高校人工智能教育专题学习教案

人工智能教育的现状与未来高校人工智能教育专题学习教案01:人工智能简介02:人工智能教育的现状03:人工智能教育的内涵04:工智能教育的未来●

目录

PART01人工智能简介是否人工智能作品?●

人工智能教育现状-概念含糊不清人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人类智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的

技术科学。它是一门交叉学科，涵盖了信息学，统计学，生物学，材料学，社会学等诸多领域。人工智能是制造智能机器的科学与工程——约翰·麦卡锡

●人工智能(ArtificialIntelligence)人工智能亦称机器智能，是指由人制造出来的机器所表现出来

的智能。通常人工智能是指通过普通计算机程序的手段实现

的类人智能技术。

——维基百科人工智能是什么?模式识别

机器学习

大数据D云计算智能机器人AB

CE感知：车道线、红绿灯、障碍物类型等分析：感知信息+智能计算->预测决策：超车、避障、路径和任务规划等控制：速度、方向、平稳性能人工智能模拟和扩展人类智能主要体现在：感知、分析、决策、控制

人工智能-功能无人驾

驶人工智能产品都能够模仿人的某种智能行为：能听会说能看会认能思考会行动人工智能

≠

机器人

人工智能-功能计算机视觉包括静动态图像识别与处理等，

对目标进行识别、测量及计算，

有广泛的应用场景。芯片包括CPU和FPCA等加速硬件与

神经网络芯片。重点硬件。行业数据主要来源于各行业方。学术数

据库等，提供数据源。语音及自然语言处理包括语音识别和自然语言处理。基

于数据化和框架化，研究语言的收

集、识别理解，处理等内容。算法深度学习，增强学习等算法研

究为主。传感器主要对环境、动作、图像等内

容进行智能感知。工业机器人智能金融智能家居智能驾驶服务机器人个人助手可穿戴设备电商零售智能医疗智能安防

智能营销

其他垂直应用层落地低分行业场

景应用技术层进行关键技术的研究和相关应用基础层提供数据或计算

能力支撑

人工智能-架构●人工智能-AI技术Venn

图人工智能例：知识库机器学习例：逻辑回归表示学习例：浅层自动编码器深度学习例：深度学习学习

Learning收集、预处理数据CollectingData■数据类型■结构化数据：通常以关系表表示和存储■非结构化数据：图像、声音、视频、

文

本

.■数据使用：训练集、验证集、测试集应用Application预测(Prediction)■模型的选择■模型的优化(参数)■模型的评估●人工智能-机器学习的基本框架模型(Model)

y=f(x;θ)未知数据UnknownData无监督学习事先没有任何训练样本，而需要直接对数据进行建模和聚

类常用方法：K-

均值算法，主成分/独立成份分析等目标不明确，效果难评估有监督学习通过对带标签的样本数据训练得到模型，再利用模型对新

的样本实现分类。常用方法：BP神经网络，支持向量机等目标明确，效果易评估不要求预先给定任何数据，而是通过接收环境对动作的奖

励(反馈)获得学习信息并更新模型参数。强调基于环境

而行动以使预期利益最大化。通过交互创造数据和模型(策略)

