－高中AI课程：课标与教学资源知识工程与中学人

第一级,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,*,标题,高中人工智能课程：,课标与教学资源,主讲：张家华,浙江师范大学教师教育学院,福建省高中新课程,信息技术,学科,骨干教师省级培训,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,高中,AI,课程的教学资源,研修班计划,主要内容,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,(,Artificial Intelligence,，,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,。,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,。,高中,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。,高中开设,AI,课程的意义,1,、,开设人工智能课程的教育价值,提高信息素养,培养多种思维能力和多样化问题解决能力,提高学生的逻辑思维能力,促进个性化学习，培养创新人才,激发对信息技术未来的追求,2,、,开设人工智能课程的必要性和可行性,人工智能在社会各个领域的应用越来越广，越来越多的人需要了解和接触人工智能,目前我国已基本具备了实施人工智能基础教育的条件,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,AI,课程对于提升信息素养的作用,对多种思维方式的培养和信息素养的综合锻炼,求解结构化问题,传统程序算法数据结构,求解非结构化问题,智能程序知识推理,体验人类专家解决复杂问题的思路，提高学生的逻辑思维能力,美国著名教育技术专家,Jonassen,认为：,那些自行设计专家系统的学生将会在这种活动中受益匪浅，因为这是一个对所学知识进行深度加工的过程。,了解信息技术发展的前沿，激发对信息技术未来的追求,高中,AI,课程,的,基本内容,高中,AI,课程,的,三大主题,人工智能初步,知识及其表达,推理与专家系统,人工智能语言与问题求解,高中,AI,课程,的,内容体系,1、基本概,念,念,能描述人工,智,智能的概念,与,与基本特点,2、知识及,其,其表达,列举人工智,能,能的主要应,用,用领域,掌握知识的,概,概念、知识,表,表达的基本,方,方法,3、推理与,专,专家系统,演示或使用,简,简单的产生,式,式专家系统,软,软件,知道专家系,统,统正向、反,向,向推理的基,本,本原理,学会使用一,个,个简易的专,家,家系统外壳,4、人工智,能,能语言与问,题,题求解,学会使用一,种,种人工智能,语,语言求解简,单,单问题,了解状态空,间,间的概念与,方,方法,了解用盲目,搜,搜索技术进,行,行搜索，知,道,道启发式搜,索,索,AI,课程内容举,例,例：,AI,语言,AI,语言,是一类适应,于,于,AI,领域的、具,有,有符号处理,和,和逻辑推理,能,能力的程序,设,设计语言。,典型的,AI,语言,LISP,表处理语言,Prolog,逻辑型,语,语言（用来,描,描述事物之,间,间的逻辑关,系,系，接近于,人,人类的自然,语,语言）,AI,课程内容举,例,例：,用智能搜索,求,求解问题,盲目搜索,与,启发式搜索,计算机博弈,AI,课程内容举,例,例：,专家系统及,其,其外壳,学习一个简,单,单的专家系,统,统外壳,Intermodeller,它是一个,适合中学生,使,使用的软件,作者为英国,的,的,Dr.,Tom Conlon,国内外人工,智,智能教育现,状,状,我国高校的,人,人工智能教,育,育,高校一直将,AI,作为,计算机专业,的,的必修课程,“智能科学,与,与技术”本,科,科专业的建,立,立,北京大学（,2004,）,北京邮电大,学,学（,2005,）,南开大学（,2005,）,西安电子科,技,技大学（,2005,）,（,2006,）,（,2007,）,第一届全国,人,人工智能教,育,育学术研讨,会,会（2002.北京,）,）,中国,AI,学会教育工,作,作委员会主,办,办,首都师范大,学,学信息工程,学,学院承办,我国中学的,AI,教育,2004,年之前尚未,在,在中学设置,独,独立的,AI,课程。,奥林匹克信,息,息学竞赛中,一,一直包含,AI,的题目。,近年开展的,机,机器人竞赛,及,及其相关活,动,动中，已经,在,在,AI,方面进行尝,试,试。,对青少年,AI,的启蒙教育,，,，愈来愈受,到,到重视。,1997年,清,清华大学出,版,版，由时任,教,教育部长陈,至,至立任名誉,主,主任、出版,的,的计算机科,普,普教育丛书,计算机与,信,信息科学十,万,万个为什么,（全套共12本）中,，,，包括了,人,人工智能,一,一书。