高中人工智能校本課程的教學(xué)路徑

【摘要】人工智能迭代發(fā)展，其技術(shù)逐漸趨于成熟，并在各個行業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。高中信息技術(shù)教師可以通過設(shè)計(jì)人工智能主題的校本課程，開辟針對人工智能技術(shù)的教學(xué)路徑，培養(yǎng)學(xué)生的人工智能應(yīng)用能力?！娟P(guān)鍵詞】高中信息技術(shù)；人工智能；校本課程人工智能是當(dāng)前信息科技領(lǐng)域的一項(xiàng)前沿技術(shù)，它的核心概念與目標(biāo)在于為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)提供大量數(shù)據(jù)，賦予計(jì)算機(jī)系統(tǒng)理解語言、自主推理、全局規(guī)劃等功能，使其能夠獨(dú)立執(zhí)行通常需要人類智力的任務(wù)。高中信息技術(shù)課程與人工智能的屬性特點(diǎn)契合度高，教師可以將信息技術(shù)課程的教學(xué)模式作為藍(lán)本，開發(fā)人工智能校本課程，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)，拓展學(xué)生在該技術(shù)領(lǐng)域的研學(xué)深度與思維廣度，從而促進(jìn)他們的終身發(fā)展。一、人工智能的功能特點(diǎn)（一）高度智能化智能化特征能夠使人工智能系統(tǒng)執(zhí)行復(fù)雜的推理和規(guī)劃任務(wù)，甚至具備一定程度的情緒感知和語言理解功能。這不僅能夠增強(qiáng)人工智能系統(tǒng)的自主性和獨(dú)立性，使其能夠處理各種現(xiàn)實(shí)世界中的挑戰(zhàn)和問題，還能夠增強(qiáng)人工智能系統(tǒng)的合理性與實(shí)用性，使其能夠模擬人的思考過程和處理方法來解決真實(shí)問題。（二）強(qiáng)大的學(xué)習(xí)功能人工智能系統(tǒng)具有強(qiáng)大的學(xué)習(xí)功能。人工智能系統(tǒng)通過分析和處理大量數(shù)據(jù)，不斷優(yōu)化算法，從數(shù)據(jù)中挖掘規(guī)律和模式，進(jìn)而提高性能，為用戶提供更好的個性化服務(wù)和問題解決方案，或?qū)崿F(xiàn)在無技術(shù)人員干預(yù)的前提下，高效處理復(fù)雜疑難。（三）優(yōu)秀的自適應(yīng)性人工智能系統(tǒng)能夠根據(jù)環(huán)境和需求的變化進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整和反饋，從而適應(yīng)新的條件和要求，靈活應(yīng)對不同情境下的任務(wù)和問題。因此，人工智能系統(tǒng)在各個領(lǐng)域和行業(yè)中具有廣泛的應(yīng)用前景，能夠?yàn)槿祟悇?chuàng)造更多的價(jià)值和便利［1］。二、人工智能校本課程的重要價(jià)值（一）拓寬認(rèn)知視野，明確發(fā)展方向人工智能校本課程不僅能夠讓學(xué)生掌握技術(shù)知識，還能夠幫助學(xué)生突破學(xué)科邊界，拓寬學(xué)生的信息科技認(rèn)知視野，引領(lǐng)他們了解人工智能系統(tǒng)在日常生活和各行各業(yè)中的實(shí)際應(yīng)用與發(fā)展前景，為他們自主規(guī)劃未來的發(fā)展方向提供參考。在校本課程中，教師以信息技術(shù)課程的內(nèi)容為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生分析實(shí)際案例、參與項(xiàng)目實(shí)踐，讓學(xué)生從醫(yī)療保健、交通運(yùn)輸、金融服務(wù)等行業(yè)領(lǐng)域中了解人工智能技術(shù)的應(yīng)用場景與運(yùn)作方式，幫助學(xué)生明確個人職業(yè)發(fā)展方向，為他們的個人成長和職業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。（二）培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)與專業(yè)技能人工智能校本課程作為信息技術(shù)學(xué)科的拓展課程，其首要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)，同時幫O3In6F3Ncv26FlXPfZ03Gyt3QpbQcnKXoaIuJLUCTko=助他們逐步掌握人工智能專業(yè)技能。