高中人工智能课程课标资源与实施知识工程与中学人

高中人工智能课程：

课标、资源与实施张剑平浙江师范大学教育信息技术研究所全国高中AI课程研修班报告之一什么是AI为何要开设AI课程AI课程的基本内容国内外AI教育现状AI的教学资源AI教学的实施有待探索的问题高中人工智能（AI）课程：课标、资源与实施研修班计划什么是人工智能智能

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。为何要开设人工智能课程为何要开设AI课程？高中课程改革强调要适应时代发展需要，体现时代性特征。人工智能是信息技术的前沿领域，应当被关注！高中信息技术课程要有利于学生的个性发展。AI课程的背景与目标课程背景:

适应时代发展需要，体现时代性特征。目标定位：了解信息技术发展的前沿，体验若干典型人工智能技术的应用，感受人工智能对学习和生活的影响，激发对信息技术未来的追求。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课程的基本内容容多媒体技技术应用用算法与程程序设计计数据管理理技术网络技术术应用人工智能能初步信息技术术基础高中《信信息技术术》课程构成成必修选修信息获取取信息加工工与表达达信息资源源管理信息技术术与社会会2学分分2+X学分12345高中AI的内容体体系1、基基本概概念能描述述人工工智能能的概概念与与基本本特点点2、知知识及及其表表达列举人人工智智能的的主要要应用用领域域掌握知知识的的概念念、知知识表表达的的基本本方法法3、推推理与与专家家系统统演示或或使用用简单单的产产生式式专家家系统统软件件知道专专家系系统正正向、、反向向推理理的基基本原原理学会使使用一一个简简易的的专家家系统统外壳壳4、人人工智智能语语言与与问题题求解解学会使使用一一种人人工智智能语语言求求解简简单问问题了解状状态空空间的的概念念与方方法了解用用盲目目搜索索技术术进行行搜索索，知知道启启发式式搜索索[课标文文本]高中教教材:《人工智智能初初步》第1章初初识人人工智智能1.1什么是是人工工智能能1.2人工智智能可可以为为我们们做什什么第2章了了解人人工智智能语语言2.1了解Prolog2.2使用Prolog2.3人工智智能语语言第3章用用计计算机机表示示知识识3.1知识及及其类类型3.2知识表表示入入门3.3知识表表示的的常用用方法法第4章用用计算算机推推理4.1什么是是专家家系统统4.2专家系系统如如何工工作4.3如何开开发专专家系系统第5章用用智能能搜索索解决决问题题5.1可以通通过搜搜索求求解的的问题题5.2穷举式式搜索索5.3启发式式搜索索与博博弈第六章章人人工智智能的的发展展与未未来6.1人工智智能的的发展展6.2人工智智能的的未来来张剑平平主编编教育科科学出出版社社2004当前国国内的的高中中AI教材普通高高中课课程标标准实实验教教科书书信信息技技术（选修修5）《人工智智能初初步》教育科科学出出版社社，李艺艺主编编，2004年第1版中国地地图出出版社社，祝智智庭主主编，，2005年第1版上海科科技教教育出出版社社，应吉康主主编，2005年第1版广东教育出出版社，李冠英主主编，2005年第1版浙江教育出出版社，陶增乐主主编，2006年第1版当前国内的的高中AI教材AI内容举例：：AI语言AI语言是一类适应应于AI领域的、具具有符号处处理和逻辑辑推理能力力的程序设设计语言。。典型的AI语言LISP———表处理语言言Prolog——逻辑型型语言（用用来描述事事物之间的的逻辑关系系，接近于于人类的自自然语言））AI内容举例：：用智能搜索索求解问题题盲目搜索与启发式搜索索计算机博弈弈AI内容举例：：专家系统及及其外壳学习一个简简单的专家家系统外壳壳Intermodeller它是一个适合中学生生使用的软软件作者为英国国的Dr.TomConlon国内外人工工智能教育育现状我国高校的的人工智能能教育高校一直将将AI作为计算机专业业的必修课课程“智能科学学与技术””本科专业业的建立北京大学（（2004）北京邮电大大学（2005）南开大学（（2005）西安电子科科技大学（（2005）……（2006）……（2007）第一届全国国人工智能能教育学术术研讨会（2002.北京京）中国AI学会教育工工作委员会会主办首都师范大大学信息工工程学院承承办我国中学的的AI教育2004年之前尚未未在中学设设置独立的的AI课程。奥林匹克信信息学竞赛赛中一直包包含AI的题目。