中職數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透人工智能教育的校本策略探究

鄧學(xué)明

【摘要】本文結(jié)合中職數(shù)學(xué)教學(xué)現(xiàn)狀，以我校為例，探析中職數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透人工智能教育的五點(diǎn)策略，希望能夠?yàn)榇龠M(jìn)人工智能教育在中職數(shù)學(xué)教學(xué)中的實(shí)施和發(fā)展提供一個(gè)借鑒和范式。

【關(guān)鍵詞】大數(shù)據(jù);中職數(shù)學(xué);人工智能

一、研究背景

1.大數(shù)據(jù)背景

信息化時(shí)代的到來，智能產(chǎn)品的到來，極大促進(jìn)了社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科技水平的發(fā)展。各行各業(yè)的高速發(fā)展無一不表明大數(shù)據(jù)的重要性。而大數(shù)據(jù)的應(yīng)用和分析，最根本的就是人工智能的發(fā)展。因此，在面對(duì)當(dāng)下急速發(fā)展的大數(shù)據(jù)時(shí)代，我們有必要進(jìn)行人工智能教育，有必要為未來的人工智能時(shí)代儲(chǔ)備人才。也基于此，2017年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》就明確提出實(shí)施全民智能教育的項(xiàng)目。

2.初等教育的國(guó)家人工智能教育方針

人工智能越來越強(qiáng)大的新時(shí)代，我國(guó)對(duì)于人工智能教育在初等教育階段也提出了關(guān)切。其中，《國(guó)務(wù)院關(guān)于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知（國(guó)發(fā)[2017]35號(hào)）》中率先提出了要在中小學(xué)教育階段設(shè)置人工智能的相關(guān)課程。也就是說，培養(yǎng)人工智能人才要從小抓起，為未來的中國(guó)挖掘具有這方面潛力的中小學(xué)生，為培養(yǎng)未來的人工智能的尖端人才打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。營(yíng)造人工智能培養(yǎng)的濃厚校園氛圍是中小學(xué)教師的一份責(zé)任。

3.人工智能與數(shù)學(xué)

人工智能算法本質(zhì)上就是數(shù)學(xué)公式和數(shù)學(xué)算法。因此，人工智能的發(fā)展離開不了數(shù)學(xué)的進(jìn)步。例如，華為公司招聘的核心人才中有幾百個(gè)數(shù)學(xué)家進(jìn)行數(shù)學(xué)研究。其中，5G時(shí)代能夠來臨也是基于該公司的一個(gè)俄羅斯年輕數(shù)學(xué)家的算法研究。這表明，人工智能與數(shù)學(xué)密不可分，人工智能要發(fā)展，那么數(shù)學(xué)的研究也不能落后。數(shù)學(xué)的發(fā)展，必然也會(huì)促使人工智能的發(fā)展。兩者你中有我，我中有你，共同發(fā)展。

4.中職數(shù)學(xué)中的人工智能教育現(xiàn)狀

中職學(xué)校受傳統(tǒng)因素影響，教學(xué)大綱中所提出的相關(guān)要求或核心素養(yǎng)都沒有明確提出對(duì)于人工智能教育的滲透，以至于在普通高中相對(duì)普遍的算法教學(xué)在中職數(shù)學(xué)教學(xué)中都很少出現(xiàn)乃至沒有。而隨著時(shí)代的發(fā)展，中職學(xué)生的特點(diǎn)也在發(fā)生變化，他們不再如從前社會(huì)所認(rèn)知的那樣都是一群后進(jìn)生，他們有的參加國(guó)家技能競(jìng)賽獲獎(jiǎng)，有的專業(yè)技術(shù)過硬，有的甚至對(duì)于數(shù)學(xué)及科技活動(dòng)有非常濃厚的興趣。因此，在中職數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透人工智能教育也是一大趨勢(shì)。

二、研究目的

為了促進(jìn)人工智能教育在中職數(shù)學(xué)教學(xué)中的實(shí)施和發(fā)展，筆者以我校為例，提出在中職數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透人工智能教育的幾點(diǎn)策略，希望助力人工智能教育在中職數(shù)學(xué)教學(xué)中能夠得到實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展及相關(guān)課題得到進(jìn)一步研究。

三、研究方法

1.文獻(xiàn)法

筆者通過查閱文獻(xiàn)，探析人工智能在初等教育的研究現(xiàn)狀，特別是中職數(shù)學(xué)教學(xué)的現(xiàn)狀，從而提出研究目的。

2.調(diào)查訪談法

筆者通過對(duì)中職數(shù)學(xué)教師、計(jì)算機(jī)教師及部分學(xué)生進(jìn)行訪談，進(jìn)而提出中職數(shù)學(xué)教學(xué)滲透人工智能教育的策略。

四、中職數(shù)學(xué)教學(xué)滲透人工智能教育的策略

人工智能教育的實(shí)施作為當(dāng)下非常重要的一個(gè)課題，從高等教育到初等教育都相當(dāng)重視。而作為中職數(shù)學(xué)的教學(xué)，在這一塊幾乎處于空白。筆者針對(duì)這一情況，結(jié)合我校的教學(xué)環(huán)境和特點(diǎn)，提出以下幾條可操作的實(shí)際策略：

