高中人工智能

高中人工智能：

课标解读与教学实施张剑平浙江师范大学教师教育学院AI及其教育意义高中AI的课程标准AI教育的现状AI的教学资源AI课程的教学实施有待探索的问题高中人工智能（AI）：课标解读与教学实施人工智能的基本概念智能

人们在处理复杂事务、解决困难问题时所表现出来的

智慧与能力人工智能(ArtificialIntelligence，简称AI）

用计算机来表示和执行人类的智能活动也称人工智慧AI的特征

推理、学习、联想当代三大尖端技术：

空间技术;能源技术;人工智能技术人工智能处于信息技术发展的前沿，反映了

信息技术的发展方向。AI的研究领域与目标AI的研究领域

知识表示、专家系统、自然语言理解、自动定理证明、自动程序设计、问题求解、博弈、计算机视觉、模式识别、智能机器人、人工神经网络、…………AI的研究目标近期——实现机器智能部分地或者在一定程度上实现机器的智能，从而使现有的计算机更灵活、更好用和更有用，成为人类的智能化信息处理工具。远期——制造智能机器要使计算机具有看、听、说、写等感知交互功能，具有联想、推理、理解、学习等高级思维能力，还要有分析问题、解决问题和发明创造的能力。AI的研究方法功能模拟以人脑的心理模型为基础，将问题或知识表示成某种逻辑网络，采用符号推演的方法，来实现搜索、推理和学习，模拟人脑的思维；结构模拟以人脑的生理结构和工作机理为基础，对人脑的神经细胞及其构成的神经网络进行研究，采用神经计算的方法来实现学习、联想、识别、推理；行为模拟通过模拟人在控制过程中的智能活动和行为特性，如自寻优、自适应、自学习、自组织等，来研究和实现人工智能。从问题解决角度看

AI教育的必要性

IT教育的最终目的是让学生能够自如地应用IT解决问题。问题解决是所面对的问题得到解决的认知活动过程。

问题的分类:

结构化（structured）问题能够通过形式化（或称公式化）方法描述和求解的问题也称：定义完善的问题、良构问题《算法与程序设计》课程要解决的问题非结构化（unstructured）问题难以用确定的形式来描述，主要根据经验求解也称：定义不完善的问题、劣构问题《人工智能初步》课程要解决的问题半结构化（semi-structured）问题IT视角下的

问题求解策略算法《算法与程序设计》内容标准：

结合实例，经历分析问题、确定算法、编程求解等用计算机解决问题的基本过程，认识算法和程序设计在其中的地位和作用。例：排序算法

启发式《人工智能初步》内容标准：通过简单博弈问题的分析，了解用盲目搜索技术进行状态空间搜索的基本过程，知道启发式搜索的基本思想及其优点。例：状态空间的启发式搜索AI课程对于提升信息素养的作用

对多种思维方式的培养和信息素养的综合锻炼求解结构化问题传统程序＝算法＋数据结构求解非结构化问题智能程序＝知识＋推理体验人类专家解决复杂问题的思路，提高学生的逻辑思维能力美国著名教育技术专家Jonassen认为：那些自行设计专家系统的学生将会在这种活动中受益匪浅，因为这是一个对所学知识进行深度加工的过程。

