【教学前沿】基于深度学习的小学人工智能教学策略探究
以下文章来源于中国现代教育装备，作者王莉莉
中国现代教育装备
装备的能量，技术的方向！《中国现代教育装备》杂志是由教育部主管、中国高等教育学会主办，面向国内外公开发行的教育科技类期刊。
【摘要】
科技发展日新月异，人工智能教育越来越受到关注。在小学人工智能教学实践中，笔者尝试实践“主题教学四步法”：主题情境，促进深度学习的兴趣动力；探究交流，促进深度学习的自主体验；创意拓展，促进深度学习的迁移应用；总结延伸，形成深度学习的知识体系，以此来促进学生的深度学习。
【关键词】
深度学习；人工智能；教学策略
研究背景
科技发展日新月异，人工智能教育越来越受到关注。2017年，国务院颁布的《新一代人工智能发展规划》中指出“应实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育”，为我国人工智能教育提供了新的发展机遇，同时也对人工智能教学提出了新的挑战。
深度学习是指学生在教师的引导下产生对所学内容的兴趣，积极主动地获取知识及技能，主动联系新旧知识，构建自己的知识体系，有效地把所学知识及技能迁移应用，解决日常生活和实际学习中出现的问题，及时总结、反思自己的学习过程和成果。
在小学人工智能教学实践中，笔者尝试以“主题教学四步法”(主题情境→探究交流→创意拓展→总结延伸)来促进学生的深度学习。本文以《智能风扇》一课为例，分享基于深度学习的小学人工智能教学策略。
人工智能教学实践探索
1.主题情境促进深度学习的兴趣动力
人工智能课程中的主题化教学，是指学生在一定的知识主题下，运用一条贴近学生生活或学生感兴趣的主线把各个任务串在一起，贯穿于整个学习过程中，通过学习搭建、编程等人工智能内容，以小组合作等方式学习、研究和建构人工智能知识和技能的教学模式。
兴趣是人工智能深度学习的基点，主题情境要能贴近学生生活，激发学生学习的积极性。陶行知先生认为生活是教育的中心。人工智能的课堂教学要能够做到以学生在真实生活中发现的问题作为主题，在课堂学习中解决问题，最后将课堂所学再运用到生活中去，学会迁移应用，促进学生解决问题能力不断提高。
以《智能风扇》为例，笔者创设了以下情境：李磊同学打完球回家太热了，把风扇开到最大尽情地吹，突然电话响起，朋友又叫他去参加一场篮球赛，他挂了电话匆忙向篮球场跑去，留下风扇不停地转着……这个生活中常见的情境调动了学生对智能风扇探究的强烈欲望，学生纷纷举手发言，畅所欲言，对智能风扇的功能和结构提出自己的想法，课堂气氛活跃。
2.探究交流促进深度学习的自主体验
深度学习最显著的特点是强调学生的主体体验，它以学生体验的方式引导学生自主尝试，小组合作解决问题，在课堂学习中帮助学生完成知识的建构。学生自主探究是人工智能深度学习的核心，是人工智能学习的重要方式，人工智能学习的每一个环节都离不开学生的主动思维、深度参与。如果说学生人工智能学习的外显活动是探究，那么内隐活动就是思考，在人工智能教学中，笔者通过问题激发学生的思维，让学生的探究活动充满趣味。
问题教学是指把教学情境主线分解为一个个具体问题，围绕教学情境主线层层深入，以学生自主尝试或小组合作解决问题，通过问题来学习人工智能相关的科学知识，在运用拼搭、编程等解决问题的过程中，积极引导学生主动思考，深度参与，发展学生解决问题能力的一种教学和学习模式。其目的是通过引导学生一步步地解决实际生活中的问题，激发学生人工智能学习的内在动机，建构拼搭、编程等人工智能的知识基础，学习如何解决复杂问题，培养解决问题的能力、自主学习能力、合作沟通能力，为学生的终身学习打下良好基础。
在教学中，笔者注重运用一个个由浅入深的分层任务，用一个个层层深入的问题，引导学生小组合作解决问题，在小组合作中，关注不同层次的学生，把问题交给全体学生，给其一定的时间共同思考，并使其分工明确，在合作中得到答案。这种合作不仅能达到解决问题的目的，还能教会学生分享，以及当他人与自己的见解不同时耐心倾听和尊重他人。
以《智能风扇》为例，在探究交流环节，笔者设置的任务和问题见图1。
▲图1探究交流环节的任务和问题
其中，红外传感器程序的编写是难点，笔者先以程序流程图来引导学生理解编程分支结构，再让学生自主尝试，小组合作编程。学生跃跃欲试，对红外传感器测距长度进行实验，运用不同的编程判断语句进行分支判断(见图2)，最终每个小组都把程序编出来了。
▲图2编程判断语句
3.创意拓展促进深度学习的迁移应用
深度学习能促进学生人工智能知识的迁移应用，把课堂上所学的人工智能知识迁移到不同情境中，将人工智能知识转为实际操作技能，并进行创意拓展。在创意拓展环节，笔者在学生已经掌握的人工智能知识技能基础上，让学生联系生活实际，发挥想象力，拓展智能设备的新传感器或新功能，引导学生把所学的旧知识应用到新的问题情境中解决问题，从而提高学生有效地迁移应用知识的能力。
以《智能风扇》为例，笔者在学生已经掌握智能风扇检测人来时转动的基本功能的基础上，结合生活实际提出问题：实际生活中，风扇一般都设有不同的档位，请为智能风扇增加声音传感器，用语音来控制风扇的速度，设计一个智能调速的程序，实现如下功能：当听到“一档”时，转速为30；当听到“二档”时，转速为60；当听到“三档”时，转速为100。
4.总结延伸形成深度学习的知识体系
学生只有对知识有了深刻的理解，才能将所学的人工智能知识联系起来，形成系统的人工智能知识体系。在总结延伸环节，笔者快速回顾本课所学人工智能知识与技能，对本节课所学进行综合梳理，将知识点串起来，应用思维导图、流程图等建构本课的人工智能知识体系，在潜移默化中培养学生善于总结和及时反省的好习惯。
在总结的基础上，再进行课后延伸，布置开放式的作业让学生继续深入钻研，将所学的人工智能知识、技能与以前所学的知识、技能联系起来，结合生活实际，构建完整的人工智能知识体系，培养学生自主学习能力，促进学生深度学习。
以《智能风扇》为例，笔者在总结延伸环节最后布置了一个开放性任务：你能否为智能风扇增加其他传感器，设计出更多的功能(如增加温度传感器，或根据室内温度高低智能调节风扇的转速)？
人工智能教学展望
人工智能教学在提升学生科学素养、信息素养等方面发挥了以点带面的作用，学生的创造力、动手能力都有了进一步提高，我校许多学生参加各类人工智能大赛都获得了优异成绩。基于深度学习的小学人工智能教学是富有成效的，当然，作为一门新的课程，笔者还需要不断地研究、尝试，未来将在以下几方面做出努力。
1.开发创客社团校本课程
根据本校现有人工智能设备和项目，编写人工智能校本课程，形成人工智能课程体系，探索人工智能新的教学模式，让更多学生参与到人工智能学习中，更好地推广人工智能教育。
2.构建动态多元的评价体系
人工智能课程的评价应更关注过程，采用多元评价方法，关注学生在创新、合作、分享等多方面的表现，鼓励学生在发现和创造中主动学习，构建多元化和动态评价体系。
3.组建高水平教师团队
加强开放和交流，争取人工智能专家的指导，增进与社会各类人工智能机构的交流，从校外聘请人工智能教育导师，购买服务，组建高水平的人工智能教师队伍参与人工智能活动和比赛，不断提高人工智能教育教学水平。
参考文献
[1]杜锶佳.促进深度学习的初中信息技术课堂教学策略研究[D].武汉:华中师范大学,2019.
