高中人工智能课程

高中人工智能课程：

－课标与教学资源主讲：张家华E-mail:zjnuzjh@浙江师范大学教师教育学院福建省高中新课程《信息技术》学科骨干教师省级培训什么是AI为何要开开设AI课程AI课程的基基本内容容国内外AI教育现状状高中AI课程的教教学资源源研修班计计划主要内容容什么是人人工智能能智能人们在处处理复杂杂事务、、解决困困难问题题时所表表现出来来的智慧与能能力人工智能能(ArtificialIntelligence，简称AI）用计算机机来表示示和执行行人类的的智能活活动也称人工智慧AI的特征推理、学学习、联联想当代三大大尖端技技术：空间技术术;能源技术术;人工智能能技术人工智能能处于信信息技术术发展的的前沿，，反映了了信息技术术的发展展方向。。AI的研究领领域与目目标AI的研究领领域知识表示示、专家家系统、、自然语语言理解解、自动动定理证证明、自自动程序序设计、、问题求求解、博博弈、计计算机视视觉、模模式识别别、智能能机器人人、人工工神经网网络、……………AI的研究目目标近期——实现机器器智能部分地或或者在一一定程度度上实现现机器的的智能，，从而使使现有的的计算机机更灵活活、更好好用和更更有用，，成为人人类的智智能化信信息处理理工具。。远期——制造智能能机器要使计算算机具有有看、听听、说、、写等感感知交互互功能，，具有联联想、推推理、理理解、学学习等高高级思维维能力，，还要有有分析问问题、解解决问题题和发明明创造的的能力。为何要开开设人人工智能能课程为何要开开设AI课程？高中课程程改革强强调要适适应时代代发展需需要，体体现时代性特征。人工智能能是信息息技术的的前沿领域，应应当被关关注！高中信息息技术课课程要有有利于学学生的个性发展展。高中AI课程的背背景与目目标课程背景景:适应时代代发展需需要，体体现时代代性特征征。目标定位位：了解信息技术术发展的的前沿，，体验若干典型型人工智智能技术术的应用用，感受人工智能能对学习习和生活活的影响响，激发对信息技技术未来来的追求求。高中开设设AI课程的意意义1、开设人工工智能课课程的教教育价值值提高信息息素养培养多种种思维能能力和多多样化问问题解决决能力提高学生生的逻辑辑思维能能力促进个性性化学习习，培养养创新人人才激发对信信息技术术未来的的追求