人工智能-学习三类主流机器学习方法强化学习●人工智能-神经网络输出层隐层输入层含多个隐层的深度学习模型●

人工智能-深度学习VS.传统神经网络传统神经网络：深度学习：Layer

L₁

Layer

L₂●

人工智能-深度学习大数据计算能力

算法为什么是深度学习●

人工智能-大数据与机器学习“人类由于受到缓慢的生物进化的限制，无法与机器竞争，并会被取代，人工智能的发展

可能导致人类的终结...霍金●

人工智能-风险巨变已至，史上第一个入人类籍的机器人到来!2017-12-2219:53

机器人/人类(人工智能近日，在沙特举行的未来投资计划大会上一位女性机器人索菲娅被授予沙特公民身份，成为

史上第一个入人类籍的机器人!●

人工智能-风险人工智能将取代70%以上的就业。“人工智能取代人类工作是不可逆转的，关爱型和

创造型的工作，是未来剩下的唯一两个工作”。●

人工智能-风险

PART02人工智能教育的现状2017年7月，发布《新一代人工智能发

展规划》——“在中小学阶段设置人工智

能相关课程，逐步推广编程教育●

人工智能教育目标-培养人工智能素养基本原理技术特征应用场景编程验证→

实物探究

创新实践理性欣赏感性认识理解力

应用力鉴赏力伦理评判序号竞赛名称主办单位竞赛面向学段1第五届全国青少年人工智能创新挑战赛中国少年儿童发展服务中心小学、初中、高中、中专、职高2全国中小学信息技术创新与实践大赛城乡统筹发展研究中心、中国人工智能学会小学、初中、高中、中专、职高3世界机器人大会青少年电子信息智能创新大赛中国电子学会小学、初中、高中、中专、职高4少年硅谷一全国青少年人工智能教育成果展示大赛中国下一代教育基金会小学、初中、高中、中专、职高6全国青少年无人机大赛中国航空学会小学、初中、高中、中专、职高7全国青少年科普创新实验暨作品大赛中国科协初中、高中、中专、职高18全国青少年科技创新大赛中国科协小学、初中、高中、中专、职高●

进一步向人工智能、STEAM

等综合实践类赛事倾斜：人工智

能、STEAM领域赛项占比明显高出一截。●

面向学段更广：扩展至小学、初中、高中、中专、职高。●

去除：全国青少年创意编程与智能设计大赛、“希望杯”全

国数学邀请赛。√

更注重人工智能等创新思维及实践能力的培养，而非单一的编程能力和做题能

力；√

非「纸上谈兵」,更注重贴合实际应用。●人工智能教育现状：创新大赛STEAM

创客机器人编程●

人工智能教育现状-干姿百态幼儿AI体验○课程特色漫画故事牢引实体积木编程逻辑思维训练○课程内容引导儿童阅读并自主创想故事场景，展开活动学习运用编程模块，理解简单的编程逻辑针对主题任务，辅以逻辑思维训练◆能力培养增加儿童的表达欲望，培养儿童的创造力和表达力培养儿童正确、台理思考的逻辑思维能力引导儿童自主拆解问题，多角度解决问题的能力青少年AI项目制作人工智能教育=编程教育?人工智能教育≠编程教育>一些培训机构和学校认为开设编

程课程即是实施人工智能教育。

需要明确的是，编程是人工智能

教育的关键技术，编程教育只是

人工智能教育的一部分。升学加码《中小学开设人工智能课程》政策的发

布，预示着教育部门对编程类课程愈发

的重视，升学加分的政策一定会逐步出

台。对于中学生已经有信息学奥林匹克

竞赛，该项奥赛着重考察的是学生分析

问题的能力，旨在通过编程解决生活中

的各种问题，让生活更加便利。相比于

其他学科竞赛，很多高校可能更加青睐。信息学的优势就在于，这是五大学

科竞赛中新兴但却很重要的科目。康程特色人工智能语言科学计算数据分析课程内容学习Python编程语言，学习使用代码编程独立完成常用数据结构、Python

基础语言和经典算法等程序项目的开发能力培养利用图形化的编程软件进行编程，掌握编程理念与方法学生通过独立完成各种程序项目的开发与编写，提高学生逻辑思维能力在程序运行的过

程中通过Debug

的过程，增强学生解决问题的能力，逐步适应已经来临的人工智能时代●

人工智能教育现状-存在很多误解问题：各种人工智能教材琳琅满目，其内容、难易程度等存在很大差异，缺乏统一的课程标准，这就引起现存教材内容主要分为两类：人工智能技术、实现人工智能技术(编程)。错误认识：人工智能教育=人工智能技术教育本质：重在培养青少年儿童的人工智能素养，明白如何正确、恰当地使用人工智能。人工智能教育现状-教材玲琅满目●●

