高中信息技术教学渗透人工智能教育的策略

朱国忠

摘 要：随着科技的进步，在我国教育体系中，信息技术教学与科技的关系越来越密切，因此信息技术教学必须承担起向学生渗透最新技术的任务。在高中阶段，学生已经有了一定的知识基础，能够接受一些先进且难懂的知识，因此在课堂上教师可渗透与人工智能相关的教育内容，使学生在未来能夠更快速地接受最新技术。

关键词：高中信息技术;人工智能;信息技术素养

人工智能（AI）是计算机技术的派生技术，是一种跨学科的前沿科学技术，具有广阔的应用前景。人工智能通过研究利用计算机模拟人脑中的各种思维活动来解决传统计算机无法解决的复杂问题。在现实世界中，问题可以根据结构化程度分为三大类：第一类是可以利用固定的方式解决的结构化问题;第二类是难以以固定形式解决的非结构化问题;第三类是半结构化问题，介于结构化问题和非结构化问题之间。将人工智能用于高中信息技术教育中，不仅可以让学生了解人工智能的基本特点，还可以在一定程度上了解人工智能解决非结构化、半结构化问题的基本思路和优势，这个过程反映了计算机解决问题的多功能性，使学生能够从多个角度思考信息技术知识，从而提高其信息技术素养。

一、重视人工智能教学环境搭建

学校需要加强教学硬件和软件的建设，使学生能够更直观、更具体地理解人工智能的相关知识。学校需要增加对信息技术教育的软件和硬件建设的投资，提高学校计算机的整体性能，并为学生提供更好的人工智能学习环境，同时应重视人工智能教育资源的整合与利用，充分展示人工智能在高中信息技术教育中的作用。教师要注意收集有关人工智能的教育资源，例如关于人工智能的各种科学故事、视频、学习资料以及其他与人工智能有关的材料，为学生构建完善的人工智能教育环境。可以基于人工智能VRP虚拟现实软件搭建虚拟实验平台，平台主要由五个部分组成： （1）实验介绍模块，主要介绍平台的性质和功能。 （2）实验演示模块，提供相关实验原理、实验步骤的图文、视频演示。（3）仪器选择模块，提供实验所需设备仪器。（4）自主实验模块，包含学生可以自主完成的实验内容，是平台最重要的部分，由多个虚拟实验组成。实验设计包括虚拟实验界面的设计和实验内容的设计，虚拟实验界面设计统一，表面颜色柔和，简单直观。（5）自检反馈模块，包含各种实验的正确步骤，注意事项以及自测题等，方便学生自测，同时提供反馈交流功能，学生可以向教师提出问题，平台界面如图 1 所示。

在虚拟实验过程中，学生可以通过鼠标对虚拟实验装置进行交互操作，以“网线制作”实验为例，学生可以对虚拟的网线、接头进行移动、旋转、缩放等操作。虚拟实验场景与其他功能的切换主要通过在交互界面上操作鼠标、键盘实现，让虚拟实验更加方便快捷，实现场景定向和人物漫游，学生可以先观看实验演示，掌握实验方法，然后通过鼠标、键盘操作虚拟的网线、网线钳、剥线刀等实验设备进行虚拟的网线制作[1]。另外，VRP虚拟现实开发平台提供切换机视图显示功能，学生可以从多个角度观察网线分布，如顶部视图、左侧视图、正面视图、背后视图等，当学生制作好虚拟的网线后，可以在实验仪器中选择网线测试器测试网线连通性，如果没有接通，平台会给出错误提示，学生按照提示纠正错误，这样一来，学生可以直观地看到自己的错误，加深记忆。最后学生可以进行自测反馈，教师可以根据学生的实验情况和反馈了解学生的学习情况，并做出相应的教学安排。

二、激发学生的人工智能学习兴趣

教师需要从高中生的生活经验出发，根据高中生的年龄特点，通过多种方式逐步向学生介绍人工智能知识，以激发高中生对信息技术的兴趣。在上课时，教师可以列出最早出现的人工智能产品，鼓励学生将早期的人工智能产品与当前的人工智能产品进行比较和分析，研究人工智能技术和人工智能的发展历史，从而分析人工智能技术对当今社会的影响。教师可以将“探索生活中的人工智能”作为一项学习任务，要求学生利用他们的知识和信息技术来收集和探索日常生活中常用的人工智能技术，通过任务驱动的教学方法引导学生去探索人工智能，了解智能技术可以给人们提供什么便利，详细分析信息技术的发展趋势[2]。