2、开设人工工智能课课程的必必要性和和可行性性人工智能能在社会会各个领领域的应应用越来来越广，，越来来越多的的人需要要了解和和接触人人工智能能目前我国国已基本本具备了了实施人人工智能能基础教教育的条条件从问题解解决角度度看AI教育的必必要性IT教育的最终目的是让学生生能够自自如地应应用IT解决问题题。问题解决决是所面对对的问题题得到解解决的认认知活动动过程。。问题的分分类:结构化（structured）问题能够通过过形式化化（或称称公式化化）方法法描述和和求解的的问题也称：定定义完善善的问题题、良构构问题《算法与程程序设计计》课程要解解决的问问题非结构化化（unstructured）问题难以用确确定的形形式来描描述，主主要根据据经验求求解也称：定定义不完完善的问问题、劣劣构问题题《人工智能能初步》课程要解解决的问问题半结构化化（semi-structured）问题AI课程对于于提升信信息素养养的作用用对多种思思维方式式的培养养和信息息素养的的综合锻锻炼求解结构构化问题题传统程序序＝算法法＋数据据结构求解非结结构化问问题智能程序序＝知识识＋推理理体验人类类专家解解决复杂杂问题的的思路，，提高学学生的逻逻辑思维维能力美国著名名教育技技术专家家Jonassen认为：那些自行行设计专专家系统统的学生生将会在在这种活活动中受受益匪浅浅，因为为这是一一个对所所学知识识进行深深度加工工的过程程。了解信息息技术发发展的前前沿，激激发对信信息技术术未来的的追求高中AI课程的基本内容容高中AI课程的三大主题题人工智能初步知识及其表达推理与专家系统人工智能语言与问题求解高中AI课程的内容体系系1、基本本概念能描述人人工智能能的概念念与基本本特点2、知识识及其表表达列举人工工智能的的主要应应用领域域掌握知识识的概念念、知识识表达的的基本方方法3、推理理与专家家系统演示或使使用简单单的产生生式专家家系统软软件知道专家家系统正正向、反反向推理理的基本本原理学会使用用一个简简易的专专家系统统外壳4、人工工智能语语言与问问题求解解学会使用用一种人人工智能能语言求求解简单单问题了解状态态空间的的概念与与方法了解用盲盲目搜索索技术进进行搜索索，知道道启发式式搜索AI课程内容容举例：：AI语言AI语言是一类适适应于AI领域的、、具有符符号处理理和逻辑辑推理能能力的程程序设计计语言。。典型的AI语言LISP———表处理语语言Prolog——逻辑辑型语言言（用来来描述事事物之间间的逻辑辑关系，，接近于于人类的的自然语语言）AI课程内容容举例：：用智能搜搜索求解解问题盲目搜索索与启发式搜搜索计算机博博弈AI课程内容容举例：：专家系统统及其外外壳学习一个个简单的的专家系系统外壳壳Intermodeller它是一个个适合中学学生使用用的软件件作者为英英国的Dr.TomConlon国内外人人工智能能教育现现状我国高校校的人工工智能教教育高校一直直将AI作为计算机专专业的必必修课程程“智能科科学与技技术”本本科专业业的建立立北京大学学（2004）北京邮电电大学（（2005）南开大学学（2005）西安电子子科技大大学（2005）……（2006）……（2007）第一届全全国人工工智能教教育学术术研讨会会（2002..北京京）中国AI学会教育育工作委委员会主主办首都师范范大学信信息工程程学院承承办我国中学学的AI教育2004年之前尚尚未在中中学设置置独立的的AI课程。奥林匹克克信息学学竞赛中中一直包包含AI的题目。。近年开展展的机器器人竞赛赛及其相相关活动动中，已已经在AI方面进行行尝试。。对青少年年AI的启蒙教教育，愈愈来愈受受到重视视。1997年清华华大学出出版，由由时任教教育部长长陈至立立任名誉誉主任、、出版的的计算机机科普教教育丛书书《计算算机与信信息科学学十万个个为什么么》（全全套共12本）中，，包括了了《人工工智能》》一书。。2000年清华华大学出出版，由由李衍达达院士主主编的青青少年科科学教育育丛书信信息科学学与技术术系列一一套8本本中，也也包含有有《人类类智慧与与人工智智能》一一书。……………2003年颁布的的普通高高中信息息技术课课标中，，将AI作为选修修模块。。目前已经经出版5套教材，，并在实实验省份份的部分分地区开开展教学学。国外中学学AI课程的发发展和现现状1、英国中中学人工工智能课课程的开开设情况况英国是较较早开展展人工智智能基础础教育的的国家之之一。不不少中学学开设了了人工智智能课程程，并通通过组织织和开展展相关教教育竞赛赛活动来来扩展和和延伸人人工智能能教育。。

2、美国中中学人工工智能课课程的开开展情况况在美国现现行的中中学信息息技术课课程中，，部分学学校将人人工智能能作为必必修或选选修课程程加以开开设。美美国各州州根据自自身的教教育特点点和目标标，对人人工智能能教育的的内容有有不同的的要求。。3、澳大利利亚中学人工工智能课课程的开设情况况部分中学学在信息息处理与与技术课课程中也也开设了了人工智智能相关关的课程程。国外中学学的AI教育以美国为为例，在在将信息息技术作作为独立立课程进进行设置置与教学学的学区区中，信信息技术术课程的的内容通通常包括括：（1）旨旨在培养养学生信信息技术术技能与与意识的的内容。。信息加工工与应用用。信息技术术系统概概论。人工智能能概论。。使学生生认识人人工智能能的意义义及其应应用，并并介绍自自动化系系统、机机器人、、虚拟现现实技术术等。使使学生认认识信息息技术的的大量运运用以及及人工智智能的产产生与发发展可能能对人类类社会造造成的各各种影响响。（2）计计算机程程序设计计的内容容……美国Chesterfield县公立中中学AI课程设置置在佛吉尼尼亚州Chesterfield县公立中中学的信信息网站站上，列列出了为为该县十十几所高高中的在在校学生生提供的的各类课课程。在在其中的的“职业业和技术术教育类类”课程程中，人人工智能能是作为为其中““信息系系统技术术”选修修课程的的一部分分为优等等生特别别开设的的。人工智能能课程包包括两个个层次：：ARTIFICIALINTELLIGENCE((EXPERTSYSTEMS))和ADVANCEDARTIFICIALINTELLIGENCE((EXPERTSYSTEMS))。英国的ICT课程与AI教育——以苏格兰兰地区为为例ICT课程：计算（Computing）信息系统统（InformationSystems）每门课包包括三个个层次：：中级（Intermediate2）高级（Higher）高级提升升（AdvHigher）每个层次次包括两两部分：：必修单元元（Mandatoryunits）选修单元元（Optionalunits）英国中学学ICT课程的基基本构成成计算（Computing）信息系统（InformationSystems）中级Intermediate2高级Higher高级提升AdvHigherInt2HigherAdvHigher起步水平标准等级(Generallevel)或计算（Int1）标准等级

