高中信息技術教學滲透人工智能教育的策略

江蘇省大豐高級中學 朱國忠

人工智能（AI）是計算機技術的派生技術，是一種跨學科的前沿科學技術，具有廣闊的應用前景。人工智能通過研究利用計算機模擬人腦中的各種思維活動來解決傳統計算機無法解決的復雜問題。在現實世界中，問題可以根據結構化程度分為三大類：第一類是可以利用固定的方式解決的結構化問題；第二類是難以以固定形式解決的非結構化問題；第三類是半結構化問題，介于結構化問題和非結構化問題之間。將人工智能用于高中信息技術教育中，不僅可以讓學生了解人工智能的基本特點，還可以在一定程度上了解人工智能解決非結構化、半結構化問題的基本思路和優勢，這個過程反映了計算機解決問題的多功能性，使學生能夠從多個角度思考信息技術知識，從而提高其信息技術素養。

一、重視人工智能教學環境搭建

學校需要加強教學硬件和軟件的建設，使學生能夠更直觀、更具體地理解人工智能的相關知識。學校需要增加對信息技術教育的軟件和硬件建設的投資，提高學校計算機的整體性能，并為學生提供更好的人工智能學習環境，同時應重視人工智能教育資源的整合與利用，充分展示人工智能在高中信息技術教育中的作用。教師要注意收集有關人工智能的教育資源，例如關于人工智能的各種科學故事、視頻、學習資料以及其他與人工智能有關的材料，為學生構建完善的人工智能教育環境。可以基于人工智能VRP虛擬現實軟件搭建虛擬實驗平臺，平臺主要由五個部分組成：（1）實驗介紹模塊，主要介紹平臺的性質和功能。（2）實驗演示模塊，提供相關實驗原理、實驗步驟的圖文、視頻演示。（3）儀器選擇模塊，提供實驗所需設備儀器。（4）自主實驗模塊，包含學生可以自主完成的實驗內容，是平臺最重要的部分，由多個虛擬實驗組成。實驗設計包括虛擬實驗界面的設計和實驗內容的設計，虛擬實驗界面設計統一，表面顏色柔和，簡單直觀。（5）自檢反饋模塊，包含各種實驗的正確步驟，注意事項以及自測題等，方便學生自測，同時提供反饋交流功能，學生可以向教師提出問題，平臺界面如圖1 所示。

圖1 虛擬仿真實驗平臺界面

在虛擬實驗過程中，學生可以通過鼠標對虛擬實驗裝置進行交互操作，以“網線制作”實驗為例，學生可以對虛擬的網線、接頭進行移動、旋轉、縮放等操作。虛擬實驗場景與其他功能的切換主要通過在交互界面上操作鼠標、鍵盤實現，讓虛擬實驗更加方便快捷，實現場景定向和人物漫游，學生可以先觀看實驗演示，掌握實驗方法，然后通過鼠標、鍵盤操作虛擬的網線、網線鉗、剝線刀等實驗設備進行虛擬的網線制作[1]。另外，VRP虛擬現實開發平臺提供切換機視圖顯示功能，學生可以從多個角度觀察網線分布，如頂部視圖、左側視圖、正面視圖、背后視圖等，當學生制作好虛擬的網線后，可以在實驗儀器中選擇網線測試器測試網線連通性，如果沒有接通，平臺會給出錯誤提示，學生按照提示糾正錯誤，這樣一來，學生可以直觀地看到自己的錯誤，加深記憶。最后學生可以進行自測反饋，教師可以根據學生的實驗情況和反饋了解學生的學習情況，并做出相應的教學安排。

二、激發學生的人工智能學習興趣

教師需要從高中生的生活經驗出發，根據高中生的年齡特點，通過多種方式逐步向學生介紹人工智能知識，以激發高中生對信息技術的興趣。在上課時，教師可以列出最早出現的人工智能產品，鼓勵學生將早期的人工智能產品與當前的人工智能產品進行比較和分析，研究人工智能技術和人工智能的發展歷史，從而分析人工智能技術對當今社會的影響。教師可以將“探索生活中的人工智能”作為一項學習任務，要求學生利用他們的知識和信息技術來收集和探索日常生活中常用的人工智能技術，通過任務驅動的教學方法引導學生去探索人工智能，了解智能技術可以給人們提供什么便利，詳細分析信息技術的發展趨勢[2]。

