亲历AI设计与实现，增强技术服务责任感

李维明，教育部普通高中信息技術课标修订组核心成员，正高级教师（教授）

主持人语：自2019年9月采用新课标新教材开展教学以来，北京、天津、山东、海南、辽宁等5个省（市）大多完成了必修模块的教学，部分省（市）还进行了学业水平合格考试，取得了良好的成效。2020年，教育部又组织专家对课标进行了修订，颁布了最新版的《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020修订）》，更加明晰了学科核心素养的内涵和内容模块的结构，增强了教学应用的方向感。当下，新课标新教材的教学实践已经进入到选择性必修模块教学的新阶段，怎么选择、怎么教学是必须面对的重要问题。为配合选择性必修课程的教学，本期继续“普通高中信息技术新课程实施”之选择性必修模块的教学等系列专题的研讨，以飨读者。同时，也希望广大信息技术教师、教研人员积极参与，献计献策，共同促进学科新课标新课程的顺利实施、健康发展。欢迎大家不吝赐稿。（358211798@qq.com）

按照《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020修订）》（以下简称《标准》）的安排，“高中信息技术选择性必修课程是根据学生升学、个性化发展需要而设计的，分为升学考试类课程和个性化发展类课程。选择性必修课程旨在为学生将来进入高校继续开展与信息技术相关方向的学习以及应用信息技术进行创新、创造提供条件”。其意图十分明确：“人工智能初步”“三维设计与创意”“开源硬件项目设计”三个模块是为学生个性化发展而设计的课程，学生可根据自身的发展需要进行选学。所以，从教学实施的角度出发，既要考虑如何引导学生根据自己的个性化发展进行选择，又要考虑如何将《标准》、教材的要求落实到课堂。

“人工智能初步”是为学生的个性化发展而设计的课程中的三个模块之一，是针对人工智能的发展特征，从基础知识与应用、简单人工智能应用模块搭建及开发等方面设置的选择性必修模块。与其他选择性必修模块一样，教学前要弄清本模块的内容结构及教学要求，教学时抓住“数据”“算法”“系统”“社会”这四个学科大概念，让学生“了解人工智能的发展历程及概念，能描述典型人工智能算法的实现过程，通过搭建简单的人工智能应用模块，亲历设计与实现简单智能系统的基本过程与方法，增强利用智能技术服务人类发展的责任感”。

● 了解内容结构

《标准》中“选择性必修模块4：人工智能初步”共包括“人工智能基础”“简单人工智能应用模块开发”“人工智能技术的发展与应用”三部分内容。其内容结构如下图所示。

人工智能的基础是让学生从历史发展的角度了解人工智能基础的、经典的内容，包括人工智能的发展历程及趋势、人工智能的核心算法及实现原理、智能技术应用的基本过程等。有关人工智能的核心算法，《标准》只提及了“启发式搜索”和“决策树”，这是考虑到人工智能的相关算法对高中学生来说难度较大，所以，从理解算法及其实现原理的角度出发，算法本身简单一些，理解起来相对就容易一些。同时，“启发式搜索”和“决策树”在人工智能算法中的应用较基础，所以能起到举一反三的作用。

简单人工智能应用模块开发是强调体验简单人工智能应用模块的开发的完整过程，并在该过程中深入认识当前主流人工智能开发工具和开发平台，如百度、阿里、腾讯、科大讯飞、商汤等人工智能开放创新平台。主要认识其特点、应用、开发局限等。利用其中功能，设计并搭建简单的应用模块，如人脸识别、语音处理、文本关键词提取等智能应用模块，真实体验人工智能开发应用的过程。

人工智能技术的发展与应用应让学生在了解人工智能技术快速发展的同时，逐渐理解其潜在的安全及伦理风险。因此需要增强安全防护意识，增强责任感，自觉维护和遵守人工智能时代的法律法规与伦理道德规范。

● 模块教学策略

由于人工智能涉及的技术十分宽泛，其算法及实现难度也较大，所以，在教学中让学生亲历人工智能应用模块的搭建及简单的智能系统的应用体验就显得十分重要。为此，《标准》建议“在本模块教学中，教师既可以通过案例分析、项目设计等方式，引导学生拓展思维”，也可以“向学生展示或剖析比较典型的智能系统，如早期的专家系统以及‘深蓝（Deep Blue）’‘沃森（Watson）’‘阿尔法围棋（AlphaGo）’和‘百度大脑’等系统”，在教师的帮助下“亲历”和“体验”。案例分析和项目设计是学生“亲历”和“体验”的可行途径，这种亲历既可以是利用开放平台动手操作，也可以是在应用的过程感受AI的优势与不足。

当然，“亲历”和“体验”的目的是让学生“了解人工智能的核心算法，熟悉智能技术应用的基本过程和实现原理”，但有些应用其原理相对复杂，涉及的理论较深奥，算法也很繁杂，对于这样的问题教学中应该怎么处理呢？《标准》建议“在学习有关人工智能基础知识方面的内容时，可多采用案例剖析法，让学生在模仿中习得，在创造中推新。尽可能利用学生在必修、选择性必修等课程学习中已取得的经验，降低学习障碍，保证学习效果”。

至于思维的“拓展”和学习兴趣的激发，《标准》建议“在引导学生发现问题、尝试用人工智能方法解决问题的过程中，让学生初步了解和体验人工智能的特点，感受智能技术对生活与学习带来的影响，进一步激发学生学习和探究新技术、新知识的积极性，提高他们综合应用信息技术的能力”。

人工智能所依赖的三大技术基础是数据、算法和算力，其中数据的来源就涉及用户隐私数据的采集、传输、处理和显示等。例如，隐私数据一旦被人盗用就会造成用户的损失，大量的数据泄露，更会给个人及社会带来灾难性的后果。又如，高度智慧的机器人是不是人？这是一个复杂的社会伦理问题。诸如此类的人工智能应用中出现问题，都必须正视，在教学中应该辩证认识人工智能对人类社会未来发展的巨大价值和潜在威胁，自觉维护和遵守人工智能社会化应用的规范与法规，增强技术服务责任感。

● 学业评价建议

《课标》要求：“学生修习高中信息技术必修课程后，应该达到学科核心素养水平1，修习选择性必修课程后，应该达到学科核心素养水平2。”就“计算思维”这一核心素养维度来说，学科核心素养水平2就应该达到：“针对较为复杂的任务，能运用形式化方法描述问题，并采用模块化和系统化方法设计解决问题的方案;正确区分问题解决中涉及的各种数据，并采用适当的数据类型表示;针对不同模块，设计或选择合适的算法，利用编程语言或其他数字化工具实现各模块功能;利用适当的开发平台整合各模块功能，实现整体解决方案。”这一水平的要求是较高的，但这并不是对某个模块学习后提出的要求，而是选择性必修课程整体修习后达到的水平。教师在评价命题时应该考虑到这一点，不能过高地提出考核的要求。

由于该模块的测试不涉及学生的高中毕业，考试一般由学校自己组织，所以采用何种形式进行评价，学校可以自行确定。考试不是目的，目的是激发学生学习兴趣，增加对人工智能技术的了解，提升信息素养，为国家智慧社会的建设和发展培育有用的人才。无论是教学还是评价，都应该把握这一大方向。