人工智能教育-与STEAM、创客、编程的关系STEAM教育开展人工智能教育通常基于STEAM

理念，而人工智能技术也

是STEAM关注的议题、学习的内容与目标。人工创客教育智能

人工智能开发平台为创客提供技术土壤，人工智能融入机器教育

人创客教育并对接物流网创客教育。编程机器人教育编程是人工智能教育中重要的一部分，但人工智能教育不仅

仅包括编程，更聚焦于跨学科的系统化的应用。开展编程教

育与人工智能教育通常共用一个载体——机器人。STEAM

教育、创客教育、编程教育≠人工智能教育!●

人工智能教育现状-课程与师资课程内容多样化、碎片化、不规范化、缺

乏层次性授课对象年龄段参差不齐，不同年龄的

学生学习同一内容，违背教育教学规律授课人员相对混杂，缺乏系统、专业的培

训，不具备人工智能课程教学资格·企业根据自己的理解开发产品·企业为了营销，将很多能充电，能跑，能动的产品都成为智能产

品，滥用人工智能这个名词。·人工智能的内涵·标准、规范·人工智能的素养框架·人工智能学习理论、模式

·许多问题需要解决企业产品导向错误●

人工智能教育现状-存在错误认识的原因缺少规范引领现在更多从技术视角来开展人工智能教育，忽

略了教育本质的培养缺乏从教育视角理解

人工智能教育

PART02人工智能教育的内涵联合国2016年，联合国发布《关于机器人伦理的研究报告》,

表达了对人工智能的关注；同时为应对人工智能及机器

人技术的发展带来的各种问题，提出了全新的思考方式

与解决路径。2017年，国务院印发了《新一代人工智能发展规划》,

从战略态势、总体要求、资源配置、立法、组织等各个

层面阐述了我国人工智能发展规划，同时指出将智能教

育作为重点发展方向。中国美国、英国、日本2015年，日本制定了《日本机器人战略：愿景、战略、行动计划》

开始人工智能机器人革命。2016年，美国发布《国家人工智能研究和发展战略计划》和《为人工智能的未来做好准备》,成为首个将人工智能发展上升

到国家战略层面的国家。2015年，联合国教科文组织与世界科学知识与技术伦理委员会联合发布的《关于机器人伦理的初步草案报告》

讨论了机器人的制造和使用促进了人工智的进步，以及

这些进步带来的社会与伦理道德问题。联合国教科文组织

《人工智能技术与工程素养》框架提出背景《新一代人工香

能发展规划》《普通高中信息技术课程

标准(2017年版)》《教育信息化2.0行动计划》国际人工智能与教育大会2018年1月教育部发布了《普通高中信息技术课程标

准(2017年版)》,正式将人工智能、物联网、开源

硬件、算法等划入新课标。2018年4月教育部印发《教育信息化2.0行动计划》,要求“将学生信息素养纳入学生综合素质评价”,“充实适应信息时代、智能时代发展需要的人工智能和编程课程内容”。“中国高度重视人工智能对教育的深刻影响，积极推动人工智能和

