高中人工智能校本课程的教学路径

【摘要】人工智能迭代发展，其技术逐渐趋于成熟，并在各个行业领域产生深远影响。高中信息技术教师可以通过设计人工智能主题的校本课程，开辟针对人工智能技术的教学路径，培养学生的人工智能应用能力。【关键词】高中信息技术；人工智能；校本课程人工智能是当前信息科技领域的一项前沿技术，它的核心概念与目标在于为计算机系统提供大量数据，赋予计算机系统理解语言、自主推理、全局规划等功能，使其能够独立执行通常需要人类智力的任务。高中信息技术课程与人工智能的属性特点契合度高，教师可以将信息技术课程的教学模式作为蓝本，开发人工智能校本课程，引导学生学习人工智能技术，拓展学生在该技术领域的研学深度与思维广度，从而促进他们的终身发展。一、人工智能的功能特点（一）高度智能化智能化特征能够使人工智能系统执行复杂的推理和规划任务，甚至具备一定程度的情绪感知和语言理解功能。这不仅能够增强人工智能系统的自主性和独立性，使其能够处理各种现实世界中的挑战和问题，还能够增强人工智能系统的合理性与实用性，使其能够模拟人的思考过程和处理方法来解决真实问题。（二）强大的学习功能人工智能系统具有强大的学习功能。人工智能系统通过分析和处理大量数据，不断优化算法，从数据中挖掘规律和模式，进而提高性能，为用户提供更好的个性化服务和问题解决方案，或实现在无技术人员干预的前提下，高效处理复杂疑难。（三）优秀的自适应性人工智能系统能够根据环境和需求的变化进行相应调整和反馈，从而适应新的条件和要求，灵活应对不同情境下的任务和问题。因此，人工智能系统在各个领域和行业中具有广泛的应用前景，能够为人类创造更多的价值和便利［1］。二、人工智能校本课程的重要价值（一）拓宽认知视野，明确发展方向人工智能校本课程不仅能够让学生掌握技术知识，还能够帮助学生突破学科边界，拓宽学生的信息科技认知视野，引领他们了解人工智能系统在日常生活和各行各业中的实际应用与发展前景，为他们自主规划未来的发展方向提供参考。在校本课程中，教师以信息技术课程的内容为基础，引导学生分析实际案例、参与项目实践，让学生从医疗保健、交通运输、金融服务等行业领域中了解人工智能技术的应用场景与运作方式，帮助学生明确个人职业发展方向，为他们的个人成长和职业发展打下坚实基础。（二）培养学科素养与专业技能人工智能校本课程作为信息技术学科的拓展课程，其首要目标是培养学生的信息技术学科素养，同时帮O3In6F3Ncv26FlXPfZ03Gyt3QpbQcnKXoaIuJLUCTko=助他们逐步掌握人工智能专业技能。信息技术学科教师可以通过合理的校本课程设计，让学生在情境的驱动下，有效掌握数据分析、算法编程和数据结构等信息技术核心概念与相应技能，探讨引入人工智能的发展趋势和技术伦理问题，思考人工智能技术的应用和影响，从而增强学生的道德判断力和社会责任感，培育其学科素养，使他们成为未来能够胜任人工智能领域工作的优秀人才［2］。三、高中人工智能校本课程的实施策略（一）情境创设，激发兴趣人工智能渗透在日常生活和各行各业中，不同情境下所适用的人工智能算法有所区别。对此，在人工智能校本课程的教学过程中，教师应创设生动的人工智能应用情境，引领学生亲身体验该技术的实际应用，深入了解人工智能的算法优势与应用潜力，进而激发学生的探索兴趣，推进课程教学的有序实施。以教科版高中信息技术必修4第5单元第1课时“智能系统的应用体验”的教学为例。教师可以通过创设“智能家具研发”情境来开展相关教学。具体而言，教师可以让学生扮演家具公司的产品研发人员，引导他们利用人工智能技术，研发新型智能家具。教师可以先将学生分成若干个小组，每一个小组被视为一家公司，学生在教师的引导下利用与人工智能的相关知识设计智能家具。例如，在A小组进行家具设计前，教师可以建议他们利用人工智能进行市场调研和数据分析。由此，A小组设计一份调查问卷，问卷主要调查填写者的基本信息以及填写者对各项家务的厌倦程度。A小组成员在各个平台上发布问卷、推广宣传。这样的调查方式能够在获取隐性客户的基础上，为智能数据分析提供充足的数据源，同时快速确定产品的目标人群，明确客户的需求。在进行智能数据分析后，A小组总结：问卷填写者主要是20～30岁的白领人群，他们普遍认为扫地和洗衣服是让人厌倦的家务。随后，A小组根据人工智能所提供的综合数据进行分析，开始设计扫地机器人和自动晾晒洗衣机。在此过程中，学生能够尝试应用人工智能，体会人工智能的巨大优势，从而激发学习兴趣，主动探索这项技术的发展方向与应用领域。在产品的设计环节，教师可以为学生提供技术方面的帮助和指导，不主动干预学生的设计想法，激发他们的创新思维，逐步引导他们形成自己的设计理念。同时，教师应围绕人工智能的适用性进行分析讲解。例如，学生将人工智能扫地机器人设计为可以远程启动、自动识别地面污渍灰尘、自动规避障碍物和自主清洁的清洗机器人。对此，教师应肯定学生的设计想法，向学生讲解人工智能如何接收来自网络的通信信息、来自电容传感器的污垢检测信息和来自视觉摄像头的障碍物信息，并对这一系列信息进行即时反馈，以顺利完成启动、移动、清扫和清洗等流程。