在讲到网络安全的相关内容时，教师可以给学生播放一段动画视频，主要内容是介绍人工智能技术在网络安全防护中的应用，首先视频开场介绍目前网络上用户隐私泄露的各种案例以及危害，让学生明白网络安全的重要性，然后介绍如何利用人工智能技术来提高网络安全防护能力，以确保用户信息安全，避免不法分子窃取和破坏。例如，利用人工智能中的核心技术——深度学习算法来开发网络非法入侵检测软件，可以智能识别危险，还可以介绍利用人工智能在快速处理海量数据方面的优势，激发学生对人工智能的兴趣，推动人工智能在高中信息技术教学中的渗透，从而提高高中信息技术教学质量。

三、积极创新信息技术教学手段

除了完善教学环境，激发学生兴趣之外，教师还需要根据渗透人工智能教育的需要及时改变信息技术的教学方法，有效地将人工智能教育渗透到高中信息技术课堂中。

首先，智能作业批改。在语音识别技术和语义分析技术不断发展的背景下，高中信息技术教师可以采取人工智能技术实现智能作业批改，使教师从作业批改的繁重工作中解放出来，将精力和时间集中在教学内容上。例如，利用人工智能学习软件，教师可以要求学生将完成的作业直接拍照上传到软件系统中，软件可以智能批改作业，自动给出批改结果，同时还可以给出单份作业或整体作业的数据分析结果，为教师因材施教提供良好的基础。

其次，个性化学习定制。在高中信息技术教学中，教师可以使用人工智能学习软件从学生那里收集信息，并使用大数据分析每个学生的学习特征，然后根据这些信息为学生提供个性化的教学指导，为每一个学生制定适合他的学习计划，从而有效地提高学生的学习体验和学习反馈效果，进一步提高高中信息技术教学效率。

再次，人工智能辅导系统的应用。在渗透人工智能教育时，高中信息技术教师还可以应用人工智能辅导软件来指导学生的学习，从而有效地提高了學生的学习效果。智能辅导软件通常包括四个主要模块，其中的接口模块可以实现学生与计算机之间的有效交互;专家模块主要是设置知识、规则和策略供学生学习;学生模块用于统计分析学生的学习情况和知识掌握情况;辅导模块中则包含一些用于指导学生学习的方法。在高中信息技术教育课中，教师可以综合运用这四个模块的功能为学生提供高效的辅导，从而使学生更好地学习他们的信息技术知识。

最后，智能模拟教学法。在传统课堂上，学生操作信息技术的实践能力普遍不高。为此，教师可以利用人工智能教育来解决这个问题。教师可以使用智能模拟教学法来模拟特定的信息技术操作，使学生能够通过动手操作和经验来掌握抽象的信息技术知识和操作技能，同时有效地实现人工智能教育渗透，提高信息技术课堂教学效果，促进学生信息技术素养的提升。

四、渗透人工智能教育，培养学生非结构化思维能力

在高中阶段为学生提供的信息技术课程教学主要目标是培养学生的信息技术素养，而非结构化思维能力是信息技术素养的重要组成部分。在传统的教育过程，教师讲解的内容更多的是结构化问题相关知识，如算法与程序设计等。但是，人工智能技术是解决非结构化、半结构化问题的技术。简而言之，如果学生想学习人工智能技术，就需要改变固有思维方式，深入了解人工智能的知识和技术以及解决非结构化和半结构化问题的过程[3] 。因此，在教学过程中，教师应该有意识地引入人工智能相关的非结构化、半结构化内容，引导学生深入学习和思考，例如教师可以给学生讲解人工智能技术中的Python语言基础知识，让学生深入感受到人工智能在收集和处理信息的过程中的高效简洁，最终目的是培养学生的非结构化问题解决能力，从而提高学生的整体信息技术核心素养，这对于学生理解和掌握信息技术知识有很大的帮助。

综上所述，在现阶段的高中信息技术教学中，教师必须重视学生的基础知识掌握，深入了解学生知识水平，有意识地渗透人工智能教育，完善人工智能教育环境，培养学生对人工智能的学习热情，积极创新教学方法，培养学生的非结构化思维能力，更好地发挥人工智能知识在高中信息技术教学中的作用。

参考文献：

[1]孙瑞，曹建英.基于现代信息技术的计算思维在中学数学教学中的应用研究[J].无线互联科技，2014（4）.

[2]王蕾.基于计算思维的信息技术教学设计模式的研究——以儿童编程单元为例[J].中国信息技术教育，2018（2）.

[3]王菁，许发斌.基于核心素养的高中信息技术学科教学的策略研究[J].中学课程辅导（教师教育），2020（12）.

编辑/陆鹤鸣