教育深度融合，促进教育变革创新，充分发挥人工智能优势，加快

发展伴随每个人一生的教育、平等面向每个人的教育、适合每个人

的教育、更加开放灵活的教育”。

《人工智能技术与工程素养》框架提出背景国家鼓励培养“人工智能+X”复合型人才，重视人工智能与数学、计算机科

学、物理学、生物学、心理学、社会学、

法学等学科专业教育的交叉融合。经济学法学教育学●

人工智能教育内涵-与学科的融合管理学军事学医学中小学生已经处于智能社会的风口浪尖，将面临智能社会的巨大挑战哲学学科农学文学工学

理学商业

中小学生已经处于智能社会的风口浪尖，将面临智能社会的巨大挑战●

人工智能教育内涵-与未来职业生涯人工智能已经渗透到社会的各个领域，随时处于人工智能应用与产品的环境中无人

系统汽车家居社会治理

网络安全环境交通制造安防应用

服务健康

医疗教育02●

人工智能教育内涵-适应未来社会中小学设置人工智能课程，逐步推广编程教育法学学科

教育学管理学军事学医学农学

文学工学

理学制造应用

服务网络

安全安防社会

治理教育健康

医疗无人

系统汽车家居环境交通商业经济学哲学人工智能课程内容在《高中信息技术课程标准》中作为选择性必修课程，缺乏

从人工智能本质特性的角度来系统培养

学生的人工智能学科核心素养。市面上有上千种人工智能教材，但因为

没有统一的课程标准，没有形成完整的

面向中小学的人工智能课程体系，绝大

部分教材并不适合培养学生的人工智能

学科核心素养。

《人工智能技术与工程素养》框架提出背景提出工程素养由于人工智能与产业的结合变得越来越紧密，在人工

智能技术转化为应用产品的过程中，需要研究者们利

用人工智能技术的方法和原理，设计满足人类需求的

产品形态，解决实践过程中遇到的各种问题，最终生

产出为人类社会提供便捷的人工智能产品。将人类单列出来人工智能技术区别于其他技术的关键之处在于，未来人工

智能技术可能实现对人类思维方式的模仿，拥有思考能力

的人工智能将直接威胁人类的地位，人工智能和人类之间

的界限变得越来越模糊。将社会单列出来人工智能正在作为特殊的因素以渗透性

的方式影响生产力、生产关系和上层建

筑等，刺激了社会基本矛盾运动，调适

乃至颠覆和重塑人类经济社会发展的观

念，架构与演进轨迹。如何处理人工智能

与社会的关系，值得人们深刻思考。

《人工智能技术与工程素养》框架特色特色二

特色三特色一●人工智能教育内涵-素养框架人工智能应用

系统设计与开发·设计·开发·测试人工智能系统

的评估与维护·评估·维护与升级感知、交流与行动推理与决策感知与识别

交流与沟通

人机交互

规划与决策

行动与控制人工智能对社会的影响·理解两面性·重构与再造·

·

·

·

·

·

·能够解决的问题人工智能技术选择和使用人工智能工具

的选择与使用

模型框架使用

与搭建人工智能与人类的关系·赋能·竞争·协同人工智能与

社会的交互·相互促进

·相互融合系统工程·

认识系统工程

·

组织管理系统伦理道德·意识

·态度

