簡介：高中人工智能課標解讀與教學實施,張劍平浙江師范大學教師教育學院HTTP//TEACHERZJNUCN/ZJP,AI及其教育意義高中AI的課程標準AI教育的現(xiàn)狀A(yù)I的教學資源AI課程的教學實施有待探索的問題,高中人工智能（AI）課標解讀與教學實施,,人工智能的基本概念,智能人們在處理復(fù)雜事務(wù)、解決困難問題時所表現(xiàn)出來的智慧與能力人工智能ARTIFICIALINTELLIGENCE，簡稱AI）用計算機來表示和執(zhí)行人類的智能活動也稱人工智慧AI的特征推理、學習、聯(lián)想當代三大尖端技術(shù)空間技術(shù)能源技術(shù)人工智能技術(shù)人工智能處于信息技術(shù)發(fā)展的前沿，反映了信息技術(shù)的發(fā)展方向。,AI的研究領(lǐng)域與目標,AI的研究領(lǐng)域知識表示、專家系統(tǒng)、自然語言理解、自動定理證明、自動程序設(shè)計、問題求解、博弈、計算機視覺、模式識別、智能機器人、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、AI的研究目標近期實現(xiàn)機器智能部分地或者在一定程度上實現(xiàn)機器的智能，從而使現(xiàn)有的計算機更靈活、更好用和更有用，成為人類的智能化信息處理工具。遠期制造智能機器要使計算機具有看、聽、說、寫等感知交互功能，具有聯(lián)想、推理、理解、學習等高級思維能力，還要有分析問題、解決問題和發(fā)明創(chuàng)造的能力。,AI的研究方法,功能模擬以人腦的心理模型為基礎(chǔ)，將問題或知識表示成某種邏輯網(wǎng)絡(luò)，采用符號推演的方法，來實現(xiàn)搜索、推理和學習，模擬人腦的思維；結(jié)構(gòu)模擬以人腦的生理結(jié)構(gòu)和工作機理為基礎(chǔ)，對人腦的神經(jīng)細胞及其構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行研究，采用神經(jīng)計算的方法來實現(xiàn)學習、聯(lián)想、識別、推理；行為模擬通過模擬人在控制過程中的智能活動和行為特性，如自尋優(yōu)、自適應(yīng)、自學習、自組織等，來研究和實現(xiàn)人工智能。,,從問題解決角度看AI教育的必要性,IT教育的最終目的是讓學生能夠自如地應(yīng)用IT解決問題。問題解決是所面對的問題得到解決的認知活動過程。問題的分類結(jié)構(gòu)化（STRUCTURED）問題能夠通過形式化（或稱公式化）方法描述和求解的問題也稱定義完善的問題、良構(gòu)問題算法與程序設(shè)計課程要解決的問題非結(jié)構(gòu)化（UNSTRUCTURED）問題難以用確定的形式來描述，主要根據(jù)經(jīng)驗求解也稱定義不完善的問題、劣構(gòu)問題人工智能初步課程要解決的問題半結(jié)構(gòu)化（SEMISTRUCTURED）問題,IT視角下的問題求解策略,算法算法與程序設(shè)計內(nèi)容標準結(jié)合實例，經(jīng)歷分析問題、確定算法、編程求解等用計算機解決問題的基本過程，認識算法和程序設(shè)計在其中的地位和作用。例排序算法啟發(fā)式人工智能初步內(nèi)容標準通過簡單博弈問題的分析，了解用盲目搜索技術(shù)進行狀態(tài)空間搜索的基本過程，知道啟發(fā)式搜索的基本思想及其優(yōu)點。例狀態(tài)空間的啟發(fā)式搜索,AI課程對于提升信息素養(yǎng)的作用,對多種思維方式的培養(yǎng)和信息素養(yǎng)的綜合鍛煉求解結(jié)構(gòu)化問題傳統(tǒng)程序＝算法＋數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)求解非結(jié)構(gòu)化問題智能程序＝知識＋推理體驗人類專家解決復(fù)雜問題的思路，提高學生的邏輯思維能力美國著名教育技術(shù)專家JONASSEN認為那些自行設(shè)計專家系統(tǒng)的學生將會在這種活動中受益匪淺，因為這是一個對所學知識進行深度加工的過程。了解信息技術(shù)發(fā)展的前沿，激發(fā)對信息技術(shù)未來的追求,,高中AI的課程標準,,多媒體技術(shù)應(yīng)用,算法與程序設(shè)計,數(shù)據(jù)管理技術(shù),網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用,人工智能初步,信息技術(shù)基礎(chǔ),,高中信息技術(shù)課程構(gòu)成,必修,選修,信息獲取信息加工與表達信息資源管理信息技術(shù)與社會,2學分,2X學分,,12345,AI課程的背景與目標,課程背景適應(yīng)時代發(fā)展需要，體現(xiàn)時代性特征。