技術解決實際問題的能力，有利于促進學生創造力、實踐能力的全面發展。

二、廣西高中學校實施人工智能教育的現狀及問題

目前，我國大部分省（自治區、直轄市）的高中學校都已開設了人工智能課程，如北京、上海、廣東、山東、江蘇、河南、甘肅等地。就廣西的情況而言，雖然目前還沒有從自治區層面推開人工智能課程的建設，但是也已經有部分高中學校開設了編程、3D打印技術、機器人、無人駕駛等與人工智能技術相關的課程，如南寧市第二中學、南寧市第三中學、柳州高級中學、桂林市第十八中學、南寧市第十四中學、南寧市新民中學等學校。通過對這些學校的相關課程進行統計分析，筆者認為，在高中學校開設人工智能課程，有助于提升學生的信息素養和綜合能力。但由于各地、各學校對人工智能教育的重視程度不同，相關資金投入的力度不同，導致了廣西高中階段人工智能教育尚存在不少問題。

（一）對人工智能存在認識上的偏差

雖然新課程改革要求落實素質教育，注重學生各學科的全面發展，但是只重視語文、數學、英語等高考科目的傳統教育觀念仍然扎根在人們心中，因此無論是教師還是學生、家長，對人工智能的認識都存在一定的偏差。于學生而言，他們認為人工智能具有很強的邏輯性和抽象性，難以理解和掌握，因此對學習人工智能不感興趣;于教師而言，他們認為人工智能作為信息技術的前沿學科，理論性強，艱深晦澀、枯燥乏味，不適合高中生學習;于家長而言，他們認為高考不涉及人工智能的內容，沒必要費時費力學習，而且課程內容復雜，應該是大學課程的教學內容，在高中階段學習則為時過早。以南寧市為例，目前有70%以上的高中學校對人工智能融入信息技術課程存在認識偏差。

（二）專業師資力量比較薄弱

筆者對我國各大高等院校的專業設置進行了比較系統的分析，發現開設有人工智能專業的大學并不多，所以該專業的高質量人才就很少，高中學校能招到專業人才就更少，這是導致高中學校人工智能教育師資力量薄弱的一個主要原因。以南寧市的高中學校為例，絕大部分從事信息技術教學的教師是非專科出身，多是從其他學科教師轉型而來，沒有經歷過專業的人工智能教育，也沒有接受過專門的人工智能培訓，教師對該學科知識的掌握、實踐動手能力都不足，導致高中學校人工智能教育存在教學目標、教學重點不明確等問題，完全無法滿足高中學校開展人工智能教育的需求。

（三）硬件、軟件設施比較落后

人工智能是一種前沿科學技術，因此人工智能教育對硬件、軟件設備的要求非常高。要想深入開展人工智能教育，達到預期的教育教學效果，高中學校必須建設較為先進的實驗室，配備優良、齊全的硬件和軟件設施設備，才能確保教育教學工作的順利開展。但是，由于各地經濟發展水平不同，就目前大多數高中學校而言，不少高中學校還存在教學機房機器老舊、網絡不暢等問題，只有極少學校建有人工智能實驗室，總體上說，大部分高中學校的硬件、軟件設施設備還無法滿足人工智能教育的需求。

三、人工智能教育融入高中信息技術課程的策略

（一）多方合力推動人工智能教育與高中信息技術課程融合

教材是課程教學基礎要素，2018年華東師范大學出版我國首本面向高中生的人工智能教材《人工智能基礎（高中版）》，高中學校人工智能教育從此擁有了專門、系統的教材;2020年清華大學教授李國良組織編寫了《人工智能中學生入門》，進一步完善了中學人工智能教育教材。但是，由于各地、各學校的條件不同，這兩套教材在各學校的適用度還有待提高，因此需要更多大學機構、各地政府等參與教材研發，編寫出更多更適合各類學校使用的教材。另一方面，目前《普通高中信息技術課程標準（2017年版2020年修訂）》對人工智能課程的開展目的、方式和內容沒有明確要求，導致課程開設缺乏方向性。為此，首先是各相關部門應盡快完善課程標準，明確人工智能教育的目的、要求等內容，為學校開展相關工作提供方向和指導;其次是各高中學校要組織教師團隊對人工智能進行較為深入的研究，結合校情、生情確定教學內容、教學形式，研發校本課程;再次是各級政府要為學校開展人工智能教育提供政策、資金等方面的支持，并組織專家團隊研究制定相關教學指導文件。

（二）加強人工智能教育的硬件軟件建設

要想順利開展人工智能教育，就需要優質的硬件、軟件資源作為支撐，因此各地、各學校應不斷加大相關硬件、軟件設施設備的建設力度，為學校開展人工智能教育營造優良的環境。從學校層面來說，首先是高中學校要制訂相應措施，從學校公用經費中設立人工智能教育的專項經費，以完善硬件、軟件設施的配套，為工作開展提供基本保障;其次是教師要根據教學實際情況，充分利用本地、本校資源整合并研發人工智能教育的數字化教學資源，包括教學實錄、教學案例（項目）、學習素材、學習工具等，為課程教學的有效落實提供保障。資源平臺的搭建不僅可以拓展學生的學習空間，還可以引導學生進行自主學習，通過共建共享優秀課例和實踐活動案例，實現資源共享與經驗輻射。從政府層面來說，各地政府可采取“試點推進、以點帶面”的工作方式，首先由各地市推薦學校申報試點校，然后由省（自治區、直轄市）層面根據學校實際條件確定試點校名單，然后由省（自治區、直轄市）從財政中劃撥專項經費支持試點校完善教學設施設備建設，或通過省（自治區、直轄市）財政和地市財政共同建設智能實驗室，從社會層面營造濃厚的人工智能教育氛圍。