(Creditlevel)或计算（Int2）计算（Higher）标准等级(Generallevel)计算研究或计算(Int1)标准等级(Creditlevel)计算研究或信息系统（Int2）信息系统（Higher）必修单元计算机系统软件开发

计算机项目计算机系统软件开发软件开发(20小时)计算机项目(60小时)计算机应用软件(Int2)数据库系统(Int2)数据库系统(H)信息组织(H)数据库系统(AH)（20小时)信息系统项目(AH)（60小时)选修单元N/A人工智能程序设计计算机网络多媒体技术人工智能计算机系统数据通讯IT在社会中的应用(Int2)多媒体(Int2)因特网(Int2)计算机应用软件(H)专家系统

(H)

超媒体(H)多媒体(AH)自然语言处理(AH)系统分析与设计(AH)单元评价11小时10小时45分20小时6小时45分14小时30分18小时40分考核1小时30分2小时30分2小时30分1小时30分2小时30分2小时30分英国JamesGillespies中学的AI教学澳大利亚亚Marsden高中AI课程的设设置澳大利亚亚昆士兰兰州的Marsden州立高中中在开设设的信息息处理与与技术（（InformationProcessingandTechnology）课程中中，人工工智能、、信息系系统、算算法和程程序设计计、社会会和伦理理道德、、计算机机系统作作为5个主题共共同构成成了该课课程的教教学内容容。在该课程程的大纲纲中规定定，人工工智能部部分的教教学内容容在高中中第三学学期为12年级的学学生开设设，教学学时间为为10周，课时时为35小时，共共计60堂课，其其中核心心教学内内容的课课时占2/3，拓展教教学内容容的课时时占1/3。另外，在在人工智智能这一一主题下下，又分分为人工工智能I（专家系系统）和和人工智智能II（人工智智能的领领域）两两部分内内容，课课时安排排分别为为24和36堂课。高中人工工智能课课程的教教学资源源国内中学学AI课程建设设的现状状1、教材及及相关读读物的编编写一些相关关科普丛丛书先后后出版，，成为中中学人工工智能教教育的参参考书籍籍多家出版版社组织织编写了了《人工智能能初步》新教材，，并开发发了配套套的教辅辅材料2、人工智智能教育育网络资资源的建建设国内已经经开发和和建设了了一些适适合中学学生学习习与体验验的人工工智能软软件和网网络资源源3、人工智能能教育活活动和赛赛事的举举办部分发达达地区，，一些部部门、公公司、学学校早已已开展了了许多与与人工智智能教育育相关的的活动4、中小学学人工智智能教学学和实验验的开展展在我国比比较发达达的地区区，不少少条件较较好的中中小学都都开展了了机器人人教育少数高中中（广州州、金华华、武汉汉等）在在新课标标颁布后后开展了了人工智智能教学学实验当前国内内的高中中AI教材普通高中中课程标标准实验验教科书书信息息技术（选修5）《人工智能能初步》教育科学学出版社社，张剑平平主编，，2004年第1版中国地图图出版社社，祝智庭庭主编，，2005年第1版上海科技技教育出出版社，应吉康康主编，，2005年第1版广东教育育出版社社，李冠英英主编，，2005年第1版浙江教育育出版社社，陶增乐乐主编，，2006年第1版教科版《人工智能能初步》第1章初识识人工智智能1.1什么是人人工智能能1.2人工智能能可以为为我们做做什么第2章了解解人工智智能语言言2.1了解Prolog2.2使用Prolog2.3人工智能能语言第3章用用计算机机表示知知识3.1知识及其其类型3.2知识表示示入门3.3知识表示示的常用用方法第4章用计计算机推推理4.1什么是专专家系统统4.2专家系统统如何工工作4.3如何开发发专家系系统第5章用智智能搜索索解决问问题5.1可以通过过搜索求求解的问问题5.2穷举式搜搜索5.3启发式搜搜索与博博弈第