目標定位了解信息技術(shù)發(fā)展的前沿，體驗若干典型人工智能技術(shù)的應(yīng)用，感受人工智能對學習和生活的影響，激發(fā)對信息技術(shù)未來的追求。,高中AI的內(nèi)容體系,1、基本概念能描述人工智能的概念與基本特點2、知識及其表達列舉人工智能的主要應(yīng)用領(lǐng)域掌握知識的概念、知識表達的基本方法3、推理與專家系統(tǒng)演示或使用簡單的產(chǎn)生式專家系統(tǒng)軟件知道專家系統(tǒng)正向、反向推理的基本原理學會使用一個簡易的專家系統(tǒng)外殼4、人工智能語言與問題求解學會使用一種人工智能語言求解簡單問題了解狀態(tài)空間的概念與方法了解用盲目搜索技術(shù)進行搜索，知道啟發(fā)式搜索,課標文本,當前國內(nèi)的高中AI教材,普通高中課程標準實驗教科書信息技術(shù)（選修5）人工智能初步教育科學出版社，李藝主編，2004年第1版中國地圖出版社，祝智庭主編，2005年第1版上?？萍冀逃霭嫔?，應(yīng)吉康主編，2005年第1版廣東教育出版社，李冠英主編，2005年第1版浙江教育出版社，陶增樂主編，2006年第1版,高中教材人工智能初步,第1章初識人工智能11什么是人工智能12人工智能可以為我們做什么第2章了解人工智能語言21了解PROLOG22使用PROLOG23人工智能語言第3章用計算機表示知識31知識及其類型32知識表示入門33知識表示的常用方法第4章用計算機推理41什么是專家系統(tǒng)42專家系統(tǒng)如何工作43如何開發(fā)專家系統(tǒng)第5章用智能搜索解決問題51可以通過搜索求解的問題52窮舉式搜索53啟發(fā)式搜索與博弈第六章人工智能的發(fā)展與未來61人工智能的發(fā)展62人工智能的未來,張劍平主編教育科學出版社2004,當前國內(nèi)的高中AI教材,,AI內(nèi)容舉例AI語言,AI語言是一類適應(yīng)于AI領(lǐng)域的、具有符號處理和邏輯推理能力的程序設(shè)計語言。典型的AI語言LISP表處理語言PROLOG邏輯型語言（用來描述事物之間的邏輯關(guān)系，接近于人類的自然語言）,AI內(nèi)容舉例用智能搜索求解問題,盲目搜索與啟發(fā)式搜索計算機博弈,,,AI內(nèi)容舉例專家系統(tǒng)及其外殼,學習一個簡單的專家系統(tǒng)外殼INTERMODELLER它是一個適合中學生使用的軟件作者為英國的DRTOMCONLON,,,人工智能教育的現(xiàn)狀,,我國高校的人工智能教育,高校一直將AI作為計算機專業(yè)的必修課程“智能科學與技術(shù)”本科專業(yè)的建立北京大學（2004）北京郵電大學（2005）南開大學（2005）西安電子科技大學（2005）（2006）（2007）第一屆全國人工智能教育學術(shù)研討會（2002北京）中國AI學會教育工作委員會主辦首都師范大學信息工程學院承辦,我國中學的AI教育,2004年之前尚未在中學設(shè)置獨立的AI課程。奧林匹克信息學競賽中一直包含AI的題目。近年開展的機器人競賽及其相關(guān)活動中，已經(jīng)在AI方面進行嘗試。對青少年AI的啟蒙教育，愈來愈受到重視。1997年清華大學出版，由時任教育部長陳至立任名譽主任、出版的計算機科普教育叢書計算機與信息科學十萬個為什么（全套共12本）中，包括了人工智能一書。2000年清華大學出版，由李衍達院士主編的青少年科學教育叢書信息科學與技術(shù)系列一套8本中，也包含有人類智慧與人工智能一書。2003年頒布的普通高中信息技術(shù)課標中，將AI作為選修模塊。目前已經(jīng)出版5套教材，并在實驗省份的部分地區(qū)開展教學。,國外中學的AI教育,包括人工智能教育在內(nèi)的中學信息技術(shù)教育呈現(xiàn)多樣化發(fā)展的格局。以美國為例，在將信息技術(shù)作為獨立課程進行設(shè)置與教學的學區(qū)中，信息技術(shù)課程的內(nèi)容通常包括（1）旨在培養(yǎng)學生信息技術(shù)技能與意識的內(nèi)容。信息加工與應(yīng)用。信息技術(shù)系統(tǒng)概論。人工智能概論。使學生認識人工智能的意義及其應(yīng)用，并介紹自動化系統(tǒng)、機器人、虛擬現(xiàn)實技術(shù)等。使學生認識信息技術(shù)的大量運用以及人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展可能對人類社會造成的各種影響。（2）計算機程序設(shè)計的內(nèi)容。