[2]邬技科.基于深度学习的小学信息技术教学策略探究[J].中国教育技术装备,2017(5):82-83.
[3]姜湃.引导学生在信息技术课堂中进行深度学习[J].江苏教育,2018(73):79-80.
（来源：“中国现代教育装备”微信公众号，原文刊载于《中国现代教育装备》杂志2021年第12期，作者/王莉莉，本科，高级教师。福建省厦门市同安区第三实验小学，361100。）
中国青少年科技辅导员协会
提醒广大科技辅导员
戴口罩勤洗手少集会
不给病毒可乘之机！
原标题：《【教学前沿】基于深度学习的小学人工智能教学策略探究》
阅读原文
《走进人工智能》教学设计
《走进人工智能》教学设计
在教学工作者实际的教学活动中，通常需要准备好一份教学设计，教学设计是实现教学目标的计划性和决策性活动。怎样写教学设计才更能起到其作用呢？下面是小编收集整理的《走进人工智能》教学设计，欢迎大家借鉴与参考，希望对大家有所帮助。
教材分析：
本节课是初中九年级信息技术第八章《走进人工智能》中的内容。人工智能在生活中已经无处不在，它深刻影响着我们的生活。越来越低的计算成本、科学家梦寐以求的海量数据，推动了“机器学习”的飞速发展，特别是深度学习的广泛应用，模式识别、自动驾驶、机器翻译、智能机器人等应用无处不在。本节内容在机器人、物联网的基础之上，旨在让学生了解人工智能的起源与历史，感人工智能带给我们生活的便利，学会正确对待人工智能。
学情分析：
本课面对的教学对象是初中九年级的学生，对知识的获取已经开始由感性认识提升到理性认识，已经具有一定的研究能力，探究新知的欲望也比较强烈，在日常的学习和生活中，也或多或少的接触过人工智能技术的应用，对这项技术充满好奇。但是，他们对人工智能的了解更多的停留在日常学习和生活中的所见所闻，对人工智能的起源和概念缺乏系统的理解。
设计理念：
本节是人工智能基础知识的教学，着重采用讲授法、体验法、讨论学习等方式，为了激发学生学习的兴趣，本人改变传统的教学，教师带领进入三个馆：能量加油馆、智能体验馆、全民辩论馆，以此来走进人工智能。其中智能体验馆中通过三个体验活动：机器翻译--中英互译，人机大战之“五子棋大战”，人机对话---和siri聊天，通过这种体验的方式，让学生在一种愉快轻松的氛围中，丰富对人工智能的认知与理解，了解身边的人工智能技术。感受人工智能神奇以及带给生活的便利，初步树立为科技做贡献的理想。也通过辩论赛的方式，引导学生树立正确对待人工智能的意识，理解人与人工智能应该以怎样的.关系相处。
教学目标：
知识与技能
（1）了解人工智能的历史、概念。
（2）了解人工智能在生活中的运用。
过程与方法
教师带领进入三个馆：能量加馆、智能体验馆、全民辩论馆，以此来走进人工智能，其中智能体验馆中通过三个体验活动：机器翻译--中英互译，人机大战之“五子棋大战”，人机对话---和siri聊天，通过这种体验的方式，了解身边的人工智能技术，丰富对人工智能的认识与理解。
情感态度与价值观
（1）通过体验身边的人工智能技术，感受人工智能神奇以及带给生活的便利，初步树立为科技做贡献的理想。
（2）通过全民辩论，正确对待人工智能，理解人与人工智能应该以怎样的关系相处。
教学过程：
一：片段回忆之引入人工智能
二：能量加油馆之初识人工智能
师：为了走进人工智能，老师将带领大家走进三个馆，他们分别是能量加油馆、智能体验馆、全民辩论馆。首先我们进入能量加油馆-初识人工智能，增长自己的知识储备，为自加加油。
师：请同学们观看视频《人工智能的诞生》回答问题―――“被认为是人工智能”学科诞生的标志是哪次历史事件？
学生代表发言：略
师：人工智能已经走进我们的生活，成为我们生活必不可少的一部分，那么根据你们已经了解的知识，谈谈什么是人工智能？
学生代表发言：略
师：同学们，你们身边有哪些人工智能呢？
学生代表发言：略
师：刚刚大家分享了很多人工智能的案例，说得非常好，可见人工智能为我们的生活提供了极大的便利。
三：智能体验馆之体验人工智能
刚刚我们进入的是能量加油馆，获取一些知识给自己的能量加加油，接下来，我们一起走进第二个馆：智能体验馆，一起来体验人工智能，体验馆里面又分为三个馆，首先进入体验馆1：机器翻译-中英互译：请同学们利用你们手中的平板，打开百度翻译，并完成《智能体验馆体验记录单》馆1的内容。
学生：体验人工智能，完成记录单。
师：大家来分享一下你们的战果，思考翻译软件适合在什么情况下使用？
下面我们进入体验馆2：人机大战之五子棋大战，请同学们推荐一名选手上台，与电脑pk五子棋。其他同学观战并思考：你认为该同学输棋或赢棋的主要原因是什么？
接下来，进入馆3：人机对话---和siri聊天，请记录你们的聊天记录，并与同学们分享。
四：全民辩论馆之正确对待人工智能
师：最后我们进入小组辩论馆：人和人工智能谁更厉害？
生：进行辩论。
师：人与人工智能，究竟谁更聪明？有同学认为：人不如人工智能聪明，究其原因是之前AlphaGo击败了专业围棋手。当然也有人认为：人比人工智能聪明，抛出的理由是人工智能都是人制造出来的，理所当然是人比人工智能聪明。大家辩论很激烈，各自有各自的看法。
教师提出希冀：不管怎样，老师希望同学们热爱科学积极探索、发展、创新，让机器成为人类的得力助手和合作伙伴，用人自己创造的智慧更好地为人类服务。
师：课后留两个问题给大家思考:
1、人类与人工智能应该是一种怎样的关系？
2、我们坐着时光机来到了二十六世纪……这一天的我会怎么生活呢？
同学们，人工智能探索永无止境，期待大家将来的研究……下课！
【《走进人工智能》教学设计】相关文章：
走进意象艺术说课设计11-18
走进多媒体世界教学板书08-22
an教学设计11-23
关于让多媒体走进幼儿教学活动07-22
生物教学设计08-31
电路教学设计02-22
咕咚教学设计12-20
《种子》教学设计12-19
《检阅》教学设计12-07
数学教学设计12-06
中小学人工智能课程内容设计及实施案例分析
我国中小学人工智能教育取得飞速发展与瞩目成绩的同时，也存在以下几点主要问题。
其一，缺乏完善的课程体系，无论是国家课程还是校本课程，人工智能教育都是依托其他课程开展的，这导致了人工智能教育内容分量难以确定，目标难以明晰。横向来看，教学内容过于碎片化，学生难以构建相关知识体系；纵向来看，学段间的人工智能教育内容联系不够紧密，这既不利于学生循序渐进的知识与技能学习，也使得教师难以把握学情从而导致教学目标与教学效果之间的落差。此外，现阶段中小学人工智能教育的教材大多属于产品说明书或用户指南[4]。
二、中小学人工智能课程设计
表1中小学人工智能课程目标及内容架构