·协同社会规范·公平·法制·鑄

·能基础应用技人工智能数据算法算力T智

能工具术·

《人工智能技术与工程素养》框架内容人工智能基础应用技术√感知与识别

√

交流与沟通

√人机交互√规划与决策

√行动与控制选择和使

用人工智

能工具√人工智能工

具的选择与

使用√模型框架使

用与搭建领域一级

指标二级

指标人工智能技术与工程素养人工智能技术能够解决的问题√感知、交

流与行动√推理与决

策系统工程√

认识系

统工程

√

组织管

理系统人工智能

应用系统

设计与开发√设计√开发√

测试人工智能

支撑技术√数据√算法√算力人工智能与社会的交互√相互促进

√相互融合人工智能

系统的评

估及维护√评估√

维护与升级√理解两面性

√公平

√

重构与再造

√

法制人工智能系统设计与

开发√赋能

√

竞争

√协同人工智能对社会的影响人工智能与人类的关系√

意识

√

态度

√责任人工智能与社会人工智能与人类人工智能技术社会规范伦理道德领域一级指标内涵二级指标内涵人工智

能与人人工智能与人类的关系具备了人工智能的智能机器不但能够模仿人类的身体能力，也

能够模仿人类的认知能力，与人类产生诸如辅助、协作、竞争等复杂关系。赋能1.人工智能是对人类行为能力和思维的模拟、延伸和扩展

…

;2.人工智能已经越来越多地参与到人类生活的方方面面…。竞争1.人工智能产品与人类产生了竞争关系

…

;2.人工智能有可能拥有人类的智慧

…。协同1...一些综合、复杂的工作则需要人和智能机器共同开展；2.需要具备人机协同思维

…

;3.人工智能的发展需要以人为本.。伦理道德围绕人工智能与人之

间的关键伦理道德问

题，探究人应该具有的伦理意识与态度

,以及应当承担的责

任确保人工智能是服

务于人类的技术，为

人类的发展做出贡献意识1.虽然人工智能具有明显的优势，但人工智能并不是完美的；2.人工智能可以促进人类的发展，人工智能的发展同样受到人类活动的影响；3.人工智能可能带来数据泄露、单一或错误消息、就业压力、不公平、人与机器

身份和权力边界模糊等风险。●

人工智能教育内涵-素养框架小学知道的知识K(Knowledge)高中二级指标小学做到的活动A(Activity)高中H(Human)

表示“人工智能与人类”领域内容S(Society)表示“人工智能与社会”领域内容T(Technology)

表示“人工智能技术”领域内容E(Engineering)

表示“人工智能系统设计与开发”领域内容

《人工智能技术与工程素养》框架内容依据二级指标，从2个维度(应该知道的知识、应该做到的活动)分别对小学、初中、高中三个学段规定能力目标。初中初中学段指标小学初中高中人工智能与人类的关系赋

能应该知道：H.K.1:生活中的智能产品

能够像人类一样能听会说能看会认、能理解会思考应该知道：H.K.1:人工智能可以模拟人类智能还可以延伸人类智能。例如，手术机器人可以更精准、灵活地为应该知道：H.K.1:目前还处于弱人工智能阶段，在未来

