“人工智能初步”模块教学概述

郑立新

教育部发布的《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）中，针对人工智能设置了选择性必修课程模块4“人工智能初步”，以承载践行人工智能国家发展规划、激发学生学习兴趣、普及人工智能知识的重任。本文将围绕“人工智能初步”模块整体内容特点、教学规划、教学策略等方面进行论述，以期帮助广大教师更好地开展本模块的教学。

● 内容特点

1.具有鲜明的时代特征

本模块顺应智能时代潮流，具有鲜明的时代特征。通过本模块的教学，可以使学生了解人工智能的概念与基本特征，知道人工智能的发展历程、典型应用与趋势，学习人工智能技术初步知识，同时了解社会智能化所面临的伦理及安全挑战，增强安全防护意识、能力和责任感，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，从而为学生适应社会生活、高等教育和职业发展做准备，为学生的终身发展奠定基础。

2.体现信息技术学科特色

本模块紧紧围绕信息技术学科大概念（数据、算法、信息系统、信息社会），聚焦信息技术学科中与人工智能相关的內容。例如，要求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;知道并了解特定领域人工智能应用系统的开发工具和开发平台;利用开源人工智能应用框架，搭建简单的人工智能应用模块，并能根据实际需要配置适当的环境、参数及自然交互方式。这些内容都充分体现了信息技术的学科特色，凸显本学科价值。

3.致力于学科核心素养的培养

本模块致力于促进学生信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任学科核心素养的提升。

①信息意识方面的培养，要让学生从一些与人工智能相关的事物和实践体验中对人工智能产生深刻的感受，对人工智能可能产生的影响和价值有比较深入的理解。具体体现为对人工智能产生较为浓厚的兴趣，能理解人工智能对于信息技术发展的意义，能分析一些与人工智能相关的技术事物与现象，在自己的日常生活与学习中能自觉利用人工智能的一些软件工具及相关制品，乐于分享对人工智能的认识，积极关注人工智能的新发展，可主动探索人工智能的新产品，发展人工智能的新想法。

②计算思维方面的培养，主体体现为让学生了解人工智能的一些常见核心算法，熟悉智能技术应用的基本过程和实现的原理，并能在实践探索中理解搭建简单人工智能应用的框架，深刻体会搭建简单人工智能应用模块的方法。

③数字化学习与创新的培养，要让学生理解人工智能的新进展、新应用（如机器学习、自动翻译、人脸识别、自动驾驶等），并能适当运用在学习和生活中。

④信息社会责任的培养，要让学生客观认识人工智能技术发展对社会生活的影响，既能形成积极、安全使用人工智能技术的观念，又要对人工智能技术应用带来的社会伦理、信息安全等方面的挑战有清晰的认识，形成较强的安全防护意识和责任感，知道安全防范的基本方法和措施。信息社会责任的提升，不能仅依靠简单的知识讲授，最好能引导学生进行智能系统应用体验，从具体的实践体验中产生认识，使学生感受人工智能的巨大价值，同时深入理解可能存在的危险。

● 教学规划

在《课标》中，本模块包括“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。针对这三部分内容及《课标》要求，各版本教材的处理方式不同。例如，人民教育出版社和中国地图出版社（以下简称人教-中图版）出版的《人工智能初步》教科书对应的大致结构框架如下页图所示。

对于“人工智能初步”模块的36课时安排，各版本教材也有所不同如人教-中图版《人工智能初步》教科书各章节课时、内容安排建议如右表所示。

教师应充分理解新课标对本模块的要求，从总体上把握教学内容，根据学校实际情况，对本模块进行整体规划，在此基础上进行单元及课时教学设计，以保证教学顺利实施。

● 教学策略

1.厘清与本学科相关内容的关系

在信息技术学科中，有一些内容与人工智能密切相关，但极易被混淆，如智能控制、编程等。在教学过程中要厘清人工智能与这些内容的关系，如人工智能主要研究如何模拟、延伸和扩展人的智能，智能控制是无需人的干预就能够自主地驱动智能机器实现其目标，编程主要内容为算法及程序语言实现。三者联系紧密，人工智能可能会应用在智能控制领域，即智能控制可能会借助人工智能实现，而人工智能及智能控制的实现一般会涉及编程，但它们本质上属于不同内容，不应简单地等同起来。

2.做好与必修模块的衔接

信息技术课程的必修模块是后续学习的基础。在必修模块中，包含一些与人工智能相关的内容。例如，在必修1数据与计算中，要求“掌握一种程序设计语言的基本知识，使用程序设计语言实现简单算法”“通过人工智能典型案例的剖析，了解智能信息处理的巨大进步和应用潜力，认识人工智能在信息社会中的重要作用”，即学生通过必修1模块的学习，应掌握程序设计语言及简单算法的基本知识，对人工智能的基本概念和重要作用有初步认识。

本模块内容是在学生已具备编程基本知识、对人工智能初步认识的基础上设置的，但更加强调专业性，提高了内容的深度及广度。在开展本模块教学时，应做好与必修模块中人工智能相关内容的衔接，以提高教学效率和效果。

3.选择适合的编程语言与人工智能平台

本模块教学离不开编程语言与人工智能平台。Python语言已经成为新一代人工智能的首选编程语言，基于Python已经发展了很多成熟的人工智能（特别是机器学习）应用框架/平台，积累了很多可以用于教学的资源，如scikit-learn、BATK人工智能开放创新平台、TensorFlow框架等。利用这些框架/平台，使用Python可以相对容易地实现本模块所要求的各项内容。因此，推荐在教学实施中以Python为核心编程语言，辅以适当的人工智能/机器学习框架/平台来搭建编程环境。

当然，由于各个地方和学校的实验条件、师资及学生的具体情况有很大差异，Python语言绝非唯一的选择，其他编程环境，如C/C++、JavaScript、Blockly、App Inventor、R语言等，也可作为人工智能的编程语言。

4.因地制宜开展教学

本模块教学会受到场地、设备、师资乃至学情等因素影响，教师要根据本校实际情况，因地制宜地开展教学。

一般来说，具有摄像头、耳麦等设备的计算机教室，结合相应软件平台即可开展基本的人工智能教学，如常见核心算法及模式识别、自然语言处理、机器学习等内容。如果配备了传感器、计算机开发板及执行设备等，便可丰富人工智能教学内容，如利用人工智能实现智能控制等。

对很多教师来说，本模块部分内容相对较新，对教学内容的把握有一定难度，这就需要教师努力提升人工智能方面的专业素养，依托本校的客观条件，针对具体学情，选择恰当的教学策略，更好地达成本模块教学目标。