人工智能技术虽然复杂深奥，但是其应用广泛且贴近生活，知识内容间紧密联系，对学生而言并非是不可感知、无法构建的。以人工智能为依托培养学生的计算思维、智能素养也并非是难以实现的。教师如何设计人工智能课程内容以及课程间以何种方式组织就显得尤为重要。
（一）中小学人工智能课程内容设计案例
下面，以初中年级人工智能课程中的“智能灯”为例对中小学人工智能的课程内容设计做详细阐述。“智能灯”一课意在通过学生对于生活中常见情境下智能灯的设计了解其背后设计原理，能够通过模块化程序设计和python代码编写出智能灯的程序，激发学生对于人工智能在生活中应用的兴趣。“智能灯”课的具体课程内容设计如图1所示：
图1以“智能灯”为例的人工智能课程内容设计
1.问题提出，明确任务
问题提出：绿色、环保、节能、和谐是当今生活的主旋律，智能灯的出现深化了人类与灯光之间的关系。请同学们结合生活实际谈一谈你所了解的智能灯！
明确任务：明确智能灯的设计要求——内置监测外界光线强度传感器，当光敏值大于700时，灯自动打开，当光敏值小于700时，灯自动熄灭。
2.深入探究，设计展示
深入探究：请学生利用可视化工具，例如思维导图，深入理解智能灯的设计要求，分析其所需要的元器件并搭建其真实应用的简易场景。
设计展示：小组通过分工利用模块化程序语言和python语言对智能灯进行设计，调试形成小组作品，并对本组作品进行演示和分享，讨论这两种不同的计算机语言在应用时的异同之处。
3.总结反思，拓展提高
以思维导图的形式回顾智能灯设计的全过程。在实际生活中往往面临着更为复杂的情境，当外界光线昏暗，智能灯会自动给打开且不能自动关闭，这也造成了一种资源浪费。进而引发学生对智能灯更深入的思考，完善、改进作品设计，为之后的课程内容做好准备。
本案例从生活实际出发引发学生的学习兴趣，在内容设计过程中通过对可视化工具的利用帮助学生理清思维脉络，不仅重视学生对模块程序和计算机语言的学习利用，更是通过比较二者的语言风格加强学生对编程的深入理解，进而培养学生的计算思维。
（二）中小学人工智能课程组织案例
人工智能虽然是一个知识体系丰富的新兴技术领域，其内容架构设计包含人工智能基础、算法与编程、机器人与智能系统等多个模块。表面看起来是彼此独立、互不关联的内容，但实际上，无论是技术特点还是知识内容都是可联系、可互通的。忽视了课程内容间的联系、放弃将内容整合成为模块是无法将人工智能的原理与技术讲解透彻的，也无法将计算思维和智能的培养渗入课堂。因而，以综合任务为导向的模块化组织中小学人工智能课程不仅能够有效帮助学生构建人工智能知识体系，更有助于教师组织形式丰富、内容多样的系统课程，增加课堂趣味性、有效性。
以“模拟城市交通系统”为例组织相关课程内容。如图2所示，智能路灯、自动道闸、智能信号灯、环线巴士、无人加油站原本都是独立的课程内容，根据课程与生活实际的联系整合成模拟城市交通系统为主题的模块。教师利用5-10个课时实践此模块，引导学生设计完成模拟城市交通系统这个综合任务实践每课内容，帮助学生在体验人工智能的同时，创造性地应用人工智能解决实际问题。
图2“模拟城市交通系统”课程模块
三、中小学人工智能课程实施策略
（一）跨学科整合式教学
人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。它的涉及领域除了计算机科学外，更包括了生物学、心理学等。跨学科的整合能够将数学、生物、神经科学等多学科知识与人工智能知识相融合、渗透。在这个过程中，教师不仅能够利用其他学科知识帮助学生理解人工智能知识内容，更利用其他学科思维帮助学生培养计算思维的核心素养。跨学科整合式的教学是将人工智能学科与其他相关学科进行融合，以项目形式实践课程内容，利用人工智能技术创造性地解决实际生活问题。以“机器视觉”一课为例设计如下，这一课中，教师将人工智能中机器视觉的知识与神经科学相结合（如图3），以人是如何看到事物的为导入，进而类比解释机器是如何“看到”事物的。该教学设计在渗透了脑科学知识的基础上，帮助学生联系生活实际体验人工智能的应用与价值。
图3“机器视觉”与神经科学知识融合
（二）情境游戏化教学
由于中小学学生的认知水平存在局限性和差异性，以及人工智能领域知识特性，学生难以通过讲授和演示直接理解课程内容。人工智能技术的发展也为创设情境提供了条件，教师完全可以利用人工智能技术的应用反哺课堂教学，帮助学生增强学习的体验感，对人工智能技术形成直观、形象的理解。借助游戏化的角色、模式以及元素，为学生提供丰富、有趣的学习内容；通过机制、增益等策略，能够丰富学习者的经历和体验，同时提高学习者在活动中的参与率和巩固率[9]。因而，将情境的创设与游戏化学习相结合，有利于增强人工智能教学课堂的趣味性、个性化。例如东南大学举办的人工智能为主题的夏令活动中实施的“火灾演练”，要求学生扮演消防员在模拟灭火行动中完成救援。创设的火灾情境融合机器人小车巡线、FPV第一视角等教学内容。氛围营造、综合竞赛及消防员的角色扮演都极大激发了学生的课堂兴趣及参与感。该项目在实践中得到了学生与教师的一致肯定。该设计能够帮助学生将人工智能知识与生活实际相联系，建构开源硬件的知识体系。鼓励学生在游戏化式轻松的教学环境中大胆创新。从而达到培养学生核心素养与创新能力的目标。
表2“火灾演练”项目内容
面向中小学开展人工智能课程有利于学生了解现代科技发展、适应未来生活有着重要的意义。目前，我国中小学人工智能教育尚在探索发展阶段，无论是课程内容的设计还是其组织方式、或是教学策略均未成型，本研究希望借以案例的分析，促进研究者对中小学人工智能课程设计广泛、深入的思考。
参考文献
[1]国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知[EB/OL].
[2]教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知
[3][7]谢忠新,曹杨璐,李盈.中小学人工智能课程内容设计探究[J].中国电化教育,2019(4):17-22.
[4]徐多,胡卫星,赵苗苗.困境与破局:我国机器人教育的研究与发展[J].现代教育技术,2017,27(10):94-99.
[5]周邵锦,王帆.K-12人工智能教育的逻辑思考:学生智慧生成之路——兼论K-12人工智能教材[J].现代教育技
术,2019,29(4):12-18.
[6]解月光,杨鑫,付海东.高中学生信息技术学科核心素养的描述与分级[J].中国电化教育,2017(5):8-14.
[8]李德毅.AI——人类社会发展的加速器[J].智能系统学报,2017,(5):583-589.
[9]祝智庭,魏非.教育信息化2.0:智能教育启程,智慧教育领航[J].电化教育研究,2018,39(9):5-16.