信息技術(shù)學(xué)科教師可以通過合理的校本課程設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在情境的驅(qū)動下，有效掌握數(shù)據(jù)分析、算法編程和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等信息技術(shù)核心概念與相應(yīng)技能，探討引入人工智能的發(fā)展趨勢和技術(shù)倫理問題，思考人工智能技術(shù)的應(yīng)用和影響，從而增強(qiáng)學(xué)生的道德判斷力和社會責(zé)任感，培育其學(xué)科素養(yǎng)，使他們成為未來能夠勝任人工智能領(lǐng)域工作的優(yōu)秀人才［2］。三、高中人工智能校本課程的實(shí)施策略（一）情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)興趣人工智能滲透在日常生活和各行各業(yè)中，不同情境下所適用的人工智能算法有所區(qū)別。對此，在人工智能校本課程的教學(xué)過程中，教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)生動的人工智能應(yīng)用情境，引領(lǐng)學(xué)生親身體驗(yàn)該技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，深入了解人工智能的算法優(yōu)勢與應(yīng)用潛力，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生的探索興趣，推進(jìn)課程教學(xué)的有序?qū)嵤?。以教科版高中信息技術(shù)必修4第5單元第1課時“智能系統(tǒng)的應(yīng)用體驗(yàn)”的教學(xué)為例。教師可以通過創(chuàng)設(shè)“智能家具研發(fā)”情境來開展相關(guān)教學(xué)。具體而言，教師可以讓學(xué)生扮演家具公司的產(chǎn)品研發(fā)人員，引導(dǎo)他們利用人工智能技術(shù)，研發(fā)新型智能家具。教師可以先將學(xué)生分成若干個小組，每一個小組被視為一家公司，學(xué)生在教師的引導(dǎo)下利用與人工智能的相關(guān)知識設(shè)計(jì)智能家具。例如，在A小組進(jìn)行家具設(shè)計(jì)前，教師可以建議他們利用人工智能進(jìn)行市場調(diào)研和數(shù)據(jù)分析。由此，A小組設(shè)計(jì)一份調(diào)查問卷，問卷主要調(diào)查填寫者的基本信息以及填寫者對各項(xiàng)家務(wù)的厭倦程度。A小組成員在各個平臺上發(fā)布問卷、推廣宣傳。這樣的調(diào)查方式能夠在獲取隱性客戶的基礎(chǔ)上，為智能數(shù)據(jù)分析提供充足的數(shù)據(jù)源，同時快速確定產(chǎn)品的目標(biāo)人群，明確客戶的需求。在進(jìn)行智能數(shù)據(jù)分析后，A小組總結(jié)：問卷填寫者主要是20～30歲的白領(lǐng)人群，他們普遍認(rèn)為掃地和洗衣服是讓人厭倦的家務(wù)。隨后，A小組根據(jù)人工智能所提供的綜合數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，開始設(shè)計(jì)掃地機(jī)器人和自動晾曬洗衣機(jī)。在此過程中，學(xué)生能夠嘗試應(yīng)用人工智能，體會人工智能的巨大優(yōu)勢，從而激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，主動探索這項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展方向與應(yīng)用領(lǐng)域。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，教師可以為學(xué)生提供技術(shù)方面的幫助和指導(dǎo)，不主動干預(yù)學(xué)生的設(shè)計(jì)想法，激發(fā)他們的創(chuàng)新思維，逐步引導(dǎo)他們形成自己的設(shè)計(jì)理念。