1.中職數(shù)學(xué)的課堂教學(xué)滲透人工智能的相關(guān)知識(shí)

中職數(shù)學(xué)的課堂教學(xué)對(duì)于多數(shù)學(xué)生來說都比較枯燥乏味的，為了提升教學(xué)效果，中職數(shù)學(xué)教師采取了諸多辦法。而中職學(xué)生對(duì)于社會(huì)上的新生事物和發(fā)展趨勢(shì)都有強(qiáng)烈的好奇心。筆者認(rèn)為，教師在課堂轉(zhuǎn)變理念不再唯解題訓(xùn)練考試分?jǐn)?shù)至上，而是以培養(yǎng)具有數(shù)學(xué)思維的人為重要教學(xué)目的的話，可以嘗試在課堂教學(xué)中向?qū)W生介紹大數(shù)據(jù)如何產(chǎn)生，在哪些地方經(jīng)常被運(yùn)用。

例如，距離學(xué)生最近的大數(shù)據(jù)應(yīng)用就是現(xiàn)在各項(xiàng)國(guó)際重大體育賽事，都會(huì)借助人工智能對(duì)于運(yùn)動(dòng)員在比賽中所產(chǎn)生的動(dòng)作數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，從而分析出這個(gè)運(yùn)動(dòng)員的技術(shù)水平和習(xí)慣，這對(duì)于促進(jìn)競(jìng)技體育水平及運(yùn)動(dòng)員自身的專業(yè)技術(shù)都具有重大的幫助。? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?（下轉(zhuǎn)第33版）（上接第32版）

又例如，天氣預(yù)報(bào)的播報(bào)為什么越來越與實(shí)際相符？這就是天文學(xué)家經(jīng)大量實(shí)際分析后采集到的大數(shù)據(jù)，結(jié)合觀測(cè)的氣象圖片，進(jìn)行人工智能的算法比對(duì)而得出的結(jié)論，這與我們的概率論有著密不可分的關(guān)系。

在教學(xué)通過滲透這樣能夠看得見摸得著的大數(shù)據(jù)及其應(yīng)用的相關(guān)內(nèi)容，那么學(xué)生不僅僅上課更有興趣，對(duì)于人工智能大數(shù)據(jù)也會(huì)無形中形成一個(gè)初步感知。

2.開設(shè)人工智能史的“第二課堂”

我校的一大特色是“第二課堂”——開展百團(tuán)大戰(zhàn)。結(jié)合教師所擅長(zhǎng)和學(xué)生所喜歡這兩方面因素，由教師申報(bào)，教務(wù)處組織，在周四下午固定時(shí)間開展社團(tuán)課。社團(tuán)活動(dòng)包括體育、藝術(shù)、專業(yè)等近七十多個(gè)種類，但是其中沒有與數(shù)學(xué)有關(guān)的興趣小組。

因此，筆者認(rèn)為以社團(tuán)的形式，介紹人工智能的發(fā)展歷史，吸引那些對(duì)于人工智能感興趣的學(xué)生加入，不但可以讓他們近距離接觸人工智能的本質(zhì)原理，更讓他們體會(huì)到數(shù)學(xué)與人工智能的密切關(guān)系，進(jìn)一步體現(xiàn)數(shù)學(xué)的實(shí)用性和重要性。

人工智能歷史可以包括書籍、音像資料、生活實(shí)例，注重學(xué)生對(duì)于人工智能發(fā)展和應(yīng)用的了解。這樣一來，在課堂教學(xué)滲透人工智能和大數(shù)據(jù)感知的基礎(chǔ)上，能夠形成一個(gè)更為深刻的了解。

例如，學(xué)生都清楚，社會(huì)上已經(jīng)基本普及智能手機(jī)，其智能程度也是越來越高。與之一起進(jìn)步的就是當(dāng)下的汽車也越來越智能化，比如，“特斯拉”的“自動(dòng)駕駛”已經(jīng)實(shí)現(xiàn)。而實(shí)現(xiàn)“自動(dòng)駕駛”這一智能化手段無疑就是基于大數(shù)據(jù)開發(fā)下的人工智能。

將諸如此類的人工智能應(yīng)用實(shí)例在“第二課堂”與學(xué)生探討，和他們一起分享了解，無疑對(duì)于人工智能在教學(xué)中的滲透起到了播種的作用，待到時(shí)機(jī)成熟，在學(xué)生中或許開出智能之花、結(jié)智能之果也不無可能。

3.開設(shè)魔方與數(shù)學(xué)校本課程

魔方作為世界三大益智玩具之一，深受大眾喜愛。隨著國(guó)家對(duì)于全民智能教育的提倡，中職學(xué)生也有相當(dāng)大部分學(xué)生喜愛魔方。而魔方從基本構(gòu)造到還原方法本質(zhì)上都是數(shù)學(xué)。

