高中信息技術(shù)教學(xué)滲透人工智能教育的策略

朱國(guó)忠

摘 要：隨著科技的進(jìn)步，在我國(guó)教育體系中，信息技術(shù)教學(xué)與科技的關(guān)系越來越密切，因此信息技術(shù)教學(xué)必須承擔(dān)起向?qū)W生滲透最新技術(shù)的任務(wù)。在高中階段，學(xué)生已經(jīng)有了一定的知識(shí)基礎(chǔ)，能夠接受一些先進(jìn)且難懂的知識(shí)，因此在課堂上教師可滲透與人工智能相關(guān)的教育內(nèi)容，使學(xué)生在未來能夠更快速地接受最新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：高中信息技術(shù);人工智能;信息技術(shù)素養(yǎng)

人工智能（AI）是計(jì)算機(jī)技術(shù)的派生技術(shù)，是一種跨學(xué)科的前沿科學(xué)技術(shù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。人工智能通過研究利用計(jì)算機(jī)模擬人腦中的各種思維活動(dòng)來解決傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)無法解決的復(fù)雜問題。在現(xiàn)實(shí)世界中，問題可以根據(jù)結(jié)構(gòu)化程度分為三大類：第一類是可以利用固定的方式解決的結(jié)構(gòu)化問題;第二類是難以以固定形式解決的非結(jié)構(gòu)化問題;第三類是半結(jié)構(gòu)化問題，介于結(jié)構(gòu)化問題和非結(jié)構(gòu)化問題之間。將人工智能用于高中信息技術(shù)教育中，不僅可以讓學(xué)生了解人工智能的基本特點(diǎn)，還可以在一定程度上了解人工智能解決非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化問題的基本思路和優(yōu)勢(shì)，這個(gè)過程反映了計(jì)算機(jī)解決問題的多功能性，使學(xué)生能夠從多個(gè)角度思考信息技術(shù)知識(shí)，從而提高其信息技術(shù)素養(yǎng)。

一、重視人工智能教學(xué)環(huán)境搭建

學(xué)校需要加強(qiáng)教學(xué)硬件和軟件的建設(shè)，使學(xué)生能夠更直觀、更具體地理解人工智能的相關(guān)知識(shí)。學(xué)校需要增加對(duì)信息技術(shù)教育的軟件和硬件建設(shè)的投資，提高學(xué)校計(jì)算機(jī)的整體性能，并為學(xué)生提供更好的人工智能學(xué)習(xí)環(huán)境，同時(shí)應(yīng)重視人工智能教育資源的整合與利用，充分展示人工智能在高中信息技術(shù)教育中的作用。教師要注意收集有關(guān)人工智能的教育資源，例如關(guān)于人工智能的各種科學(xué)故事、視頻、學(xué)習(xí)資料以及其他與人工智能有關(guān)的材料，為學(xué)生構(gòu)建完善的人工智能教育環(huán)境?？梢曰谌斯ぶ悄躒RP虛擬現(xiàn)實(shí)軟件搭建虛擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，平臺(tái)主要由五個(gè)部分組成： （1）實(shí)驗(yàn)介紹模塊，主要介紹平臺(tái)的性質(zhì)和功能。 （2）實(shí)驗(yàn)演示模塊，提供相關(guān)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟的圖文、視頻演示。（3）儀器選擇模塊，提供實(shí)驗(yàn)所需設(shè)備儀器。（4）自主實(shí)驗(yàn)?zāi)K，包含學(xué)生可以自主完成的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，是平臺(tái)最重要的部分，由多個(gè)虛擬實(shí)驗(yàn)組成。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)包括虛擬實(shí)驗(yàn)界面的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)內(nèi)容的設(shè)計(jì)，虛擬實(shí)驗(yàn)界面設(shè)計(jì)統(tǒng)一，表面顏色柔和，簡(jiǎn)單直觀。（5）自檢反饋模塊，包含各種實(shí)驗(yàn)的正確步驟，注意事項(xiàng)以及自測(cè)題等，方便學(xué)生自測(cè)，同時(shí)提供反饋交流功能，學(xué)生可以向教師提出問題，平臺(tái)界面如圖 1 所示。