,英國的ICT課程與AI教育以蘇格蘭地區(qū)為例,ICT課程計算（COMPUTING）信息系統(tǒng)（INFORMATIONSYSTEMS）每門課包括三個層次中級（INTERMEDIATE2）高級（HIGHER）高級提升（ADVHIGHER）每個層次包括兩部分強制單元（MANDATORYUNITS）可選單元（OPTIONALUNITS）,英國中學ICT課程的基本構(gòu)成,英國JAMESGILLESPIES中學的AI教學,AI教育的研究以FLAIRS2006為例,AMERICANASSOCIATIONFORAI（AAAI）和FLORIDA技術(shù)學院聯(lián)合舉辦AIEDUCATION專題IMPLEMENTATIONOFTHECOMPUTINGCURRICULA2001INTELLIGENTSYSTEMSAREAMODELASSIGNMENTS/EXPERIENCES/SYLLABIFORAIINSTRUCTIONAICLASSROOMTECHNIQUESORINNOVATIONSFORUNDERGRADUATEAND/ORGRADUATEINSTRUCTIONINTELLIGENTAPPLICATIONSFORINSTRUCTIONOFAIANDASSESSMENTOFSUCHAPPLICATIONSINCORPORATINGAIRESEARCHINTOAICOURSES,HTTP//WWWAAAIORGHTTP//WWWINDIANAEDU/FLAIRS06,,人工智能課程的教學資源,,AI的教學資源,人工智能國家精品課程中南大學蔡自興主持HTTP//CAICSUEDUCN/JPKC現(xiàn)代教育技術(shù)國家精品課程浙江師大張劍平主持HTTP//COURSEZJNUCN/MET,AI的教學資源,人工智能的教育應(yīng)用HTTP//WWWZCMETNET/AI信息技術(shù)課程網(wǎng)HTTP//WWWICTEDUCN人工智能教育知識庫HTTP//WWWCSCOFCEDU/MANARIS/AIEDUCATIONREPOSITORY因特網(wǎng)上的AI教育資源中小學信息技術(shù)教育，2003（10）,,高中AI的教學實施,,實施策略,充分考慮高中生的認知特點，選擇那些與他們學習、生活關(guān)系密切的，看得見、摸的著的AI應(yīng)用問題作為案例展開教學。將課程目標定位在了解和體驗。根據(jù)中學生的特點進行AI語言教學，只介紹其主要特征和最為簡單的應(yīng)用方法。例如了解PROLOG，能用遞歸方法編寫簡單程序。充分發(fā)揮網(wǎng)上信息資源和網(wǎng)上軟件資源的作用。例如，在線進行專家系統(tǒng)、符號運算、機器翻譯等內(nèi)容的教學與實驗。,幾點建議,注意教學對象的選擇興趣基礎(chǔ)，努力激發(fā)和保持學生的學習興趣。合理組織“講授課”和“探究性、自主性學習”。要及時了解學習效果?？紤]將本課程與其他相關(guān)課程進行整合。例如，作為“通用技術(shù)”中簡易機器人模塊的軟件基礎(chǔ)或加以整合；可以嘗試作為校本選修。根據(jù)學生情況適當安排大的“課程設(shè)計”任務(wù)。,,有待探索的問題,,AI課程中需要探索的問題,教學的內(nèi)容選擇、深度確定適合中學生學習的教材編寫教學設(shè)計與教學方法數(shù)字化教學資源的建設(shè)與利用高校信息技術(shù)教育專業(yè)的建設(shè),AI課程中需要探索的問題關(guān)于人工智能與機器人教育的有機結(jié)合,從國外情況看，英、美等發(fā)達國家包括人工智能和機器人在內(nèi)的中小學信息技術(shù)教育正呈現(xiàn)多樣化發(fā)展的格局。人工智能與機器人之間的關(guān)系密切,有必要將它們有機結(jié)合從知識和技術(shù)的系統(tǒng)性角度看從信息技術(shù)師資的培養(yǎng)角度看應(yīng)當將AIR教育與基礎(chǔ)教育課程改革相結(jié)合小學和初中階段，在“綜合實踐活動”課程中開展機器人教育，在此過程中讓學生初步了解人工智能的相關(guān)知識；高中階段，可以將教育機器人與“人工智能初步”、“算法與程序設(shè)計”、“簡易機器人制作”、“電子控制技術(shù)”等技術(shù)類課程有機結(jié)合開設(shè)“人工智能與機器人”校本課程。對不同層次的學生，應(yīng)當有不同的教學目標應(yīng)當提高機器人的智能程度例如可以把簡單的實時專家系統(tǒng)平臺軟件嵌入機器人，提供友善的人機接口，小學生只需用文本格式建立知識庫，即可驅(qū)動機器人進行相應(yīng)的智能活動。,,謝謝,張劍平浙江師范大學教師教育學院,HTTP//AIZJNUNETCNHTTP//TEACHERZJNUCN/ZJP,
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