东南大学百研工坊：21世纪是我国创新型人才培养的关键期。东南大学百研工坊（儿童发展与教育研究所）结合信息技术、生物医学工程、脑科学技术，进行青少年科学素养的国际比较研究和学生核心概念掌握水平的评测系统的研究与开发，我们的目标是：（1）面向中小学学生综合能力发展的steam研究；（2）通过实证教育研究，探究科学素养的本质及有效的培养途径；（3）将科学素养的传统评测方法与现代信息技术相结合，探究基于ECD模型的学生科学素养评测方法研究；（4）运用ERP、EEG和眼动等脑科学技术，开展对学生核心概念熟练掌握程度的评测研究。
责编：罗培
推荐关注：韦钰院士公众号
可鑫的科学漫步
介绍有关神经教育学、神经信息工程和科学教育的相关信息
推荐书籍
滑动查看更多>>>返回搜狐，查看更多
中小学人工智能教育：学什么，怎么教
*来源：中国电化教育（ID：iChinaET），作者：方圆媛、黄旭光
一、问题的提出(一)中小学阶段开设人工智能教育的国家政策要求
自上世纪50年代中期人工智能(ArtificialIntelligence，以下简称AI)概念正式提出以来，经过60多年的发展和积淀，伴随着互联网、大数据、云计算和新型传感等技术的发展，人工智能正引发可产生链式反应的科学突破，催生一批颠覆性技术[1]，对人类社会生产与生活的各个方面产生着深刻的影响。
2017年7月，中共中央、国务院印发《新一代人工智能发展规划》(以下简称“规划”)。作为抢抓人工智能发展重大战略机遇，构筑我国人工智能发展先发优势的重要战略部署，规划提出了到2030年我国新一代人工智能发展的指导思想、战略目标、重点任务和保障措施。在保障措施有关要求中，规划指出“支持开展形式多样的人工智能科普活动”“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程”[2]。2018年4月，教育部印发《教育信息化2.0行动计划》，在“信息素养全面提升行动”中要求“加强学生信息素养培育……完善课程方案和课程标准，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”[3]。
其实在以上两个文件颁布之前，教育部于2003年4月颁布的《普通高中技术课程标准(实验)》中已首次在信息技术课程中设立“人工智能初步”选修模块[4]。在规划发布后，2018年1月出版的《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》中，则更进一步地将人工智能的内容更充分地融入到信息技术课程中。最新的高中信息技术标准设计了“人工智能初步”(包含人工智能基础、简单智能系统开发、AI技术的发展与应用三部分内容)[5]作为高中课程方案选择性必修模块，明确制定了课程内容和学业标准，并对教学策略提出建议。
(二)中小学校开展人工智能教育的实践探索
与形势发展和政策要求相呼应，国内一些城市已有一批教师和专业人员开始了在中小学引入人工智能教育教学的实践探索。根据推动力量的不同，这些实践探索大致可以分为两类，一类是中小学内部，由学校和教师发展起来的实践。这一类实践又可细分为两种。一种是在STEM或创客课程中引入人工智能的内容。比如：北京第二外国语学院附属中学将人工智能的元素和技术引入学校传统的机器人课程以及机器人社团活动中，在机器人设计、编程开发等过程中渗透人工智能知识的学习与动手实践[6]；此外，北京景山学校和温州中学也有教师在教学中尝试寻找编程、机器人等人工智能技术在科学课程与综合课程中的定位，试图挖掘人工智能技术带给综合课程更大的创造空间[7]。另一种是开设专门的人工智能课程。中国人民大学附属中学开发了人工智能校本课程体系，从面向全体的常规课普及教育，到部分选修的跨学科实践应用，再到少数的前沿探究，形成人工智能纵向金字塔分层课程体系[8]。此外，人大附中还开设了全国中等教育领域首个人工智能实验班，为实验班研发了“人工智能与关于心智的生物学”等研修课程[9]。北京市海淀区翠微小学、北京市十一学校[10]、华南师范大学附属中学等也开设了人工智能内容的相关课程。
另一类是中小学外部力量如高校、事业单位、科研院所等推动发展的实践。比如：北京师范大学课程与教学研究院与有关单位合作，通过组建项目团队，研发测评系统及AI教学技术平台，并在全国几十所中小学校开展教学实践探索[11]。中央电化教育馆组织力量研发了中学(包括初中和高中)人工智能课程与配套数字资源，并在全国17个省(市、自治区)组织了22所实验校开展课程教学的实验。
(三)中小学开展人工智能教育的讨论和疑问
我国尚未出台人工智能课程的国家标准，现有的信息技术国家课程标准仅涉及了人工智能的部分内容。同时，各地师资水平、软硬件环境条件差别较大，随着实践的开展，围绕中小学开展人工智能教育的讨论和疑问也越来越多，主要包括以下几个方面：第一，在教育目标上，小学、初中和高中学段人工智能教育目标的应然状态是什么，是否要在小学阶段引入人工智能的内容或开设专门的课程？有人指出，从全国范围看，“中小学对人工智能课程价值的认识有待提高”[12]。第二，在学习内容上，人工智能不仅有着非常专业的理论知识，还涉及数学、生物、控制论、信息学等多个学科领域，并划分为计算机视觉、自然语言处理、数据挖掘等子领域。如何从复杂的知识体系中抽取适合学生学习的内容，并依据课程目标设计不同层次的学习内容？有研究者指出，目前存在“把人工智能课程窄化为编程语言课程”的现象[13]；还有人指出，中小学的人工智能教育多为编程教育和机器人教育，编程教育“多停留在指导学生利用程序设计语言完成具体的编程题目。机器人教育，多停留在简单的实体安装层次”，“教材大多属于产品说明书或用户指南类，缺少对学生思维能力培养的科学引导”[14]。第三，在课程设置的方式上，大部分人都提到了开设专门的人工智能课程，也有人通过分析国家课程标准后提出，小学阶段的人工智能技术教学内容可以安排在小学科学课程中，初中阶段的人工智能课程可以在综合实践活动(占初中课时总数的16%—20%)课程中做出适当安排，高中阶段可安排在信息技术和通用技术课程中[15]。第四，在有关资源上，很多人都提到了缺乏专业师资和软硬件资源。在师资方面，有人指出，“我国中小学人工智能相关内容的教学工作以信息技术教师承担为主……很多老师的知识理论储备和计算机操作技能距离专业水平还有一定的差距，专业的人工智能教师比较匮乏”[16]；也有人认为，“缺乏具有知识结构和专业素养的教师来执教……没有接受过专业的培训，难以掌握课程重难点、教学目标不明确，教学经验缺乏”[17]。在教学资源方面，有人提出，“除部分发达地区之外，多数地区还没有与教学相适配的实验室”[18]；有人认为“很多中小学教师拿到教材后，由于没有好的经验和做法作为参照，课堂实施存在困难”[19]；还有人指出，“人工智能课程不宜采用传统的‘讲授’式教学，更适合应用情境化、基于问题、基于案例的教学模式……有较好价值的中学人工智能教育案例研究的成果很有限”[20]。
尽管我国各地教育水平不一，在中小学阶段开设人工智能相关课程困难重重，但部分地区已经开始了中小学人工智能教育教学的探索。由于各地、各学校相关的软硬件条件存在差异，课程实施的类型不同，造成质量参差不齐，在课程目标和内容的制定，课程实施策略的使用和课程资源的选择和使用等方面还处于摸索阶段，亟需有价值的借鉴和参考。
二、美国K-12人工智能教育行动解读(一)背景、任务与进展
