人工智能教育在信息技術(shù)課程中的初步探索

陶楊

摘 要：2017年國務(wù)院頒布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，其中明確提出要實施全民智能教育項目，要求在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，開設(shè)編程教育，進(jìn)行多種形式的人工智能科普創(chuàng)作。而中學(xué)信息技術(shù)基礎(chǔ)課程承擔(dān)著重要職責(zé)，在這一背景下，本文結(jié)合當(dāng)前中學(xué)信息技術(shù)學(xué)科的教學(xué)現(xiàn)狀，立足中學(xué)生的身心發(fā)展實際，首先分析了中學(xué)信息技術(shù)課程中教學(xué)人工智能教育的意義，分析了當(dāng)前中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中人工智能的教育現(xiàn)狀，進(jìn)而提出了新的教學(xué)策略，以期更好地推進(jìn)教學(xué)，順應(yīng)時代發(fā)展潮流，促進(jìn)中學(xué)生的信息素養(yǎng)提升，落實立德樹人的教育目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：人工智能;課程教學(xué);中學(xué)

根據(jù)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》指示，在中學(xué)信息技術(shù)教學(xué)中推進(jìn)人工智能教育，迎合國家發(fā)展戰(zhàn)略與教育教學(xué)的前沿趨勢是當(dāng)前信息技術(shù)學(xué)科的重要教學(xué)方向。當(dāng)前，在信息化時代，人工智能早已逐步滲透到人們學(xué)習(xí)、生活和工作中，人工智能教育迫在眉睫。對于正處在義務(wù)教育起始階段的中學(xué)生來說，抓住教學(xué)的黃金時期，培養(yǎng)學(xué)生的計算機(jī)思維、創(chuàng)新思維等顯得至為關(guān)鍵[1]?；诖?，本文結(jié)合文獻(xiàn)綜述法與實踐調(diào)查法，探討了如何在初中信息技術(shù)教學(xué)中開展人工智能教育。

一、信息技術(shù)課程開展人工智能教育的意義

人工智能的研究主要是如何借助計算機(jī)模仿人腦的相關(guān)思維活動，如學(xué)習(xí)、思考等，以此解決復(fù)雜問題。同樣人工智能也是一門覆蓋面較廣的學(xué)科，如數(shù)學(xué)、信息技術(shù)、心理學(xué)等。相較于一般的信息處理技術(shù)，人工智能的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在處理手段與策略等環(huán)節(jié)中。

一般來說，現(xiàn)實生活中的問題可以主要劃分為以下三個層次：其一，求解類或公式化問題;其二，很難用確定的形式描述，往往需要通過經(jīng)驗求解;其三，是介于以上兩者之間。絕大部分信息技術(shù)課程的內(nèi)容，如程序設(shè)計、數(shù)據(jù)庫、多媒體技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，多屬于求解類的結(jié)構(gòu)化教學(xué)內(nèi)容，而人工智能技術(shù)則是主要根據(jù)經(jīng)驗求解的問題。在信息技術(shù)學(xué)科中引入人工智能教育，學(xué)生既能在知識的習(xí)得中認(rèn)識人工智能，感受人工智能的應(yīng)用，了解其問題解決的過程，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，提升其信息素養(yǎng)。

人工智能作為一項前沿的信息技術(shù)，通過在知識學(xué)習(xí)、技術(shù)掌握中，學(xué)生對信息技術(shù)的發(fā)展有了更深刻的認(rèn)知，有助于激發(fā)其學(xué)習(xí)斗志，開闊學(xué)生的學(xué)習(xí)視野，調(diào)動他們的學(xué)習(xí)積極性。在前沿性知識與技術(shù)的學(xué)習(xí)中，學(xué)生對后續(xù)的學(xué)習(xí)以及自身的發(fā)展都有了更清晰的目標(biāo)，為他們未來的成長發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)[2]。

二、人工智能教育在中學(xué)信息技術(shù)課程教學(xué)中存在的問題

（一）師生重視程度不夠

在很多教師潛意識里，他們將人工智能教育簡單地等同于復(fù)雜的技術(shù)，并認(rèn)為它對學(xué)生的學(xué)習(xí)起到的作用不大，因此，不會去主動選擇學(xué)習(xí)更專業(yè)的內(nèi)容開展教學(xué)，僅僅是為了完成教學(xué)目的。由此導(dǎo)致學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，面對復(fù)雜、深奧的人工智能理論等知識，很容易產(chǎn)生畏難情緒，久而久之，學(xué)生的厭學(xué)情緒也變得越來越大，教學(xué)效果越來越差。

（二）教學(xué)環(huán)境支撐力度不夠

反觀國外在人工智能教育中投入力度較大，且有專業(yè)的人才作支撐，部分高校、企業(yè)、科研機(jī)構(gòu)等也給學(xué)生的學(xué)習(xí)提供場所與環(huán)境的支撐。相比較而言，我國在應(yīng)試教育的長期影響下，素質(zhì)教育難落地，因此，作為非重點考試內(nèi)容的人工智能教育也只能被學(xué)校和教師束之高閣。大環(huán)境如此，人工智能教育較難在中學(xué)推進(jìn)。