的超人工智能阶段，人工智能将可以扩展人类智能。医生的决策和操作提供充分支持●

人工智能教育内涵-素养框架1为编写中小学《人工智能》课程标准提供参考。2为编写中小学《人工智能》教材提供建议。3为开展中小学生人工智能素养评价提供支持。

《人工智能技术与工程素养》框架应用建议了解与人工智能相关的技术原理一、人工智能与人类二、人工智能与社会三、人工智能技术四、人工智能系统设计与开发·

描述人工智能与人类

的关系·

描述技术对人类的益处和坏处·

对比人工智能技术和

其他技术·

提出如何发展人工智

能技术的观点·

预测人类和人工智能

技术之间互相带来的

后果选择人类在人工智能

技术影响下的发展道

路·

描述人工智能与社会

环境的关系·

说明人工智能技术对

社会环境的改变·

对比人工智能产品和

其他技术产品·

提出社会和环境对人

工智能技术的需求·

预测人工智能技术水

平的提升·

选择适当的人工智能

产品来解决社会问题

·

判断人工智能可能参与的违法犯罪活动·

描述人工智能的技

术特点·

描述智能工具的特

点和功能·

说明人工智能技术

是如何实现相关功

能的·

对比不同人工智能

技术的功能和特点

·

批判一个人工智能技术过程或结果·

选择适当的人工智能工具·

评估反对观点的有

效解决方案的例子

·

判断人工智能技术能够解决的问题·

描述系统或过程的功能·

识别系统或过程的例子·

说明不同技术的特点，以确定

哪种人工智能技术适合用于给

定的环境或问题·

分析需求·

分类系统的元素·

评估一个人工智能系统·

判断人工智能系统出现的故障

课程与教学达成目标一、人工智能与人类二、人工智能与社会三、人工智能技术四、人工智能系统设计与开发·

选择技术的使用对象

和适用对象·

收集和整理人工智能

技术模仿人类智能的

资源和信息·

比较实现人类智能的

人工智能技术方案·

开发符合人类观念、

准则的人工智能技术

应用方案·

判断人工智能技术实

现人类智能产生的影

响·

选择合适的技术或应

用产品解决社会问题

·

开发一个调查问题的计划·

设计解决问题的方案

或计划·

收集和整理数据和信

息·

比较提出的解决方案

的优缺点·

判断解决方案对社会

的影响·

选择和使用适当的人工智能技术应用

或工具来实现目标·

搜索媒体和数字资源·

提出和实施人工智

能技术应用解决方

案·

评估提出的解决方

案·

预测提出的解决方

案的结果或影响·

计划研究和演示·

设计人工智能技术

应用方案或工作流

程·

执行人工智能技术

的模拟·

设计人工智能技术系统的流

程·

开发人工技术·

构建和测试模型或原型·

生成多样的功能的智能产品

·

评估取舍·

确定如何满足需求·

计划人工智能技术的系统应

用过程·解决系统应用过程中产生的

问题

课程与教学达成目标沟通、协作、交流能力一、人工智能与人类二、人工智能与社会三、人工智能技术四、人工智能系统设计与开发·

呈现创新的可持续

解决方案·

替代分析和解决方

案·

显示正面和负面的

后果·

撰写演示文稿·

生成一个精确的技术发展时间表·

代表团队分配任务·

交换与同学和教师数据和信息·

呈现创新的可持续解

决方案·

替代分析和解决方案

·

显示正面和负面的后果·

撰写演示文稿·

生成一个精确的技术

发展时间表·

代表团队分配任务·

交换与同学和教师

数据和信息·

计划团队成员之间的

任务授权·

提供并整合来自同学

和教师的反馈，对演

示文稿进行更改·

评论演示内容·

表达问题·

争论一个相反的观点·

解释如何工作·

演说于多个观众·

整合数据和观点·

呈现设计思路、展示

原型的设计·

表示数据用图表，表

格·组织，监视和评估设

计的有效性·

请求来自与同学和教师的帮助·

提供和整合反馈

课程与教学达成目标了解与人工智能相关的技术原理A.人工智能技术与人类的关系B.伦理、道德与责任·

了解现有人工智能技术与人类的关系·

描述人工智能技术对人类的益处和坏处·

对比人工智能技术和其他技术对人类的不同影响

·

提出人工智能技术改善人类的发展方案·

预测人类需求对人工智能技术的影响后果·

描述人工智能技术对人类伦理、道德和责任的益处和坏处·

对比人工智能技术和其他技术对人类

伦理、道德和责任的不同影响·

提出解决人工智能技术不利于人类伦理、道德和责任的影响的方法·

选择解决人工智能技术不利于人类伦理、道德和责任的未来发展道路或方

向

人工智能技术与工程素养要达成的教学目标人工智能技术与人类制定解决方案和实现目标A.人工智能技术与人类的关系B.伦理、道德与责任·

选择合适的人工智能技术来模仿人类的智

能·

收集和整理人工智能技术改善人类能力的

资源和信息·

比较实现对人类智能的模仿的不同人工智能技术方案·

开发符合人类需求、标准的人工智能技术

应用方案·

判断人工智能技术模仿人类智能产生的

其他影响·

选择合适的人工智能技术来解决人类伦理、道德和责任问题。·

收集和整理人工智能技术在人类伦理、道德和责任的资源和信息。·

比较能改善人类伦理、道德和责任问题的不同人工智能技术方案。·

开发符合人类伦理、道德和责任观念的人工智能技术应用方案。·

判断人工智能技术模仿人类智能时对人类伦理、道德和责任产生的影响。

人工智能技术与工程素养要达成的教学目标人工智能技术与人类A.人工智能技术与人类的关系B.伦理、道德与责任·

呈现人工智能技术模仿人类智能的解决方案。·

替代人工智能技术模仿人类智能的解决方案。·

显示人工智能模仿人类智能时遇到的正面和负面的后果而使用的技术和资源。·

撰写人工智能模仿人类智能的演示文稿。·

生成人工智能技术模仿人类智能的时间表。·

代表团队分配人工智能技术模仿人类智能的任务。

·

交换人工智能技术模仿人类智能的资源和信息，交换对象为同学和教师·

呈现人工智能技术解决人类伦理、道德和责任问