同時，教師應(yīng)圍繞人工智能的適用性進(jìn)行分析講解。例如，學(xué)生將人工智能掃地機(jī)器人設(shè)計(jì)為可以遠(yuǎn)程啟動、自動識別地面污漬灰塵、自動規(guī)避障礙物和自主清潔的清洗機(jī)器人。對此，教師應(yīng)肯定學(xué)生的設(shè)計(jì)想法，向?qū)W生講解人工智能如何接收來自網(wǎng)絡(luò)的通信信息、來自電容傳感器的污垢檢測信息和來自視覺攝像頭的障礙物信息，并對這一系列信息進(jìn)行即時反饋，以順利完成啟動、移動、清掃和清洗等流程。在這樣的情境下，學(xué)生自主提出設(shè)計(jì)想法，對設(shè)計(jì)成果保持極高的期望，激發(fā)對人工智能技術(shù)應(yīng)用的探索興趣，這有利于加深他們對于教學(xué)內(nèi)容的理解，增強(qiáng)教學(xué)效果。可見，教師可以通過創(chuàng)設(shè)人工智能的主題情境，讓學(xué)生體驗(yàn)人工智能技術(shù)在實(shí)際工作背景中的應(yīng)用，深切領(lǐng)會人工智能的魅力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的興趣，全面培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維理念。（二）項(xiàng)目驅(qū)動，自主探究在高中人工智能校本課程的實(shí)施策略中教師可以設(shè)置相應(yīng)任務(wù)要求與項(xiàng)目目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生以自主探究的形式來完成人工智能的項(xiàng)目分析與理論實(shí)踐，進(jìn)一步鞏固學(xué)生對人工智能的原理及應(yīng)用的理解認(rèn)知，有效促進(jìn)學(xué)生在人工智能領(lǐng)域的學(xué)習(xí)與發(fā)展。以教科版高中信息技術(shù)必修4第4單元第5課時“語音識別及其應(yīng)用”的教學(xué)為例。教師可以創(chuàng)設(shè)“智能語音助手設(shè)計(jì)與開發(fā)”的人工智能項(xiàng)目，讓學(xué)生利用已學(xué)知識，自主設(shè)計(jì)“智能語音助手”的人工智能程序，要求他們通過實(shí)踐操作與技術(shù)應(yīng)用，為人工智能程序配置語音識別、自然語言處理和人機(jī)交互等功能。由此，學(xué)生可以自主決定“智能語音助手”的基礎(chǔ)功能，并通過開源程序網(wǎng)站和傳感器元器件應(yīng)用與這些功能相關(guān)的技術(shù)和算法，進(jìn)而創(chuàng)造獨(dú)立且實(shí)用的簡易人工智能。例如，學(xué)生可以通過學(xué)習(xí)校本課程來掌握語音識別、語義理解和生成自然語言回復(fù)等編程語言，同時嘗試?yán)媒處熕峁┑娜斯ぶ悄芷脚_或智能工具來開發(fā)項(xiàng)目系統(tǒng)所需的算法功能，如Google的Dialogflow與Microsoft的Azure等語音服務(wù)工具，以及IBMWatson與AmazonLex等開源程序平臺。在“智能語言助手”開發(fā)的階段，學(xué)生發(fā)現(xiàn)當(dāng)前的開源程序難以滿足項(xiàng)目要求，并且人機(jī)交互和語音識別的功能還需要傳感器與人工智能系統(tǒng)配合才得以實(shí)現(xiàn)。基于此，學(xué)生開始自主學(xué)習(xí)編程語言，如Python或JavaScript，裝載多種功能的傳感器配件，賦予“智能語音助手”多項(xiàng)功能。其中，有學(xué)生說道：“老師，我發(fā)現(xiàn)開源網(wǎng)站上關(guān)于查詢天氣的開源程序局限性較大，便利用Python來編寫了一段程序。該程序配合人聲識別的麥克風(fēng)傳感器，可以接收語音、查詢當(dāng)前的天氣狀況，并將其反饋至屏幕上?！痹搶W(xué)生編寫的程序如下：importdatetimereceived_command="查詢天氣"current_date=datetime.datetime.now（）.date（）weather_report="今天天氣晴，氣溫28攝氏度，風(fēng)力2級（假設(shè)）"ifreceived_command=="查詢天氣"：print（f"當(dāng)前日期：{current_date}"）print（weather_report）通過不斷調(diào)試和優(yōu)化，學(xué)生在各種挑戰(zhàn)與機(jī)遇中全面激發(fā)思維活力與創(chuàng)造性，逐漸完善他們的“智能語音助手”。