在美国国家科学基金会的资助下，2018年5月，美国人工智能促进协会(TheAssociationfortheAdvancementofArtificialIntelligence，AAAI①)联合美国计算机科学教师协会(ComputerScienceTeachersAssociation，CSTA②)和卡耐基梅隆大学计算机科学学院组成了联合工作组，启动了美国K-12人工智能教育行动(AIforK-12Initiative，以下简称AI4K12)[21]。该行动有三项任务。第一是为在K-12阶段开展人工智能内容的教学制定国家指南。第二是为K-12教师开发一套精心策划的人工智能资源目录。第三是推动形成K-12AI资源的开发社区。卡耐基梅隆大学教授，美国人工智能领域著名研究者大卫·图雷斯基(DavidTouretzky)任工作组组长。2019年7月，AAAI在费城发布了K-12人工智能教学指南(K-12GuidelinesforArtificialIntelligence，以下简称指南)，设计了基础教育从小学到高中开展人工智能教学的目标与内容。同时发布了AI教学资源目录(AIResourceDirectory)，目录中提供了包括知识点讲解视频、示范软件和教学活动等类型的资源，以为教师开展教学提供支持。由于这是第一次系统地研究如何在中小学引入AI教学，工作组主要在原有的K-12国家计算机科学课程标准的基础上开展“指南”研制工作，并进行了细致充分的论证。
(二)指南内容概览
在美国，各州K-12阶段开设人工智能课程的情况不尽相同。有的州将人工智能作为计算机科学课程的一个部分，有的州开设了单独的人工智能课程作为选修课。作为对美国中小学开展人工智能内容教学的专业指导，“指南”在阐述中小学阶段学习人工智能意义的基础上，设计规划了中小学生需要掌握的人工智能知识以及各学段不同层次的学习目标。
1.中小学阶段学习人工智能的意义
AAAI认为，人工智能在当今人类社会已经扮演了非常卓越而显著的角色。对于孩子们而言，他们生活的世界里随处可见人工智能的产品，尽管他们或许没有直接使用过，但是目睹了父母或家人使用，有一定的直观经验。不难想象，随着技术的进一步发展，人工智能在未来世界将会获得更进一步的发展，而作为未来世界的主人，现在的下一代有必要对人工智能知识获得基本的认识以更好地适应未来的生活。这种必要性体现在两个方面：其一，人工智能基础知识的学习有助于提升孩子们的信息素养。作为未来的公民，当他们面临人工智能技术应用的公共决策和伦理问题时，提升的信息素养有助于他们做出理性的决策。同时，由于人工智能正在取代简单重复的底层工作，让孩子们较早地意识到这一点有助于他们更好地适应未来的就业环境。其二，通过人工智能课程的学习，培养孩子对人工智能领域、对STEM的兴趣，同时在知识和技能层面奠定一定的基础，为他们未来走上专业的职业道路做好铺垫。
2.学习内容与目标
这部分内容主要围绕学生应该知道什么和做什么展开。美国最新版K-12计算机科学课程国家标准11—12年级的课程要求中已经包含了人工智能的有关内容，分别是“能描述人工智能如何驱动各种软件和物理系统，如：数字广告投放、自动驾驶汽车和信用卡欺诈检测(3B-AP-08)”和“能使用一种人工智能的算法与人类对手一起玩游戏或解决问题。这里的游戏不需要太复杂，简单的猜谜游戏、井字棋或简单的机器人指令足矣(3B-AP-09)”[22]。在这次的“指南”中对人工智能学习内容做了更系统的规划，并根据学段设计了不同层次的课程目标。
总体来说，“指南”将K-12阶段所需学习的人工智能知识分成了5个主题(FiveBigIdeasinAI)，他们分别是：感知、表示和推理、机器学习、人机交互、社会影响[23]。研制小组认为，这5个主题从性质上足以覆盖人工智能的各领域，但从数量上又是教师可以控制的。尽管5个主题的提法未必完全符合AI实践者审视AI的方式，但对于满足K-12学生的需求是合适的。因此，课程内容和目标以这5个主题为基本框架，并在此基础上设计了各主题中的主要概念和分级学习目标。
(1)感知(Perception)
计算机使用传感器来感知世界。感知是从传感器信号中提取意义的过程。AI领域迄今为止最重要的成就之一就是使计算机能够足够好地去“看”和“听”，以投入实际应用。该主题下的具体应用包括：人脸识别、语音识别、场景理解等。
a.主要概念。这一主题的主要概念包括：人类的感觉和机器传感器；从感觉到知觉；感知的类型：视觉、语音识别等；感知如何工作：算法；计算机感知的局限；智能与非智能机器。
b.分级学习目标如表1所示。
(2)表示与推理(RepresentationandReasoning)
智能代理(IntelligentAgent)(能够)通过特定的逻辑和模型表示现实世界，并用他们进行推理。表示是自然智能和人工智能的基本问题之一。计算机使用数据结构来构建表示，这些表示辅助推理算法。该主题下的具体应用包括：自动驾驶汽车的路线规划、网络搜索、智能下棋的最佳路线推理等。
a.主要概念。这一主题的主要概念包括：表示的类型；推理算法的类型；支持推理的表示：算法操纵表示；算法系统及其功能；一般推理算法的局限。
b.分级学习目标如表2所示。
(3)机器学习(MachineLearning)
计算机通过数据学习，机器学习是一种在数据中找到规律的统计推断。近年来，由于一些学习算法创造了新的表示，AI的许多领域都取得了显著进步。这种方法的成功需要大量的数据。这些“训练数据”通常必须由人们提供，但有时也可以由机器自身获取。该主题下的具体应用包括：训练手机识别人脸；训练语音识别系统；训练机器翻译系统；图片搜索等。
a.主要概念。这一主题的主要概念包括：机器学习；机器学习的方法；学习算法的类型；神经网络基本原理；神经网络架构的类型；训练数据对学习的影响；机器学习的局限。
b.分级学习目标如表3所示。
(4)人机交互(NaturalInteraction)
智能代理需要多种知识才能与人类自然交互。为了与人类自然地交互，智能代理必须能够用人类语言交谈，识别面部表情和情感，并利用文化和社会习俗的知识来推断所观察到的人类行为的意图。具体应用包括：智能代理(如Alexa、Siri)，聊天机器人，提供适应性教育的智能导师系统，动作和面部表情识别等。
a.主要概念。这一主题的主要概念包括：自然语言理解；情感计算；常识推理；意识与心灵哲学；自然交互应用；人机交互；AI在自然交互方面的局限。
b.分级学习目标如表4所示。
(5)社会影响(SocietalImpact)
AI的应用对社会既有正面影响也有负面影响。由于人工智能技术正在改变我们工作、出行、沟通和相互照顾的方式，我们必须注意其所能带来的危害。例如，若用于训练人工智能系统的数据存在偏见，可能会导致部分人受到的服务质量低于其他人。因此有必要讨论AI对我们社会的影响，并根据相关系统在道德层面的设计以及应用来制定标准。
a.主要概念。这一主题的主要概念包括：AI系统正在改变商务、政务、医疗和教育；从经济层面讲，AI使得新的服务变得可能，使得商务更有效率；在开发AI系统时，人类不仅要做出技术层面的决策，也要做出道德层面的决策；AI技术通过多种不同的方式影响社区和人们；人工智能和系统需要道德标准来为人们做出决策；AI和机器人会改变人们工作的方式，创造一些工作，淘汰一些工作。
b.分级学习目标如表5所示。
3.教学活动建议
如何针对以上学习内容和学习目标开展教学，“指南”推荐了四种类型的学习活动：第一种是实验类活动，教师可以组织学生使用各种类型的AI软硬件资源，通过实验，一方面体验AI的功能，对AI形成直观认识；另一方面在实验中探索AI的基本原理。第二类活动是手工模拟AI算法的活动(或不插电活动)，学生无需使用任何计算机设备，用纸和笔，通过绘图、计算来模拟AI的基本算法，理解AI解决问题的逻辑思路和技术路线。第三类活动是设计类活动，教师为学生提供支架，引导和鼓励他们使用AI开源软件或服务来开发自己的AI应用，在设计和应用中学习。第四类是案例分析类活动，教师提供与AI相关的多个社会问题的案例，引导学生从多个角度来探索其中的伦理道德问题并寻求改进的途径。
(三)K-12人工智能教学资源目录简介