近年开展的的机器人竞竞赛及其相相关活动中中，已经在在AI方面进行尝尝试。对青少年AI的启蒙教育育，愈来愈愈受到重视视。1997年年清华大学学出版，由由时任教育育部长陈至至立任名誉誉主任、出出版的计算算机科普教教育丛书《《计算机与与信息科学学十万个为为什么》（（全套共12本）中中，包括了了《人工智智能》一书书。2000年年清华大学学出版，由由李衍达院院士主编的的青少年科科学教育丛丛书信息科科学与技术术系列一套套8本中，，也包含有有《人类智智慧与人工工智能》一一书。…………2003年颁布的普普通高中信信息技术课课标中，将将AI作为选修模模块。目前已经出出版5套教材，并并在实验省省份的部分分地区开展展教学。国外中学的的AI教育包括人工智智能教育在在内的中学学信息技术术教育呈现现多样化发发展的格局局。以美国为例例，在将信信息技术作作为独立课课程进行设设置与教学学的学区中中，信息技技术课程的的内容通常常包括：（1）旨在在培养学生生信息技术术技能与意意识的内容容。信息加工与与应用。信息技术系系统概论。。人工智能概概论。使学生认认识人工智智能的意义义及其应用用，并介绍绍自动化系系统、机器器人、虚拟拟现实技术术等。使学学生认识信信息技术的的大量运用用以及人工工智能的产产生与发展展可能对人人类社会造造成的各种种影响。（2）计算算机程序设设计的内容容。英国的ICT课程与AI教育——以苏格兰地地区为例ICT课程：计算（Computing）信息系统（（InformationSystems）每门课包括括三个层次次：中级（Intermediate2）高级（Higher）高级提升（（AdvHigher）每个层次包包括两部分分：强制单元（（Mandatoryunits）可选单元（（Optionalunits）英国中学ICT课程的基本本构成计算（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教育的研究究——以FLAIRS-2006为例AmericanAssociationforAI（AAAI）和Florida技术学院联联合举办AIEducation专题：ImplementationoftheComputingCurricula2001IntelligentSystemsAreaModelAssignments/Experiences/SyllabiforAIInstructionAIClassroomTechniquesorInnovationsforUndergraduateand/orGraduateInstructionIntelligentApplicationsforInstructionofAIandAssessmentofSuchApplicationsIncorporatingAIresearchintoAIcourses人工智能课课程的教学学资源AI的教学资源源《人工智能》国家精品课课程中南大学蔡蔡自兴主主持《现代教育技技术》国家精品课课程浙江师大张张剑平主主持AI的教学资源源：高中AI课课程的实施施实施策略充分考虑高高中生的认认知特点，，选择那些些与他们学学习、生活活关系密切切的，看得得见、摸的的着的AI应用问题作作为案例展展开教学。。将课程目标标定位在了解和体验。根据中学生生的特点进进行AI语言教学，，只介绍其其主要特征征和最为简简单的应用用方法。例如了解Prolog，能用递归归方法编写写简单程序序。充分发挥网网上信息资资源和网上上软件资源源的作用。。例如，在线线进行专家家系统、符符号运算、、机器翻译译等内容的的教学与实实验。几点建议注意教学对对象的选择择：兴趣+基础，努力力激发和保保持学生的的学习兴趣趣。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信息技技术教育专专业的建设设AI课程中需要要探索的问问题：关于人工智能与机器人教育的有机机结合从国外情况况看，英、、美等发达达国家包括括人工智能能和机器人人在内的中中小学信息息技术教育育正呈现多多样化发展展的格局。。人工智能与与机器人之之间的关系系密切,有必要将它它们有机结结合从知识和技技术的系统统性角度看看从信信息息技技术术师师资资的的培培养养角角度度看看应当当将将AI&R教育育与与基基础础教教育育课课程程改改革革相相结结合合小学学和和初初中中阶阶段段，，在在““综综合合实实践践活活动动””课课程程中中开开展展机机器器人人教教育育，，在在此此过过程程中中让让学学生生初初步