具體而言，學(xué)生根據(jù)用戶的使用體驗(yàn)進(jìn)一步優(yōu)化和完善人工智能項(xiàng)目的功能，增強(qiáng)“智能語音助手”的便利性與實(shí)用性，還通過真實(shí)的項(xiàng)目實(shí)踐來獲取更全面的專業(yè)技能和更深層次的技術(shù)理解?？梢姡處熆梢岳靡匀斯ぶ悄転橹行牡男１菊n程項(xiàng)目，通過設(shè)定任務(wù)要求與項(xiàng)目目標(biāo)，全面激發(fā)學(xué)生的自主性與學(xué)習(xí)熱情，鼓勵他們在項(xiàng)目實(shí)踐中不斷探索，構(gòu)想獨(dú)特的設(shè)計(jì)思路，并在調(diào)整試錯中積累經(jīng)驗(yàn)，為他們未來的學(xué)習(xí)研究打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)［3］。（三）多元評價(jià)，綜合考量相較于以知識點(diǎn)考察為主的學(xué)情評價(jià)，人工智能校本課程的教學(xué)評價(jià)則趨向多元化，這種評價(jià)模式對學(xué)生的項(xiàng)目展示、實(shí)踐操作、討論表達(dá)等方面進(jìn)行考量，全面展現(xiàn)學(xué)生在信息科技方面的能力素養(yǎng)和人工智能方面的技能掌握情況，為校本課程的優(yōu)化完善與學(xué)生未來發(fā)展的長期規(guī)劃提供參考。以“語音識別及其應(yīng)用”的教學(xué)為例。在學(xué)生前一個階段設(shè)計(jì)與開發(fā)“智能語音助手”的過程中，教師應(yīng)該持續(xù)跟進(jìn)學(xué)生的項(xiàng)目進(jìn)展，觀察與評估學(xué)生的項(xiàng)目進(jìn)程，了解學(xué)生在項(xiàng)目構(gòu)思與設(shè)計(jì)方面的思考與創(chuàng)新，發(fā)現(xiàn)并糾正學(xué)生在認(rèn)知與應(yīng)用上的不足。例如，在開展“智能語音助手”項(xiàng)目的過程中，部分學(xué)生發(fā)現(xiàn)Google與Microsoft所提供的語音服務(wù)功能以英語作為使用語言，而中文需要經(jīng)過傳譯才能順利被人工智能系統(tǒng)接收和反饋。教師可以將語音服務(wù)功能在中文語境下的誤差性作為評價(jià)考核的重點(diǎn)，觀察、評估學(xué)生是否認(rèn)識到該項(xiàng)問題的存在，又應(yīng)通過哪些方式來增強(qiáng)信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性與用戶需求的貼合性。此外，多元的評價(jià)模式包括對學(xué)生參與課程學(xué)習(xí)過程中的態(tài)度和行為的評價(jià)，教師可以通過了解學(xué)生對于項(xiàng)目本身的態(tài)度、項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)溝通討論的積極性及所提出的設(shè)計(jì)構(gòu)想，對他們的溝通交流能力、問題分析能力及創(chuàng)新思維品質(zhì)進(jìn)行綜合分析，全面評估學(xué)生在信息技術(shù)學(xué)科的綜合素養(yǎng)和在人工智能領(lǐng)域的未來發(fā)展?jié)摿?。在多元評價(jià)的框架下，教師還可以在人工智能項(xiàng)目基本完成后，開展項(xiàng)目分享討論會，讓學(xué)生邀請朋友、家長或人工智能領(lǐng)域的專業(yè)人士參與討論會，鼓勵學(xué)生展示自己在人工智能領(lǐng)域的創(chuàng)新成果。如此，學(xué)生不僅能夠得到來自朋友與家長的認(rèn)可，還能獲得專業(yè)人士的評價(jià)與建議，這有利于學(xué)生增強(qiáng)學(xué)習(xí)信心，拓寬知識視野?？梢?，教師可以采用多元評價(jià)模式全面、客觀地評價(jià)學(xué)生的課程學(xué)習(xí)，在關(guān)注學(xué)生課堂表現(xiàn)的同時，著眼于學(xué)生的綜合能力品質(zhì)和專業(yè)技能