在虛擬實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生可以通過鼠標(biāo)對(duì)虛擬實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行交互操作，以“網(wǎng)線制作”實(shí)驗(yàn)為例，學(xué)生可以對(duì)虛擬的網(wǎng)線、接頭進(jìn)行移動(dòng)、旋轉(zhuǎn)、縮放等操作。虛擬實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景與其他功能的切換主要通過在交互界面上操作鼠標(biāo)、鍵盤實(shí)現(xiàn)，讓虛擬實(shí)驗(yàn)更加方便快捷，實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景定向和人物漫游，學(xué)生可以先觀看實(shí)驗(yàn)演示，掌握實(shí)驗(yàn)方法，然后通過鼠標(biāo)、鍵盤操作虛擬的網(wǎng)線、網(wǎng)線鉗、剝線刀等實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行虛擬的網(wǎng)線制作[1]。另外，VRP虛擬現(xiàn)實(shí)開發(fā)平臺(tái)提供切換機(jī)視圖顯示功能，學(xué)生可以從多個(gè)角度觀察網(wǎng)線分布，如頂部視圖、左側(cè)視圖、正面視圖、背后視圖等，當(dāng)學(xué)生制作好虛擬的網(wǎng)線后，可以在實(shí)驗(yàn)儀器中選擇網(wǎng)線測(cè)試器測(cè)試網(wǎng)線連通性，如果沒有接通，平臺(tái)會(huì)給出錯(cuò)誤提示，學(xué)生按照提示糾正錯(cuò)誤，這樣一來，學(xué)生可以直觀地看到自己的錯(cuò)誤，加深記憶。最后學(xué)生可以進(jìn)行自測(cè)反饋，教師可以根據(jù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況和反饋了解學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，并做出相應(yīng)的教學(xué)安排。

二、激發(fā)學(xué)生的人工智能學(xué)習(xí)興趣

教師需要從高中生的生活經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，根據(jù)高中生的年齡特點(diǎn)，通過多種方式逐步向?qū)W生介紹人工智能知識(shí)，以激發(fā)高中生對(duì)信息技術(shù)的興趣。在上課時(shí)，教師可以列出最早出現(xiàn)的人工智能產(chǎn)品，鼓勵(lì)學(xué)生將早期的人工智能產(chǎn)品與當(dāng)前的人工智能產(chǎn)品進(jìn)行比較和分析，研究人工智能技術(shù)和人工智能的發(fā)展歷史，從而分析人工智能技術(shù)對(duì)當(dāng)今社會(huì)的影響。教師可以將“探索生活中的人工智能”作為一項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)，要求學(xué)生利用他們的知識(shí)和信息技術(shù)來收集和探索日常生活中常用的人工智能技術(shù)，通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)的教學(xué)方法引導(dǎo)學(xué)生去探索人工智能，了解智能技術(shù)可以給人們提供什么便利，詳細(xì)分析信息技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)[2]。

在講到網(wǎng)絡(luò)安全的相關(guān)內(nèi)容時(shí)，教師可以給學(xué)生播放一段動(dòng)畫視頻，主要內(nèi)容是介紹人工智能技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)中的應(yīng)用，首先視頻開場(chǎng)介紹目前網(wǎng)絡(luò)上用戶隱私泄露的各種案例以及危害，讓學(xué)生明白網(wǎng)絡(luò)安全的重要性，然后介紹如何利用人工智能技術(shù)來提高網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)能力，以確保用戶信息安全，避免不法分子竊取和破壞。例如，利用人工智能中的核心技術(shù)——深度學(xué)習(xí)算法來開發(fā)網(wǎng)絡(luò)非法入侵檢測(cè)軟件，可以智能識(shí)別危險(xiǎn)，還可以介紹利用人工智能在快速處理海量數(shù)據(jù)方面的優(yōu)勢(shì)，激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能的興趣，推動(dòng)人工智能在高中信息技術(shù)教學(xué)中的滲透，從而提高高中信息技術(shù)教學(xué)質(zhì)量。

三、積極創(chuàng)新信息技術(shù)教學(xué)手段

除了完善教學(xué)環(huán)境，激發(fā)學(xué)生興趣之外，教師還需要根據(jù)滲透人工智能教育的需要及時(shí)改變信息技術(shù)的教學(xué)方法，有效地將人工智能教育滲透到高中信息技術(shù)課堂中。

首先，智能作業(yè)批改。在語音識(shí)別技術(shù)和語義分析技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，高中信息技術(shù)教師可以采取人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)智能作業(yè)批改，使教師從作業(yè)批改的繁重工作中解放出來，將精力和時(shí)間集中在教學(xué)內(nèi)容上。例如，利用人工智能學(xué)習(xí)軟件，教師可以要求學(xué)生將完成的作業(yè)直接拍照上傳到軟件系統(tǒng)中，軟件可以智能批改作業(yè)，自動(dòng)給出批改結(jié)果，同時(shí)還可以給出單份作業(yè)或整體作業(yè)的數(shù)據(jù)分析結(jié)果，為教師因材施教提供良好的基礎(chǔ)。