为了对AI教学提供支持，AI4K12开发了一套资源目录，并在网站(https://github.com/touretzkyds/ai4k12/wiki/Resource-Directory)上公布了这套目录。目录汇集了各类AI科普资源，根据不同类型资源的教育特点进行了系统的梳理和分类，并作了统一标注。从媒体类型上，AI4K12划分了专业著作和报告、竞赛、课程材料、演示软件(Demos)、教师职业发展在线课程、K-12学生在线课程、软件包和视频七类资源。在此基础上，依据中小学AI学习特点，AI4K12进一步按照资源的教学功能进行了分类，具体如表6所示[24]。可以看到，这里的资源不仅包括软硬件资源，还包括教学活动。对资源教学功能的分析提示了何时以及如何使用这些资源，进而为教师教学策略的设计提供了支持。
三、美国AI4K12行动成果特色小结美国AI4K12行动是富有成效的。从短期看，它制定了K-12人工智能教学指南，开发了教学资源目录，对学习内容和学习目标给出了科学、专业的设计，对教学活动策略提出了具体可行的建议，对教学资源进行了系统的汇聚、梳理和分类。从长远看，行动联通了AI研究、实践和教学三个行业，促进了美国国内K-12人工智能教育专业团体的形成，为未来的发展奠定了基础。
(一)“指南”学习内容覆盖AI原理的基本方面，关注对AI技术的反思，学习目标按学段分级
在中小学开展AI教育，核心的问题就是学生学什么，达到什么水平？美国K-12AI教学指南以5个知识主题(感知、表示和推理、机器学习、人机交互、社会影响)作为框架，并在其基础上设计了从幼儿园到高中三年级的分学段目标。一方面，5个知识主题不仅涵盖了AI研究与应用的基本领域，同时还包括了AI的社会影响。这体现了不仅要求学生体验和学习AI的基本知识和技能，也要求他们能客观、全面、深刻地对这项技术进行审视和反思的目的。另一方面，所有学段均涉及5个知识主题，各学段目标的差异只在目标的层次上，而不在知识主题上，整体的学习是螺旋上升的过程。比如，“表示与推理”是一个逻辑性很强的主题，幼儿园—2年级学段的孩子和高中生都可以学习。只不过前者只需要达到较低的学习层次比如获得对有关原理体验和感性认识，如“使用决策树进行决策”；而后者则需要达到较高的学习层次如掌握底层的算法和原理，例如“描述不同类型搜索算法的差异”。
(二)“指南”教学策略与活动建议具体清晰，可操作性强，遵循学习规律
如何引导学生学习AI知识？AI4K12给出了具体清晰的建议，不仅提出了支持策略，还推荐了“实验”“手工模拟”“设计开发”“案例分析”四种类型的教学活动。这四类活动分别对应AI学习的几种学习目标：体验AI功能与理解AI基本原理，理解AI算法的原理，设计简单的AI应用与辩证地认识AI对社会的各方面影响。这些目标在5个知识主题中都有体现。教师可以根据5个主题下分级目标的类型，选择对应类型的活动进行设计和开展。值得注意的是，四类活动也分别对应AI学习从感性到理性，从理解到应用的各个阶段，遵循基本的学习规律。具体来说，除第四类活动是综合性活动，需要建立在对AI及其应用充分把握的基础上之外，第一类到第三类活动分别对应学生学习AI从感性认识(认识AI的功能)到理性认识(理解AI的基本原理)，从知识理解(理解AI基本算法)到知识应用(使用AI算法模块开发应用)的学习阶段，学生的认识水平在逐步上升。
(三)K-12AI教学资源目录充分挖掘现有AI资源，分析梳理其教育价值
国内很多人担心，在中小学开展AI教育缺乏专业的师资。这个问题在美国也存在。且不说人工智能科班出身的专业人员是否会到中小学任教，抑或在师范院校增设人工智能的专业是否可行，还是在信息技术专业教师的培养中增加人工智能的课程是否更合理，通过这些方式提升师资专业能力需要一定的周期和较多的资金投入。AI4K12系统地梳理与充分地挖掘现有高质量AI科普资源的教育价值，快速而高效地为教师和学生提供了全面而丰富的学习资源与活动支持资源，不仅制作了教学资源目录，给出实例与资源链接，同时标注适用主题、年段、应用功能等，既可以用于教师自学，也可以用于教师组织学生开展学习活动。目录中的资源或是高校AI科研院所(代表研究者)开发，或是谷歌等知名高新技术企业(代表实践者)开发，资源的设计与制作都是专业而规范的。不仅有助于教师快速成长，学生也能获得专业、规范的指导，在一定程度上确保了教学的质量。
需要指出的是，目录中的资源大多是以AI科普为目的而开发的，其面向的对象广泛，并不专门为K-12的AI教育，在系统性和针对性上比较欠缺。可以说，现有资源还远远不能满足中小学AI教育的需要。AI4K12也指出了几种目前缺少的资源，并呼吁领域内的专业人士更多地关注并开发。
四、思考与启示AI4K12是在美国基础教育领域开展人工智能教学的第一个专业行动。它研制了教学指南，开发了资源目录，促成了K-12人工智能教育专业社区的形成。虽然中美两国的教育体制和文化存在差异，但AI4K12行动中有关教学内容和分级学习目标的设计，有关教学资源的梳理和资源目录的开发，有关教学活动和策略的建议对我国中小学开展人工智能教育有着很好的启示与借鉴。
其一是进一步完善中小学信息技术课程标准中有关人工智能部分的标准，在现有基础上扩展修习学段，丰富课程内容，深化课程层次。目前，我国信息技术课程的国家标准中主要是在高中阶段对人工智能知识的学习提出了要求，内容主要涉及人工智能的基本特征、核心算法、特定领域人工智能应用系统的开发以及对人工智能及其应用的反思几个方面。与美国的标准相比，内容和目标的系统性还有待进一步提升。今天的孩子成长在一个由人工智能技术驱动的世界里，绝大部分孩子已经接触了各种形式的AI技术和产品，从低年段就可以开始对孩子进行AI教育，重要的是思考如何帮助他们理解AI技术是如何工作的[25]。
从课程目标看，中小学阶段组织学生学习人工智能，不是学习使用AI产品，也不是学习AI编程技术，重要的是学习AI认识世界、理解世界和解决问题的方式和方法，帮助学生形成一定的技术思维，同时又能辩证地审视AI技术，为未来在智能环境里工作和生活，或者为走上AI研究与实践的专业道路打下基础。可以借鉴AI4K12的内容框架，在系统考量AI研究与应用基本原理的基础上形成一个系统的主题框架，并在该框架下根据不同年龄学生认知能力与特点设计具体的学习目标。可为中低年段设置更多体验类的目标，引导他们体验AI的功能，感受其解决问题的思路和方法；针对高学段学生，更多设置理解AI功能底层的原理和算法，以及系统开发的目标。在课程内容上，可根据课程目标的要求，特别是不同年龄段目标的设定，选择相应的知识内容。
其二是进一步加强AI教学策略的研究和实践。作为计算机学科的一个分支，AI知识专业、复杂而深奥，不仅需要跨学科的知识，也需要较强的抽象逻辑思维。针对抽象逻辑思维并不发达，甚至还处于前运算和具体运算阶段的学生，如何引导他们学习AI知识？国内有学者提出“应用情境化、基于问题、基于案例的教学模式”[26]，也有人提出“基于项目学习的方式”[27]“应用任务驱动式、基于问题或融入游戏化机制的探究式教学”[28]。那么，AI教学策略可以有哪些？如何针对不同的教学目标设计相应的活动？
现有高中阶段信息技术课标有关人工智能部分的“教学提示”中比较笼统地给出了“案例分析”“项目学习”“小组合作”等教学策略和教学组织形式的建议，操作性有待进一步完善。同时现有研究较少，可供参考的理论或实践成果并不完善。可以借鉴AI4K12有关教学活动的建议，将教学活动和策略的选择充分建立在AI教学目标和AI知识内容特点的基础上。例如：感知AI特点，及其技术和产品功能的目标，适合开展实验类活动，通过实验操作AI软硬件资源，形成有关AI技术的直观认识；探究AI产品原理和算法原理的目标，更适合开展实验和模拟算法的活动，模拟算法的活动可以不依赖软硬件资源，通过简单的纸和笔就能探索AI解决问题的逻辑；应用AI原理和算法解决问题的目标，更适合开展设计类活动，在该活动中教师需要提供丰富的学习支架引导学生一步步达成问题的解决；辩证看待AI技术的影响的目标，适合开展案例分析的活动，通过实际例子引导学生多角度探索其中的伦理道德问题。依托以上由目标、知识内容与活动类型组成的设计框架，进一步设计和开发不同类型的活动流程与策略，并通过教育教学研究和实践进行检验和完善。
