高中人工智能项目的设计与实施

【摘 要】本文针对当前高中人工智能教育存在的问题，结合人工智能技术层面、应用层面、社会层面的分析，提出以目标为导向、以技术为基础、以应用为主线设计活动项目，学生通过“感知、实践、体验、感悟、畅想”的项目实践路径，完成“从技术到应用”“从应用到社会”的自我实现，提升面对未来智能社会的关键能力。

【关键词】人工智能；项目设计；项目实施

【中图分类号】G434 【文献标志码】A

【论文编号】1671-7384（2024）012-066-02

随着人工智能的快速发展，国家在宏观层面加强了中小学人工智能教育顶层设计。2017年国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》提出，在中小学阶段设置人工智能相关课程，鼓励学校和社会逐步推广人工智能教育[1]；2018年4月，教育部印发《高等学校人工智能创新行动计划》，再次明确在中小学阶段引入人工智能普及教育。在此背景下，如何结合目前人工智能教育的现状有效推进人工智能教育，是广大教师需要思考的问题。

当前高中人工智能教育现状与分析

高中的人工智能教育没有独立的课程体系，纵观当前人工智能教育，在教学内容、教学方法方面存在着一些问题。从人工智能教学内容来看，人工智能涉及范围广，内容庞杂艰深，当前中学人工智能课程内容多为大学知识的降维处理，缺乏贯通技术和思维的教学内容设计。从人工智能教学实施方式来看，有的教学注重知识与理论，将人工智能学科中高深的模型和理论直接引入课堂，知识门槛过高，学生难以理解；有的侧重感知和体验，通过大量简单的动手实践来吸引学生，对人工智能原理的讲授一带而过，虽然课堂氛围活跃，但学生对于人工智能的了解始终停留在表层。

高中人工智能的教学不仅要让学生知其然，也要知其所以然；不仅要让学生掌握人工智能技术工具的基本操作，也要让学生学习基本原理和学科方法，提高学生应用人工智能解决问题的能力。因此，笔者尝试以学生为中心，遵循人工智能的科学逻辑，结合学什么、怎么学、学得怎么样的问题，用项目活动组织人工智能教学，促进学习真实发生。

高中人工智能项目设计过程

人工智能通常可以从三个层面来理解。一是技术层面，这是人工智能的基础层面，涉及各种算法、模型、数据结构和编程技术，如机器学习、深度学习、自然语言处理等技术。二是应用层面，是人工智能在不同场景下解决具体业务需求的层面，如无人驾驶、智能家居、医疗诊断系统等应用。三是哲学和社会层面，内容涵盖人文与思辨，涉及技术对人类社会、伦理和法律等的影响。基于此，笔者以目标为导向、以技术为基础、以应用为主线，从确定项目目标、确定项目情境、确定项目内容、确定项目评价几个步骤设计项目，打通技术、应用、社会三个层面，引导学生完成“从技术到应用”“从应用到社会”的自我实现过程。

1.融合人文科技，确定项目目标

我们希望学生通过人工智能的学习，在技术层面能了解典型人工智能算法，建构知识；在应用层面能深入感知与体验智能情景，培养技能；在哲学和社会层面能够增强利用技术服务人类发展的责任感，发展思维。笔者将知识构建、技能培养与思维发展三者融合，确定了以下项目目标。（1）学生了解人工智能，学会用人工智能相关知识来分析身边的设备、场景，感悟人工智能项目开发的求实、严谨、创新等特点，认识技术的价值。（2）学会小型人工智能系统的设计开发，在丰富多样的任务情境中体验人工智能社会实践者真实的工作模式和思考方式，激发探索和展望未来人工智能发展的兴趣。（3）从技术难题、社会伦理两方面探讨人工智能的问题，感受人类文明发展和技术社会发展关系紧密，理解人工智能社会中个人与社会的关系，从而成长为有效的技术使用者、创新的技术设计者、合理的技术反思者[2]。