（三）加強人工智能教師隊伍建設

加強教師隊伍建設是提升人工智能教育有效性的關鍵，任何教育工作的實施與評價都離不開教師，教師作為教學的組織者、引導者，教師的知識儲備、授課水平會直接影響教育教學的實際效果。尤其是對人工智能教育而言，人工智能本身的跨學科性與前沿性對教師的能力有更高的要求，因此開展人工智能教育，更需要打造一支具備專業技能和鉆研精神的高素質教師隊伍，才能取得預期的教育教學效果。各級政府、教育部門和各高中學校不僅要為教師搭建專業培訓平臺和提供研修的機會，還需要聘請相關專家進校為教師做專業培訓、指導，對學校教學工作進行“問診把脈”，提出完善、改進的建議和意見，不斷提高教師隊伍的綜合素養。近年來，廣西逐年加大人工智能教育教師團隊的培養力度，形成了自治區、地市、縣（市、區）、校四級聯動的人工智能教育教師隊伍培養機制，并在職稱評審、評優評先等方面予以相應支持，培養了一批職業素養較高的教師，有效緩解了人工智能教育師資緊缺的問題。

（四）創新人工智能教育教學方式

在高中階段開展人工智能教育，目的是培養學生的計算思維，提高學生看待問題、分析問題、解決問題的能力。筆者認為，在高中信息技術課程中融入人工智能教育，可采用案例導學法、問題導學法、任務驅動法等教學方法，不斷創新人工智能教育教學模式，提高人工智能教育效果。案例導學法主要是指選取日常生活中比較成熟的人工智能案例，將人工智能教育與日常生活進行有效對接，以學生看得見、摸得著、可實踐的方式，增強學生學習人工智能的興趣。如教授算法的內容時，教師可通過商旅問題案例，引導學生從實際生活出發認識、學習相關算法，了解基本的計算模式，然后再引導學生運用所學方法完成商旅問題中的相關計算，從而提高學生的計算能力，以及分析實際問題、解決實際問題的能力。問題導學法主要是為了培養學生的問題意識，教師要基于高中生的學習能力、接受能力，選取便于學生理解的教學素材，設計有梯度、具有啟發意義的問題，不斷激發學生思考、探究的興趣。如以開展制作有聲書籍的教學為例，教師可先向學生推薦“伴魚繪本”App，然后圍繞這一App提出關于如何制作、如何設計頁面、如何安排內容、為何開發App等一系列問題，引導學生學習有聲書籍制作技術，讓學生了解人工智能的工作原理、基本知識等內容，促使學生觀察生活、思考生活，培養其良好的探究、學習能力。

教師還可以采用任務驅動法，這一教學方法主要是為了培養學生的動手實踐能力。所謂任務驅動法，就是結合教學內容設計一個或多個學習項目，學生以小組為單位自主選擇學習項目，進行項目探究式學習。如教師可設計“探究課桌表面光照強度的變化”這一學習項目，首先向學生講解光的知識、影響光照強度的因素、項目學習方法等內容，然后讓學生根據項目學習目的制訂實施方案，并根據方案觀察課桌表面光照強度的變化、測定光照強度，做好相關數據、現象的記錄，各學習小組學生自主完成項目學習報告、撰寫學習心得體會，然后以小組為單位進行班級展示。在整個教學過程中，學生為學習的主體，教師為教學的引導者、點撥者，在項目學習任務的驅動下，學生對光、光照強度等做了較為深入的探究，不僅有效完成了相關技術的學習，還提高了自身分析、探究、總結的能力。

（五）構建人工智能競賽體系

人工智能是一種應用型技術，因此除了理論教學，高中學校還應大力開展實踐教學，競技比賽是促使學生將理論知識轉化為應用技術的有效途徑。從學校層面而言，各高中學校可以學年為單位舉辦校內人工智能比賽，從中選拔優秀苗子并向上推薦參加由政府舉辦的各級比賽;從政府層面而言，各級政府應該結合當地實際，以學期為單位舉辦各級人工智能比賽，或是開展人工智能展覽活動，從而達到以賽促學、以賽促用的目的。如由廣西壯族自治區教育廳主辦的學生信息素養提升實踐活動，目前已經成為全國性的以提升師生信息技術素養為目標的品牌活動。人工智能競賽項目是這一活動的重要內容之一，比賽涉及機器學習、自然語言理解、計算機視覺、自動程序設計、感知系統等內容，比賽項目旨在讓學生深入了解人工智能領域的基礎知識和主要算法，并學會運用相關知識解決生活實際問題，以培養學生科學看待問題、解決問題的能力，提高學生綜合素質，發展其創新思維和能力。

總而言之，在高中階段落實人工智能教育，不僅能夠有效發展學生的創新思維、創造能力，為我國科技發展培養一批優秀苗子，同時能夠有效提高教師隊伍的教學水平、科研能力，為推進學校教育教學深度改革提供人才保障。要想充分發揮人工智能的育人功能，首先需要構建政府、學校、社會“三位一體”的教育合力，其次要打造一支具備較高專業水準的人工智能教育教師隊伍。

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作者簡介：楊紅梅（1983— ），河南羅山人，碩士研究生學歷，主要研究方向為人工智能、教育技術、教育管理。