了解信息技术发展的前沿，激发对信息技术未来的追求

高中AI的课程标准多媒体技术应用

算法与程序设计数据管理技术网络技术应用人工智能初步

信息技术基础高中《信息技术》课程构成必修选修信息获取信息加工与表达信息资源管理信息技术与社会2学分2+X学分12345AI课程的背景与与目标课程背景:适应时代发展展需要，体现现时代性特征征。目标定位：了解信息技术发展展的前沿，体验若干典型人工工智能技术的的应用，感受人工智能对学学习和生活的的影响，激发对信息技术未未来的追求。。高中AI的内容体系1、基本概念念能描述人工智智能的概念与与基本特点2、知识及其其表达列举人工智能能的主要应用用领域掌握知识的概概念、知识表表达的基本方方法3、推理与专专家系统演示或使用简简单的产生式式专家系统软软件知道专家系统统正向、反向向推理的基本本原理学会使用一个个简易的专家家系统外壳4、人工智能能语言与问题题求解学会使用一种种人工智能语语言求解简单单问题了解状态空间间的概念与方方法了解用盲目搜搜索技术进行行搜索，知道道启发式搜索索[课标文本]当前国内的高高中AI教材普通高中课程程标准实验教教科书信息息技术（选修5）《人工智能初步步》教育科学出版版社，李艺主主编，2004年第1版中国地图出版版社，祝智庭主编编，2005年第1版上海科技教育育出版社，应吉康主编编，2005年第1版广东教育出版版社，李冠英主编编，2005年第1版浙江教育出版版社，陶增乐主编编，2006年第1版高中教材:《人工智能初步步》第1章初识人工工智能1.1什么是人工智智能1.2人工智能可以以为我们做什什么第2章了解人工工智能语言2.1了解Prolog2.2使用Prolog2.3人工智能语言言第3章用计算算机表示知识识3.1知识及其类型型3.2知识表示入门门3.3知识表示的常常用方法第4章用计算机机推理4.1什么是专家系系统4.2专家系统如何何工作4.3如何开发专家家系统第5章用智能搜搜索解决问题题5.1可以通过搜索索求解的问题题5.2穷举式搜索5.3启发式搜索与与博弈第六章人工工智能的发展展与未来6.1人工智能的发发展6.2人工智能的未未来张剑平主编教育科学出版版社2004当前国内的高高中AI教材AI内容举例：AI语言AI语言是一类适应于于AI领域的、具有有符号处理和和逻辑推理能能力的程序设设计语言。典型的AI语言LISP———表处理语言Prolog——逻辑型语语言（用来描描述事物之间间的逻辑关系系，接近于人人类的自然语语言）AI内容举例：用智能搜索求求解问题盲目搜索与启发式搜索计算机博弈AI内容举例：专家系统及其其外壳学习一个简单单的专家系统统外壳Intermodeller它是一个适合中学生使使用的软件作者为英国的的Dr.TomConlon人工智能教育育的现状我国高校的人人工智能教育育高校一直将AI作为计算机专业的的必修课程“智能科学与与技术”本科科专业的建立立北京大学（2004）北京邮电大学学（2005）南开大学（2005）西安电子科技技大学（2005）……（2006）……（2007）第一届全国人人工智能教育育学术研讨会会（2002.北京）中国AI学会教育工作作委员会主办办首都师范大学学信息工程学学院承办我国中学的AI教育2004年之前尚未在在中学设置独独立的AI课程。奥林匹克信息息学竞赛中一一直包含AI的题目。近年开展的机机器人竞赛及及其相关活动动中，已经在在AI方面进行尝试试。对青少年AI的启蒙教育，，愈来愈受到到重视。1997年清清华大学出版版，由时任教教育部长陈至至立任名誉主主任、出版的的计算机科普普教育丛书《《计算机与信信息科学十万万个为什么》》（全套共12本）中，，包括了《人人工智能》一一书。2000年清清华大学出版版，由李衍达达院士主编的的青少年科学学教育丛书信信息科学与技技术系列一套套8本中，也也包含有《人人类智慧与人人工智能》一一书。…………2003年颁布的普通通高中信息技技术课标中，，将AI作为选修模块块。目前已经出版版5套教材，并在在实验省份的的部分地区开开展教学。国外中学的AI教育包括人工智能能教育在内的的中学信息技技术教育呈现现多样化发展展的格局。以美国为例，，在将信息技技术作为独立立课程进行设设置与教学的的学区中，信信息技术课程程的内容通常常包括：（1）旨在培培养学生信息息技术技能与与意识的内容容。信息加工与应应用。信息技术系统统概论。人工智能概论论。使学生认识识人工智能的的意义及其应应用，并介绍绍自动化系统统、机器人、、虚拟现实技技术等。使学学生认识信息息技术的大量量运用以及人人工智能的产产生与发展可可能对人类社社会造成的各各种影响。（2）计算机机程序设计的的内容。英国的ICT课程与AI教育——以苏格兰地区区为例ICT课程：计算（Computing）信息系统（InformationSystems）每门课包括三三个层次：中级（Intermediate2）高级（Higher）高级提升（AdvHigher）每个层次包括括两部分：强制单元（Mandatoryunits）可选单元（Optionalunits）英国中学ICT课程的基本构构成计算（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）强制性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)可选单元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AI教育的研究——以FLAIRS-2006为例AmericanAssociationforAI（AAAI）和Florida技术学院联合合举办AIEducation专题：ImplementationoftheComputingCurricula2001IntelligentSystemsAreaModelAssignments/Experiences/SyllabiforAIInstructionAIClassroomTechniquesorInnovationsforUndergraduateand/orGraduateInstructionIntelligentApplicationsforInstructionofAIandAssessmentofSuchApplicationsIncorporatingAIresearchintoAIcourses人工智能课程程的教学资源源AI的教学资源《人工智能》国家精品课程程中南大学蔡蔡自兴主持《现代教育技术术》国家精品课程程浙江师大张张剑平主持AI的教学资源：高中AI的教学实施实施策略充分考虑高中中生的认知特特点，选择那那些与他们学学习、生活关关系密切的，，看得见、摸摸的着的AI应用问题作为为案例展开教教学。将课程目标定定位在了解和体验。根据中学生的的特点进行AI语言教学，只只介绍其主要要特征和最为为简单的应用用方法。例如了解Prolog，能用递归方方法编写简单单程序。充分发挥网上上信息资源和和网上软件资资源的作用。。例如，在线进进行专家系统统、符号运算算、机器翻译译等内容的教教学与实验。。几点建议注意教学对象象的选择：兴兴趣+基础，努力激激发和保持学学生的学习兴兴趣。合理组织““讲授课””和“探究究性、自主主性学习””。要及时了解解学习效果果。考虑将本课课程与其他他相关课程程进行整合合。例如，，作为“通通用技术””中简易机机器人模块块的软件基基础或加以以整合；可可以尝试作作为校本选选修。根据学生情情况适当安安排大的““课程设计计”任务。。有待探索的的问题AI课程中需要要探索的问问题：教学的内容容选择、深深度确定适合中学生生学习的教教材编写教学设计与与教学方法法数字化教学学资源的建建设与利用用高校