其三是进一步加强AI教学资源的挖掘和建设。在当前专业师资比较缺乏、地区差异较大的情况下，AI教学资源的建设显得尤其重要。各地可根据实际情况开展AI教育资源的建设。AI资源建设有两种方式。第一种是在基础较弱、师资缺乏的地方，可充分利用现有高质量的AI科普资源、开源软硬件等，先行开展一些以AI核心技术(如机器学习、自然语言处理等)作为教学对象的学习活动，在教学中不断检验和完善这些资源，并将其作为下一步课程开发的基础。第二种是在资源充足、软硬件条件成熟的地方，可组织有关力量开发专门针对中小学AI教育的教学资源，除了常规的教师用多媒体教学资源，还需要特别重视实验资源的开发，为学生提供富媒体资源的探究环境。各地、各校可根据具体情况在中学阶段开设AI选修课，或在科学课、综合实践课中安排AI的学习专题，使用并优化这些资源。
人工智能本身就是一个跨专业的综合领域，人工智能的教学自然也涉及多个学科。为了确保AI教学资源的科学性和规范性，需要加强人工智能领域内跨行业的合作。AI4K12行动充分体现了美国AI领域从高校研究者、知名企业实践者到教师的合作。不同行业的不同视角确保了AI中小学教育的专业性、规范性和适切性。此外，AI引入基础教育还处于初步发展阶段，特别需要高校、科研院所研究者、企业实践者和一线教师的共同努力，将AI理论知识、研究动态、实践应用与前沿发展以科学、专业、规范的方式进行组合，确保教学的质量。此外，研究者和实践者也可以作为外部的人力资源，为学生提供与AI科学家进行对话和学习的机会，提升学习兴趣，开阔视野。
参考文献：[1]吴飞,阳春华等.人工智能的回顾与展望[J].中国科学基金,2018,(3):243-250.[2]国务院.国务院关于印发新一代人工智能发展规划的通知(国发[2017]35号)[EB/OL].http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-07/20/content_5211996.htm,2019-12-09.[3]中华人民共和国教育部.教育部关于印发《教育信息化2.0行动计划》的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/srcsite/A16/s3342/201804/t20180425_334188.html,2019-12-09.[4]教育部.教育部关于印发《普通高中课程方案(实验)》和语文等十五个学科课程标准(实验)的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/200303/t20030331_167349.html,2019-12-09.[5]教育部.教育部关于印发《普通高中课程方案和语文等学科课程标准(2017年版)》的通知[EB/OL].http://www.moe.gov.cn/srcsite/A26/s8001/201801/t20180115_324647.html,2019-12-09.[6]李建,孟延豹.充分利用多种教学APP，开展人工智能课程——教学、社团、比赛相结合[J].中国信息技术教育,2018,(8):69-70.[7][16][18][28]陈凯泉,何瑶等.人工智能视域下的信息素养内涵转型及AI教育目标定位——兼论基础教育阶段AI课程与教学实施路径[J].远程教育杂志,2018,(1):61-71.[8]武迪,张思等.横向跨学科纵向分层次人工智能课程的设计与实施[J].中小学信息技术教育,2019,(6):21-23.[9][19]袁中果,梁霄等.中小学人工智能课程实施关键问题分析——以人大附中人工智能课程实践为例[J].中小学数字化教学,2019,(7):19-22.[10]马涛,赵峰等.海淀区中小学人工智能教育发展之路[J].中国电化教育,2019,(5):128-132.[11][13]王本陆,千京龙等.简论中小学人工智能课程的建构[J].教育研究与实验,2018,(4):37-43.[12]刘尚琴.国内中小学人工智能课程现状、问题及推进策略分析[J].中小学电教,2015,(5):37-40.[14]谢忠新,曹杨璐等.中小学人工智能课程内容设计探究[J].中国电化教育,2019,(4):17-22.[15]艾伦.中小学人工智能课程定位分析[J].中国现代教育装备,2017,(10):1-5.[17][27]韩克.高中信息技术课程中的人工智能教学[J].中国校外教育(中旬刊),2019,(10):165-168.[20]张学军,董晓辉.高中人工智能课程项目案例资源设计与开发[J].电化教育研究,2019,(8):87-95.[21]AAAI.AAAILaunches“AIforK-12”InitiativeincollaborationwiththeComputerScienceTeachersAssociation(CSTA)andAI4All[EB/OL].https://aaai.org/Pressroom/Releases/release-18-0515.pdf,2020-01-05.[22]CSTA.K-12ComputerScienceStantards,Revised2017[EB/OL].https://www.csteachers.org/page/standards,2020-01-05.[23]DavidS.Touretzky,ChristinaGardner-McCune,etal.K-12GuidelinesforArtificialIntelligence:WhatStudentsShouldKnow[EB/OL].https://ae-uploads.uoregon.edu/ISTE/ISTE2019/PROGRAM_SESSION_MODEL/HANDOUTS/112142285/ISTE2019Presentation_final.pdf,2020-07-15.[24][25]DavidS.Touretzky,ChristinaGardner-McCune,etal.EnvisioningAIforK-12:WhatShouldEveryChildKnowaboutAI?[EB/OL].https://aaai.org/ojs/index.php/AAAI/article/view/5053,2020-07-15.[26]马超,张义兵等.高中《人工智能初步》教学的三种常用模式[J].现代教育技术,2008,(8):51-53.作者简介:
方圆媛：副研究员，在读博士，研究方向为教学设计与绩效基数、基础教育信息化(fangyy@moe.edu.cn)。
黄旭光：副研究员，研究方向为基础教育信息化、基础教育数字资源的设计与开发(huangxg@moe.edu.cn)。
本文转载自微信公众号“中国电化教育”，作者方圆媛、黄旭光。文章为作者独立观点，不代表芥末堆立场，转载请联系原作者。
人工智能1、本文是芥末堆网转载文章，原文：中国电化教育；2、芥末堆不接受通过公关费、车马费等任何形式发布失实文章，只呈现有价值的内容给读者；3、如果你也从事教育，并希望被芥末堆报道，请您填写信息告诉我们。来源：中国电化教育芥末堆商务合作：010-5726986781 认识人工智能 教案
资源简介