在講到網絡安全的相關內容時，教師可以給學生播放一段動畫視頻，主要內容是介紹人工智能技術在網絡安全防護中的應用，首先視頻開場介紹目前網絡上用戶隱私泄露的各種案例以及危害，讓學生明白網絡安全的重要性，然后介紹如何利用人工智能技術來提高網絡安全防護能力，以確保用戶信息安全，避免不法分子竊取和破壞。例如，利用人工智能中的核心技術——深度學習算法來開發網絡非法入侵檢測軟件，可以智能識別危險，還可以介紹利用人工智能在快速處理海量數據方面的優勢，激發學生對人工智能的興趣，推動人工智能在高中信息技術教學中的滲透，從而提高高中信息技術教學質量。

三、積極創新信息技術教學手段

除了完善教學環境，激發學生興趣之外，教師還需要根據滲透人工智能教育的需要及時改變信息技術的教學方法，有效地將人工智能教育滲透到高中信息技術課堂中。

首先，智能作業批改。在語音識別技術和語義分析技術不斷發展的背景下，高中信息技術教師可以采取人工智能技術實現智能作業批改，使教師從作業批改的繁重工作中解放出來，將精力和時間集中在教學內容上。例如，利用人工智能學習軟件，教師可以要求學生將完成的作業直接拍照上傳到軟件系統中，軟件可以智能批改作業，自動給出批改結果，同時還可以給出單份作業或整體作業的數據分析結果，為教師因材施教提供良好的基礎。

其次，個性化學習定制。在高中信息技術教學中，教師可以使用人工智能學習軟件從學生那里收集信息，并使用大數據分析每個學生的學習特征，然后根據這些信息為學生提供個性化的教學指導，為每一個學生制定適合他的學習計劃，從而有效地提高學生的學習體驗和學習反饋效果，進一步提高高中信息技術教學效率。

再次，人工智能輔導系統的應用。在滲透人工智能教育時，高中信息技術教師還可以應用人工智能輔導軟件來指導學生的學習，從而有效地提高了學生的學習效果。智能輔導軟件通常包括四個主要模塊，其中的接口模塊可以實現學生與計算機之間的有效交互；專家模塊主要是設置知識、規則和策略供學生學習；學生模塊用于統計分析學生的學習情況和知識掌握情況；輔導模塊中則包含一些用于指導學生學習的方法。在高中信息技術教育課中，教師可以綜合運用這四個模塊的功能為學生提供高效的輔導，從而使學生更好地學習他們的信息技術知識。

最后，智能模擬教學法。在傳統課堂上，學生操作信息技術的實踐能力普遍不高。為此，教師可以利用人工智能教育來解決這個問題。教師可以使用智能模擬教學法來模擬特定的信息技術操作，使學生能夠通過動手操作和經驗來掌握抽象的信息技術知識和操作技能，同時有效地實現人工智能教育滲透，提高信息技術課堂教學效果，促進學生信息技術素養的提升。

四、滲透人工智能教育，培養學生非結構化思維能力

在高中階段為學生提供的信息技術課程教學主要目標是培養學生的信息技術素養，而非結構化思維能力是信息技術素養的重要組成部分。在傳統的教育過程，教師講解的內容更多的是結構化問題相關知識，如算法與程序設計等。但是，人工智能技術是解決非結構化、半結構化問題的技術。簡而言之，如果學生想學習人工智能技術，就需要改變固有思維方式，深入了解人工智能的知識和技術以及解決非結構化和半結構化問題的過程[3]。因此，在教學過程中，教師應該有意識地引入人工智能相關的非結構化、半結構化內容，引導學生深入學習和思考，例如教師可以給學生講解人工智能技術中的Python語言基礎知識，讓學生深入感受到人工智能在收集和處理信息的過程中的高效簡潔，最終目的是培養學生的非結構化問題解決能力，從而提高學生的整體信息技術核心素養，這對于學生理解和掌握信息技術知識有很大的幫助。

綜上所述，在現階段的高中信息技術教學中，教師必須重視學生的基礎知識掌握，深入了解學生知識水平，有意識地滲透人工智能教育，完善人工智能教育環境，培養學生對人工智能的學習熱情，積極創新教學方法，培養學生的非結構化思維能力，更好地發揮人工智能知識在高中信息技術教學中的作用。