（三）傳統(tǒng)教學(xué)方式占主導(dǎo)

由于教材的現(xiàn)實，書本中多涉及的是理論化的內(nèi)容，而很多學(xué)生之前沒有接觸過這些內(nèi)容，在學(xué)習(xí)過程中難免吃力，缺乏相應(yīng)的實踐活動輔助，學(xué)生也很難深入理解。加之，絕大部分信息技術(shù)課程教師教學(xué)能力有限，不是專業(yè)的人工智能人員，在開展教學(xué)時也只是照本宣科，以傳統(tǒng)教學(xué)模式講解理論化的內(nèi)容，重理論輕實踐，異化了人工智能教育的目標(biāo)。

（四）絕大部分教師教學(xué)能力不足

考慮到人工智能專業(yè)作為一個新興的專業(yè)，很多學(xué)校還未開設(shè)人工智能專業(yè)相關(guān)的課程，人工智能發(fā)展也沒有相關(guān)單位的支持。而且，人工智能領(lǐng)域技術(shù)人員工資普遍偏高，相比較而言，愿意到校任教的人才少之又少，極大影響了人工智能課程的開展?？梢哉f，當(dāng)前，制約初中信息技術(shù)學(xué)科人工智能教育最重要的因素在于專業(yè)教師資源的短缺。

三、人工智能教育在中學(xué)信息技術(shù)課程中的具體教學(xué)策略

（一）滲透實際應(yīng)用場景，激發(fā)學(xué)生興趣

人工智能技術(shù)的最終價值訴求在于為人們的生產(chǎn)、生活服務(wù)，因此，它最終還是要落地到現(xiàn)實生活中，緊密貼合人們的生產(chǎn)、生活。從這一視角出發(fā)，我們在教學(xué)時，可以從人工智能技術(shù)在現(xiàn)實生活中的具體運用為主，讓學(xué)生體會到該技術(shù)帶來的便利，了解其中的專業(yè)內(nèi)容，吸引學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。

例如：在教學(xué)中，我們可以為學(xué)生講解手機(jī)的演變，傳呼機(jī)、大哥大到現(xiàn)在的智能手機(jī)，從密碼解鎖發(fā)展到現(xiàn)在指紋、刷臉解鎖等;以前人們出門買東西都要帶現(xiàn)金或者刷卡，現(xiàn)在一部手機(jī)出示二維碼即可，對于這些場景，學(xué)生并不陌生，他們在思考中也能聯(lián)想到人工智能給生活帶來的便捷。再比如：我們在逛淘寶時會發(fā)現(xiàn)它推送的東西好像都是我想買的，美團(tuán)和餓了么等APP也會根據(jù)你的消費記錄推送你最想吃的，打滴滴總能給你就近匹配司機(jī)……這樣一來，我們將生活場景直接推送到課堂中，簡化知識難度，讓學(xué)生在身邊實例中感受人工智能的應(yīng)用，了解專業(yè)知識的具體運用，以此調(diào)動學(xué)生深入學(xué)習(xí)的熱情和積極性。

（二）搭建理論聯(lián)系實際的橋梁，幫助學(xué)生加深理解

中學(xué)階段的人工智能教育主要從理論知識教學(xué)與實踐能力培養(yǎng)兩方面推進(jìn)。但是不同于信息技術(shù)學(xué)科中的其他專業(yè)內(nèi)容，人工智能教育的理論深度對學(xué)生而言，在理解上有很大困難。我們在教學(xué)時，要盡量從中學(xué)學(xué)情出發(fā)，讓學(xué)生可以在固有知識的基礎(chǔ)上建構(gòu)新知識。特別是在面對一些抽象的教學(xué)內(nèi)容面前，我們要從實踐中找到其對應(yīng)的模型，設(shè)計理論指導(dǎo)實踐、實踐深化理論的教學(xué)活動，讓學(xué)生在實踐活動中學(xué)習(xí)專業(yè)知識、掌握技能。

例如：我們在聯(lián)系現(xiàn)實生活中的AI類產(chǎn)品時，將抽象的人工智能概念讓學(xué)生在產(chǎn)品的觀察、體驗、小組合作與概括等環(huán)節(jié)中，獲得概念性的知識。如在“植物識別”的教學(xué)中，其中“利用人工智能識別圖像”是該章節(jié)的教學(xué)難點，對此，我設(shè)計了三個體驗活動：其一，學(xué)生調(diào)整代碼塊識別植物;其二，根據(jù)接口反饋內(nèi)容，明確信息的提取方法;其三，小組討論，分享植物識別的過程。之后，將活動繼續(xù)延伸至圖像識別的一般過程，加深學(xué)生的理解。對于實踐教學(xué)中的一些專業(yè)名詞，如圖像識別運算、函數(shù)、置信度等，由于學(xué)生的抽象思維能力有限，也很難理解。這時，我們可以通過類比的方式，為學(xué)生創(chuàng)設(shè)具體的情境，讓他們在實踐與體驗中獲得知識。如我們可以將Python的變量與儲蓄罐進(jìn)行對比，讓學(xué)生觀察存錢的這一過程，分析這一過程中錢幣的變化以及產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因。在類比中，幫助學(xué)生感受量的變化及作用，更好地應(yīng)用變量實現(xiàn)程序功能。