其次，個(gè)性化學(xué)習(xí)定制。在高中信息技術(shù)教學(xué)中，教師可以使用人工智能學(xué)習(xí)軟件從學(xué)生那里收集信息，并使用大數(shù)據(jù)分析每個(gè)學(xué)生的學(xué)習(xí)特征，然后根據(jù)這些信息為學(xué)生提供個(gè)性化的教學(xué)指導(dǎo)，為每一個(gè)學(xué)生制定適合他的學(xué)習(xí)計(jì)劃，從而有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)和學(xué)習(xí)反饋效果，進(jìn)一步提高高中信息技術(shù)教學(xué)效率。

再次，人工智能輔導(dǎo)系統(tǒng)的應(yīng)用。在滲透人工智能教育時(shí)，高中信息技術(shù)教師還可以應(yīng)用人工智能輔導(dǎo)軟件來指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí)，從而有效地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。智能輔導(dǎo)軟件通常包括四個(gè)主要模塊，其中的接口模塊可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生與計(jì)算機(jī)之間的有效交互;專家模塊主要是設(shè)置知識(shí)、規(guī)則和策略供學(xué)生學(xué)習(xí);學(xué)生模塊用于統(tǒng)計(jì)分析學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和知識(shí)掌握情況;輔導(dǎo)模塊中則包含一些用于指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)的方法。在高中信息技術(shù)教育課中，教師可以綜合運(yùn)用這四個(gè)模塊的功能為學(xué)生提供高效的輔導(dǎo)，從而使學(xué)生更好地學(xué)習(xí)他們的信息技術(shù)知識(shí)。

最后，智能模擬教學(xué)法。在傳統(tǒng)課堂上，學(xué)生操作信息技術(shù)的實(shí)踐能力普遍不高。為此，教師可以利用人工智能教育來解決這個(gè)問題。教師可以使用智能模擬教學(xué)法來模擬特定的信息技術(shù)操作，使學(xué)生能夠通過動(dòng)手操作和經(jīng)驗(yàn)來掌握抽象的信息技術(shù)知識(shí)和操作技能，同時(shí)有效地實(shí)現(xiàn)人工智能教育滲透，提高信息技術(shù)課堂教學(xué)效果，促進(jìn)學(xué)生信息技術(shù)素養(yǎng)的提升。

四、滲透人工智能教育，培養(yǎng)學(xué)生非結(jié)構(gòu)化思維能力

在高中階段為學(xué)生提供的信息技術(shù)課程教學(xué)主要目標(biāo)是培養(yǎng)學(xué)生的信息技術(shù)素養(yǎng)，而非結(jié)構(gòu)化思維能力是信息技術(shù)素養(yǎng)的重要組成部分。在傳統(tǒng)的教育過程，教師講解的內(nèi)容更多的是結(jié)構(gòu)化問題相關(guān)知識(shí)，如算法與程序設(shè)計(jì)等。但是，人工智能技術(shù)是解決非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化問題的技術(shù)。簡(jiǎn)而言之，如果學(xué)生想學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)，就需要改變固有思維方式，深入了解人工智能的知識(shí)和技術(shù)以及解決非結(jié)構(gòu)化和半結(jié)構(gòu)化問題的過程[3] 。因此，在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該有意識(shí)地引入人工智能相關(guān)的非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí)和思考，例如教師可以給學(xué)生講解人工智能技術(shù)中的Python語言基礎(chǔ)知識(shí)，讓學(xué)生深入感受到人工智能在收集和處理信息的過程中的高效簡(jiǎn)潔，最終目的是培養(yǎng)學(xué)生的非結(jié)構(gòu)化問題解決能力，從而提高學(xué)生的整體信息技術(shù)核心素養(yǎng)，這對(duì)于學(xué)生理解和掌握信息技術(shù)知識(shí)有很大的幫助。

綜上所述，在現(xiàn)階段的高中信息技術(shù)教學(xué)中，教師必須重視學(xué)生的基礎(chǔ)知識(shí)掌握，深入了解學(xué)生知識(shí)水平，有意識(shí)地滲透人工智能教育，完善人工智能教育環(huán)境，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)人工智能的學(xué)習(xí)熱情，積極創(chuàng)新教學(xué)方法，培養(yǎng)學(xué)生的非結(jié)構(gòu)化思維能力，更好地發(fā)揮人工智能知識(shí)在高中信息技術(shù)教學(xué)中的作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫瑞，曹建英.基于現(xiàn)代信息技術(shù)的計(jì)算思維在中學(xué)數(shù)學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用研究[J].無線互聯(lián)科技，2014（4）.

[2]王蕾.基于計(jì)算思維的信息技術(shù)教學(xué)設(shè)計(jì)模式的研究——以兒童編程單元為例[J].中國(guó)信息技術(shù)教育，2018（2）.

[3]王菁，許發(fā)斌.基于核心素養(yǎng)的高中信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)的策略研究[J].中學(xué)課程輔導(dǎo)（教師教育），2020（12）.

編輯/陸鶴鳴