在这样的情境下，学生自主提出设计想法，对设计成果保持极高的期望，激发对人工智能技术应用的探索兴趣，这有利于加深他们对于教学内容的理解，增强教学效果。可见，教师可以通过创设人工智能的主题情境，让学生体验人工智能技术在实际工作背景中的应用，深切领会人工智能的魅力，激发学生学习人工智能的兴趣，全面培养学生的创新思维理念。（二）项目驱动，自主探究在高中人工智能校本课程的实施策略中教师可以设置相应任务要求与项目目标，引导学生以自主探究的形式来完成人工智能的项目分析与理论实践，进一步巩固学生对人工智能的原理及应用的理解认知，有效促进学生在人工智能领域的学习与发展。以教科版高中信息技术必修4第4单元第5课时“语音识别及其应用”的教学为例。教师可以创设“智能语音助手设计与开发”的人工智能项目，让学生利用已学知识，自主设计“智能语音助手”的人工智能程序，要求他们通过实践操作与技术应用，为人工智能程序配置语音识别、自然语言处理和人机交互等功能。由此，学生可以自主决定“智能语音助手”的基础功能，并通过开源程序网站和传感器元器件应用与这些功能相关的技术和算法，进而创造独立且实用的简易人工智能。例如，学生可以通过学习校本课程来掌握语音识别、语义理解和生成自然语言回复等编程语言，同时尝试利用教师所提供的人工智能平台或智能工具来开发项目系统所需的算法功能，如Google的Dialogflow与Microsoft的Azure等语音服务工具，以及IBMWatson与AmazonLex等开源程序平台。在“智能语言助手”开发的阶段，学生发现当前的开源程序难以满足项目要求，并且人机交互和语音识别的功能还需要传感器与人工智能系统配合才得以实现。基于此，学生开始自主学习编程语言，如Python或JavaScript，装载多种功能的传感器配件，赋予“智能语音助手”多项功能。其中，有学生说道：“老师，我发现开源网站上关于查询天气的开源程序局限性较大，便利用Python来编写了一段程序。该程序配合人声识别的麦克风传感器，可以接收语音、查询当前的天气状况，并将其反馈至屏幕上。”该学生编写的程序如下：importdatetimereceived_command="查询天气"current_date=datetime.datetime.now（）.date（）weather_report="今天天气晴，气温28摄氏度，风力2级（假设）"ifreceived_command=="查询天气"：print（f"当前日期：{current_date}"）print（weather_report）通过不断调试和优化，学生在各种挑战与机遇中全面激发思维活力与创造性，逐渐完善他们的“智能语音助手”。具体而言，学生根据用户的使用体验进一步优化和完善人工智能项目的功能，增强“智能语音助手”的便利性与实用性，还通过真实的项目实践来获取更全面的专业技能和更深层次的技术理解。可见，教师可以利用以人工智能为中心的校本课程项目，通过设定任务要求与项目目标，全面激发学生的自主性与学习热情，鼓励他们在项目实践中不断探索，构想独特的设计思路，并在调整试错中积累经验，为他们未来的学习研究打下坚实基础［3］。（三）多元评价，综合考量相较于以知识点考察为主的学情评价，人工智能校本课程的教学评价则趋向多元化，这种评价模式对学生的项目展示、实践操作、讨论表达等方面进行考量，全面展现学生在信息科技方面的能力素养和人工智能方面的技能掌握情况，为校本课程的优化完善与学生未来发展的长期规划提供参考。以“语音识别及其应用”的教学为例。在学生前一个阶段设计与开发“智能语音助手”的过程中，教师应该持续跟进学生的项目进展，观察与评估学生的项目进程，了解学生在项目构思与设计方面的思考与创新，发现并纠正学生在认知与应用上的不足。例如，在开展“智能语音助手”项目的过程中，部分学生发现Google与Microsoft所提供的语音服务功能以英语作为使用语言，而中文需要经过传译才能顺利被人工智能系统接收和反馈。教师可以将语音服务功能在中文语境下的误差性作为评价考核的重点，观察、评估学生是否认识到该项问题的存在，又应通过哪些方式来增强信息传输的准确性与用户需求的贴合性。此外，多元的评价模式包括对学生参与课程学习过程中的态度和行为的评价，教师可以通过了解学生对于项目本身的态度、项目团队沟通讨论的积极性及所提出的设计构想，对他们的沟通交流能力、问题分析能力及创新思维品质进行综合分析，全面评估学生在信息技术学科的综合素养和在人工智能领域的未来发展潜力。在多元评价的框架下，教师还可以在人工智能项目基本完成后，开展项目分享讨论会，让学生邀请朋友、家长或人工智能领域的专业人士参与讨论会，鼓励学生展示自己在人工智能领域的创新成果。如此，学生不仅能够得到来自朋友与家长的认可，还能获得专业人士的评价与建议，这有利于学生增强学习信心，拓宽知识视野。可见，教师可以采用多元评价模式全面、客观地评价学生的课程学习，在关注学生课堂表现的同时，着眼于学生的综合能力品质和专业技能