（三）聚焦教學(xué)過程，培養(yǎng)學(xué)生的高階思維

人工智能教育的最主要目的在于，讓學(xué)生感受先進(jìn)技術(shù)給生活帶來的積極影響，并能將所學(xué)應(yīng)用到現(xiàn)實生活中去?；诋?dāng)前的人工智能教學(xué)而言，我們大體可以按照以下流程推進(jìn)：創(chuàng)設(shè)情境、觀察體驗、需求分析、程序設(shè)計、總結(jié)交流。在每次活動開始時，我們要帶領(lǐng)學(xué)生體驗人工智能相關(guān)產(chǎn)品的使用等，讓他們用自己的語言描述出來。更為關(guān)鍵的是，在這一過程中，我們還可以與學(xué)生共同就產(chǎn)品的程序功能等互相交流，了解學(xué)生的想法，立足問題設(shè)計目標(biāo)。一旦目標(biāo)確定，我們可以組織學(xué)生根據(jù)問題展開討論，盡量將復(fù)雜的問題簡單拆分成一個個小的活動，確立活動思路。在之后的一系列自主活動、探究活動中，鼓勵學(xué)生將自己的想法付諸實踐，培養(yǎng)學(xué)生的動手能力，實現(xiàn)深度教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生的思維由低階逐步向高階過渡。

例如：在“植物識別”的教學(xué)中，我們可以從卡通人物切入，增加AI功能情境話題，引發(fā)學(xué)生討論;之后，明確本課教學(xué)目標(biāo)，通過植物識別，實現(xiàn)Python程序。借助aip庫，學(xué)生可以實現(xiàn)植物識別的過程，通過對代碼內(nèi)容的修改和調(diào)試，觀察輸入、輸出內(nèi)容間的關(guān)系，實現(xiàn)植物匹配的目標(biāo)。在教學(xué)最后，通過對卡通人物的AI功能暢想討論圖像識別的原理。在階段性教學(xué)的推進(jìn)過程中，以問題的逐步深化培養(yǎng)學(xué)生的高階思維，有意加強(qiáng)對學(xué)生思維能力的培養(yǎng)與訓(xùn)練，提高學(xué)生的高階思維。

（四）關(guān)注人工智能育人功能，培養(yǎng)學(xué)生的信息道德

在實際教學(xué)中，我們還要注意，人工智能教學(xué)必須要符合初中生的認(rèn)知規(guī)律、接受能力等，在學(xué)生接受能力范圍內(nèi)提升知識難度，盡量選取那些既有利于學(xué)生學(xué)習(xí)又有利于提高其學(xué)習(xí)能力的知識內(nèi)容，以其專業(yè)性、趣味性調(diào)動他們對人工智能學(xué)習(xí)的興趣和積極性。此外，更為關(guān)鍵的是，人工智能技術(shù)作為一門先進(jìn)性、前沿性的教學(xué)課程，我們在知識講解與能力培養(yǎng)之余，也要關(guān)注到人工智能教育教學(xué)中的育人因素，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)，推動教學(xué)由“知識本位”“能力本位”向“素質(zhì)本位”過渡，實現(xiàn)學(xué)科教學(xué)與立德樹人的雙重教育目標(biāo)[3]。

（五）提升教師專業(yè)能力，打造專業(yè)型教師隊伍

教師專業(yè)能力的高低不僅影響著教學(xué)的有序開展，更直接影響著學(xué)生對知識的吸收。作為教學(xué)活動的主導(dǎo)者，教師也要做到與時俱進(jìn)，承擔(dān)起自身的職責(zé)，提升自身的專業(yè)能力，推進(jìn)人工智能教育進(jìn)初中校園。然而現(xiàn)實情況是，初中階段專業(yè)的人工智能教師稀缺。這就要求學(xué)校要在教師能力培養(yǎng)上下功夫，首先，開展人工智能的培訓(xùn)課，以此提升教師的專業(yè)能力，使其更游刃有余地開展課程教學(xué);其次，加快人工智能課程教學(xué)改革，以培養(yǎng)專業(yè)型教師為主;最后，教師個人也要積極審視教育教學(xué)的大環(huán)境，積極與其他各學(xué)科教師進(jìn)行經(jīng)驗交流，提升個人綜合能力等，參與地區(qū)、國家級相關(guān)課題，豐富理論知識，以期在不斷學(xué)習(xí)中提升自身的綜合能力。

結(jié)束語

綜上所述，人工智能教育是大勢所趨，在初中信息技術(shù)學(xué)科中滲透人工智能教育，培養(yǎng)學(xué)生的計算思維，迎合時代發(fā)展潮流，這是教育教學(xué)的價值訴求，也是當(dāng)前社會對人才提出的新要求?；诖?，作為教師，我們更要站在時代發(fā)展與教育教學(xué)的前沿，提升自身專業(yè)能力，創(chuàng)新教育方法，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中有所得、與時代共同進(jìn)步。未來已來，人工智能教育任重道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)

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