认识人工智能课题：认识人工智能（第8章第1节第1课时）一、教材分析本课是第8章第1节第1课时，是人工智能模块学习的起始课，对认识人工智能的全局与本质有着举足轻重的作用。教材首先介绍了人工智能的含义及发展历程，然后介绍人工智能关键技术及其与人类智能的区别，旨在帮助学生系统、宏观地了解人工智能的丰富内涵以及人工智能发展中每个阶段的技术特点，激发学生对人工智能技术探究的热情，为后续进一步了解人工智能的应用与创新设计做准备。由于技术史关注的是人和事，本课的学习为学科素养的落地，特别是信息意识、信息社会责任意识等素养养成提供了极为丰富的教学资源。二、学情分析初中学生对新技术、新事物好奇心强，具备良好的信息获取、加工、处理等能力，大部分学生有有意或无意地使用过手机人工智能APP应用软件的经历，随着人工智能在生活生产领域的不断应用，他们对人工智能并不陌生，同时又觉得人工智能神秘，对其发展历程及其本质知之甚少。本班80%以上的学生有编程基础，有较强的学习力，这为深度和创新人工智能模块的学习创造了良好的条件。三、教学目标与要求1.了解人工智能的含义，了解人工智能的起源与发展历程，学会用学科思维思考其发展变化，提升学生信息意识。2.了解人工智能几个发展阶段及其技术特点，了解人工智能与人类智能的联系与区别，思考人工智能的本质。3.交流身边的人工智能应用，感受人工智能的神奇，激发人工智能的学习热情，养成良好的学习意识和学习习惯。四、教学重点与难点1.人工智能的发展历程。2.人工智能与人类智能的区别与联系。五、教学方法与手段演示教学法、探究学习法、任务驱动教学法、角色扮演。六、课时安排安排1课时。七、教学准备小度音箱（或其他人工智能产品如：科大讯飞的小飞）、相关资源。八、教学过程（一）课前铺垫：视频学习（10个关于人工智能小知识）、诗歌欣赏问题：这两首诗，一首是人工智能创作的，一首是老师自己创作的。请猜一猜：哪一首是人工智能创作的？创作者是谁？（1）看那里/闪烁的几颗星/西山上的太阳/青蛙儿正在远远的浅水/她嫁了人间许多的颜色（2）这个春天/我不栽桃李/不种春花/满山遍野/我就种——你五彩笑容唱响的那本诗集/还有——你清澈眼神里流动的星辰学生1：第一首。学生2：第二首。教师：第一首诗的作者是人工智能，她的名字叫“微软小冰”，这首诗选自第一本人工智能作者创作的诗集《阳光失了玻璃窗》。教师：你们观察一下，这两首有什么不同的地方？机器是怎么创作诗歌的呢？学生：略。教师：其实计算不仅能写漂亮的现代诗，还能写故事，也能写小说。（呈现清华大学写诗机器人“九歌”视频。）教师：刚刚的视频里，“九歌”机器人是如何学习的？请大家说一说。学生：通过学习30多万首古诗，慢慢习得了古诗词的韵律和平仄要求，最后就能够自己创作古诗了。教师：计算机除了能写作，还能做什么呢？今天，就让我们一起走近人工智能，了解人工智能，设计与创新人工智能。设计意图：通过两首诗歌的诵读和猜作者小活动，能够迅速将学生带到本课内容，还能激发学生学习的兴趣。“九歌”写诗机器人视频资料，展示了我国在自然语言处理方面的先进技术及研究团队的风采，进一步激发了学生学习人工智能的热情。（二）体验人工智能老师：小度小度，请在45分钟后提醒我们下课。小度：好的。教师：今天我们请来了人工智能老师“小度”，什么是人工智能？它从哪里来？它的前世、今生与未来都是怎样的呢？下面，我们请小度老师为我们解答，今天课堂上表现优秀的小组或个人可以获得和小度老师单独交流的机会。活动1：考考人工智能老师小度教师：小度老师很厉害，会做算术题，会唱歌，会解答问题。哪位同学想请小度解答问题？学生1：小度小度，123＋45/9×12301等于多少啊？小度：61628。学生2：小度，你看我胖吗？小度：你这么帅，气宇轩昂啊。设计意图：人工智能小度老师的进场，一是为了引发学生兴趣，体验人工智能的计算、语音、信息搜索等功能。二是希望通过“小度”介绍人工智能的含义。三是为后面章节讨论人工智能老师是否会替代“教师”职业埋下伏笔。（三）认识人工智能1.什么是人工智能？教师：小度小度，什么是人工智能呢？小度：人工智能（ArtificialIntelligence），英文缩写为AI。它是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。活动2：寻找身边的人工智能小组讨论、交流，说说生活中的人工智能。学生代表发言：略。教师：刚刚同学们分享了很多人工智能的案例，通过交流，我们发现人工智能已经走进了我们的家庭，成为我们生活中的好助手。那么，什么是人工智能呢？你能根据刚刚同学们的发言，用自己的语言来表达吗？学生：略。教师：有的同学说人工智能就机器模拟人，像人一样做事；有人说人工智能就是计算机模拟人获取知识；有人说，人工智能就是教机器向人一样思考，做事等等，同学们说得都很好。呈现板书：人工智能是指利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。设计意图：人工智能的定义比较枯燥，如果教师直接给出会比较生硬，难以理解。通过小度老师给出人工智能定义，可以引导学生发现小度给出答案背后的原因，即信息搜索呈现百度百科中关于人工智能的定义。另外，生活中形形色色人工智能的应用及学生对其所见人工智能的分享，能够逐步丰富他们对人工智能的理解。教师还可以从几个维度对人工智能的定义做简要介绍，帮助学生较为深刻地理解人工智能。2.人工智能的历史自主阅读学习任务单。角色扮演“图灵测试”。（1）人工智能的起源教师：请同学自主学习教材“人工智能的起源”部分。教师：图灵对人工智能的贡献是什么？活动3：小组角色扮演：“图灵测试”（2）人工智能的发展历程活动4：探究学习人工智能大佬分为两派：一派人工智能帮我们算出一切难题，被称为符号计算学派；一派人工智能像人脑一样思考，被称为神经计算学派。任务：自主阅读课本“人工智能的起源与历史”，了解人工智能的发展历程。学生分为三组，分别上网搜索三个不同发展阶段发生的一些重要事件，说一说它们的故事，谈一谈它们的价值和意义，并选择合适的关键词填入下表。发展阶段时间事件名称技术特点关键人物意义启示
第一阶段1997年深蓝战胜GarryKasparov
……
教师：请各组同学分别说一说人工智能发展史上一些重要的故事，并介绍每个阶段的技术特点。设计意图：想让学习真正发生，就要将时间和讲台让给学生，指导他们充分地探究、充分地思考，充分地交流与表达。（四）追问人工智能1.人工智能的关键技术教师：PPT呈现人工智能关键技术结构图，介绍人工智能关键技术和核心技术，以及人工智能的分类。设计意图：该部分不是重点，但能帮助学生从宏观上了解人工智能的关键技术、核心技术，对人工智能的学习有个整体认知。2.人工智能与人类智能问题1：今天小度老师来到我们的课堂，请你说说小度与真人老师的区别。联系你曾看过的人工智能方面的电影，也可以结合影片中人工智能角色，谈谈它有什么智能特点，？说说它与人类智能的异同点。？问题2：人工智能老师小度走进教室，作为“真人”老师如何才能在未来的讲台更好地立足？作为中学生要如何学习，才能适应未来社会的需求？（五）课堂小结今天我们通过5个不同形式的活动，了解了人工智能的含义，理顺了人工智能发展的历程及重要的历史事件，还了解了人工智能的关键技术与核心技术。今天，人工智能已经走进我们的生活，成为我们的好帮手，这一切离不开无数科学家的辛勤努力。为了人类更美好的未来，让我们一起加入人工智能学习、研究的队伍，为科技进步打好坚实的基础。（六）课后作业选择下列一项任务展开探究学习，并完成作业。1.观看电影《模仿游戏》，选取影片中一个片段，写段影评。2.拓展阅读《人工智能发展史》（作者尼克）、《人工智能真的来了》（作者杨澜）等书籍，进一步了解人工智能的发展历程和现状，丰富我们对人工智能的认知与理解，关注人工智能的发展趋势，树立为人类科学技术进步做贡献的理想。九、教学反思本课我设计了三部分：体验人工智能——认识人工智能——追问人工智能，邀请人工智能小度老师（百度智能音箱）走进课堂，暗合初中学生的认知特点，生动有趣，从人工智能体验自然进入认识人工智能环节，悄然过渡，在人工智能前世、今生和未来的介绍过程中，继续邀请小度老师参与，以深入体悟人工智能的特点，然后通过自主探究学习和角色扮演进一步了解人工智能发展中的关键事件和重要概念。在实践中、探究中、研究中学习、理解知识。课堂上我运用了演示、角色扮演、讨论等教学方法，激励学生全面参与、主动学习，培养信息意识、信息获取加工等素养，让学生在轻松愉悦的环境中理解人工智能内涵，畅想人工智能未来，为深入学习人工智能和发现人工智能背后的算法思想奠定了良好基础。
展开更多......
收起↑