2.链接真实生活，确定项目情境

从技术层面而言，人工智能的项目情境需要涵盖人工智能的基础概念和技术；从应用层面而言，人工智能的项目情境需贴近实际应用；从社会层面面而言，人工智能的项目情境设计要有伦理考量。当然，情境设计还需要给学生留有探索的空间与可能，鼓励学生探索人工智能技术的创新应用。

当前的高中生接触过一定的人工智能产品，对人工智能技术在生活中的应用有一定的了解和认识，对人工智能有足够的好奇，所以，笔者链接真实生活，找寻生活中学生比较熟悉的应用来设计项目情境。如无人驾驶技术是许多高中生讨论和关注的热点，学生或者亲眼看见过无人驾驶测试车辆在街头穿梭，或者通过新闻媒体了解到无人驾驶出租车的实验和应用。基于此，笔者设计“智能驾驶”项目，将学生放置在特定的情境中，给他们一个学习任务与挑战，并搭建桥梁，逐步引导学生从初步感知向更大范围拓展、实践，向更深层次推进。

3.关联应用与技术，确定项目内容

一是分析人工智能情境中可拓展的知识，转化为教育教学的内容，将人工智能的相关知识化整为零地渗透到项目中，展现知识的逻辑性与系统性，建立应用层面和技术层面的关联。譬如将图论、深度搜索和广度搜索的理论嵌入到穿越迷宫项目中，将最短路径抓取规划算法嵌入到智能救援的机械臂控制中。

二是在分析技术的同时，也关注人文的思考。譬如，以“中华优秀传统文化”为切入点，呈现技术迭代的历程，学生通过古代技术的了解，感受科技发展轨迹及其对人类发展的推动作用，感受人类文明发展和技术社会发展的紧密关系；以“社会责任意识”为切入点，通过分析日常生活中可能出现的种种场景和案例，感受人工智能所引发的价值冲突，感悟技术伦理，树立遵守道德规范的社会意识。

4.关注过程与发展，确定项目评价

一是评价关注学生的过程。教师可以采用自评、互评等多种形式，从项目活动过程中参与程度、参与水平展开评价，注重学生在活动过程中的收获和对技术思想与方法的理解及体验。

二是评价关注学生的发展。教师可以采用教学与比赛结合的方法，引导学生完成一个项目后精益求精、深层次地继续探索，给学生提供新的发挥创造力的场所与空间。

高中人工智能项目实施路径

项目实施以真实的问题解决情境作为承载，以小组为单位，让学生从感知、实践、体验、感悟、畅想几个阶段展开。

感知：学生了解整个项目情境，理解在这个项目情境中解决问题的相关技术，这是一个从抽象到具体的过程。实践：由理解到应用，由独立到整体，这是一个将学习到的知识与技能转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。体验：体验人工智能项目真实的应用场景，激发学生求知欲望，这是一个对单一知识点较低层次的理解向较高层次应用推进的过程。感悟：结合未来日常生活中可能出现的种种场景和案例，感受人工智能所引发的价值冲突，树立遵守道德规范的社会意识。畅想：通过论坛等形式展示学生创新性的所思所想，并倡导从社会科学与技术研究等方面共同努力，让人工智能更好地服务于人类。

综上所述，我们以适应未来智能社会的关键能力培养为目标，将人工智能学习内容和教学方法系统规划，这样的项目设计与实施的关键点是目标导向、统整实施、知行合一。以目标为导向的策略让项目设计更加聚焦；统整实施策略能够引导学生运用更为广泛的多学科知识去思考、分析、决策和解决各种复杂的问题；而知行合一让学生了解、实践体验，进而思考、批判和改进，从而让素养得以提升。这样开展项目设计，能够使素养培养与项目目标相融相通、探究与思辨相辅相成，呈现给学生的项目是立体的、丰厚的，同时项目蕴藏的教育价值也被充分彰显出来。

参考文献

国务院. 国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知[EB/OL].（2017-07-20）[2024-09-12]. http：//www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm.

中华人民共和国教育部. 普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）[S]. 北京： 人民教育出版社，2020.

作者单位：上海市嘉定区第一中学

编 辑：冯艳艳