筆者認(rèn)為，在中職數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透人工智能教育，就可以開設(shè)有關(guān)于魔方和數(shù)學(xué)的校本課程，一方面，以學(xué)生對(duì)于魔方的喜愛為切入點(diǎn)舉辦魔方競(jìng)賽，推廣魔方在中職學(xué)生中的普及程度;另一方面，通過開設(shè)這樣的校本課程，由數(shù)學(xué)教師對(duì)于魔方中涉及的數(shù)學(xué)知識(shí)如魔方還原法如何對(duì)應(yīng)數(shù)學(xué)算法的介紹，可以讓學(xué)生對(duì)數(shù)學(xué)算法在實(shí)際的應(yīng)用有直接的感受，為滲透人工智能教育打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在可實(shí)現(xiàn)的前提下，教師還可以借助網(wǎng)絡(luò)收集相關(guān)資料，讓學(xué)生體驗(yàn)?zāi)Х剿惴ㄔ谥T多科技領(lǐng)域中的運(yùn)用。

4.數(shù)學(xué)建模興趣小組的組建及相關(guān)建模競(jìng)賽的舉辦

數(shù)學(xué)建模競(jìng)賽在高等教育中非常普遍，現(xiàn)在相當(dāng)多的普通高中也有這一塊的教學(xué)和競(jìng)賽，但是中職學(xué)校中卻幾乎沒有。為此，筆者認(rèn)為，如果能夠組建校內(nèi)數(shù)學(xué)建模興趣小組，伸至推廣到多數(shù)中職學(xué)校都組建各自的數(shù)學(xué)建模興趣小組，并進(jìn)一步舉辦相應(yīng)的建模競(jìng)賽的話，那么對(duì)于促進(jìn)中職學(xué)校數(shù)學(xué)建模發(fā)展非常有幫助。需要進(jìn)一步研究的是，我們的建模內(nèi)容如何在高層次的建模競(jìng)賽下進(jìn)行適當(dāng)易化，以符合中職學(xué)生的數(shù)學(xué)思維水平。

例如，線性回歸的數(shù)學(xué)建模，讓學(xué)生學(xué)會(huì)了通過最小二乘法，尋求回歸曲線。諸如此類的簡(jiǎn)易數(shù)學(xué)建模的培養(yǎng)，讓中職學(xué)生在建模中體會(huì)建模、算法，求解的本質(zhì)，給學(xué)生理解人工智能進(jìn)一步打下基礎(chǔ)，也提升了學(xué)生對(duì)于數(shù)學(xué)的認(rèn)知。

5.進(jìn)行數(shù)學(xué)算法與計(jì)算機(jī)語言的通識(shí)教育

人工智能得以實(shí)現(xiàn)的一個(gè)重要前提是數(shù)學(xué)算法的發(fā)展，計(jì)算機(jī)能夠?yàn)槿祟惤鉀Q問題都是基于人們給定的一個(gè)算法。因此，在數(shù)學(xué)教學(xué)中，如果中職教師能夠培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)學(xué)算法能力及注重和計(jì)算機(jī)語言的通識(shí)教育，將會(huì)讓學(xué)生的數(shù)學(xué)思維煥然一新。

例如，第一臺(tái)計(jì)算機(jī)得以實(shí)現(xiàn)，就是因?yàn)槎M(jìn)制的產(chǎn)生，而二進(jìn)制與我們常用的十進(jìn)制之間的轉(zhuǎn)化就是我們代數(shù)運(yùn)算解決的問題，這就是數(shù)學(xué)算法和計(jì)算機(jī)語言相互關(guān)聯(lián)的一個(gè)最好例子。又比如，為了求解三個(gè)數(shù)中的最大值，如何運(yùn)用數(shù)學(xué)思維寫出相應(yīng)算法，又進(jìn)一步在寫出來的算法中如何找到最快的算法并將之轉(zhuǎn)換成計(jì)算機(jī)語言，轉(zhuǎn)化為人工智能。諸如此類的數(shù)學(xué)算法和計(jì)算機(jī)語言的相互轉(zhuǎn)化是促進(jìn)人工智能長(zhǎng)足發(fā)展的一個(gè)動(dòng)力。如果中職數(shù)學(xué)教師能夠在教學(xué)中實(shí)現(xiàn)這一通識(shí)教育，那么，中職數(shù)學(xué)教學(xué)滲透人工教育就達(dá)成了所希望的培養(yǎng)目標(biāo)。

綜上所述，在當(dāng)前的中職教育模式中，人工智能教育在中職數(shù)學(xué)教學(xué)中的體現(xiàn)幾乎空白。進(jìn)行人工智能教育是培養(yǎng)中職學(xué)生大數(shù)據(jù)思維的必要手段。筆者根據(jù)我校數(shù)學(xué)教師及我校數(shù)學(xué)教學(xué)的特點(diǎn)，提出上述五點(diǎn)措施，以探析在中職數(shù)學(xué)教學(xué)中滲透人工智能教育可以如何進(jìn)行。希望為人工智能教育在中職教育中得到更多的平臺(tái)去體現(xiàn)。更重要的是，如何進(jìn)一步挖掘這些措施下的系統(tǒng)性內(nèi)容，也將會(huì)是值得研究的課題。

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責(zé)任編輯? 胡健文