,2000年,清,清华大学出,版,版，由李衍,达,达院士主编,的,的青少年科,学,学教育丛书,信,信息科学与,技,技术系列一,套,套8本中，,也,也包含有,人,人类智慧与,人,人工智能,一,一书。,2003,年颁布的普,通,通高中信息,技,技术课标中,，,，将,AI,作为选修模,块,块。,目前已经出,版,版,5,套教材，并,在,在实验省份,的,的部分地区,开,开展教学。,国外中学,AI,课程的发展,和,和现状,1,、英国中学,人,人工智能课,程,程的开设情,况,况,英国是较早,开,开展人工智,能,能基础教育,的,的国家之一,。,。不少中学,开,开设了人工,智,智能课程，,并,并通过组织,和,和开展相关,教,教育竞赛活,动,动来扩展和,延,延伸人工智,能,能教育。,2,、美国中学,人,人工智能课,程,程的开展情,况,况,在美国现行,的,的中学信息,技,技术课程中,，,，部分学校,将,将人工智能,作,作为必修或,选,选修课程加,以,以开设。美,国,国各州根据,自,自身的教育,特,特点和目标,，,，对人工智,能,能教育的内,容,容有不同的,要,要求。,3,、澳大利亚,中学人工智,能,能课程的,开设情况,部分中学在,信,信息处理与,技,技术课程中,也,也开设了人,工,工智能相关,的,的课程。,国外中学的,AI,教育,以美国为例,，,，在将信息,技,技术作为独,立,立课程进行,设,设置与教学,的,的学区中，,信,信息技术课,程,程的内容通,常,常包括：,（1）旨在,培,培养学生信,息,息技术技能,与,与意识的内,容,容。,信息加工与,应,应用。,信息技术系,统,统概论。,人工智能概,论,论。使学生,认,认识人工智,能,能的意义及,其,其应用，并,介,介绍自动化,系,系统、机器,人,人、虚拟现,实,实技术等。,使,使学生认识,信,信息技术的,大,大量运用以,及,及人工智能,的,的产生与发,展,展可能对人,类,类社会造成,的,的各种影响,。,。,（2）计算,机,机程序设计,的,的内容,美国,Chesterfield,县公立中学,AI,课程设置,在佛吉尼亚,州,州,Chesterfield,县公立中学,的,的信息网站,上,上，列出了,为,为该县十几,所,所高中的在,校,校学生提供,的,的各类课程,。,。在其中的,“,“职业和技,术,术教育类”,课,课程中，人,工,工智能是作,为,为其中“信,息,息系统技术,”,”选修课程,的,的一部分为,优,优等生特别,开,开设的。,人工智能课,程,程包括两个,层,层次：,ARTIFICIALINTELLIGENCE(EXPERT SYSTEMS),和,ADVANCED ARTIFICIALINTELLIGENCE(EXPERTSYSTEMS),。,英国的,ICT,课程与,AI,教育,以苏格兰地,区,区为例,ICT,课程：,计算（,Computing,）,信息系统（,Information Systems,）,每门课包括,三,三个层次：,中级（,Intermediate2,）,高级（,Higher,）,高级提升（,Adv Higher,）,每个层次包,括,括两部分：,必修单元（,Mandatoryunits,）,选修单元（,Optional units,）,英国中学,ICT,课程的基本,构,构成,计算（,Computing,）,信息系统（,Information Systems,）,中级,Intermediate2,高级,Higher,高级提升,Adv Higher,Int 2,Higher,Adv Higher,起步水平,标准等级,(General level),或,计算（,Int 1,）,标准等级,(Credit level),或,计算（,Int 2,）,计算（,Higher,）,标准等级,(General level),计算研究,或 计算,(Int 1),标准等级,(Credit level),计算研究,或 信息系统（,Int 2,）,信息系统,（,Higher,）,必修单元,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,(Int 2),数据库系统,(Int 2),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,),选修单元,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,(Int 2),多媒体,(Int 2),因特网,(Int 2),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,澳大利亚,Marsden,高中,AI,课程的设置,澳大利亚昆,士,士兰州的,Marsden,州立高中在,开,开设的信息,处,处理与技术,（,（,Information Processing and Technology,）课程中，,人,人工智能、,信,信息系统、,算,算法和程序,设,设计、社会,和,和伦理道德,、,、计算机系,统,统作为,5,个主题共同,构,构成了该课,程,程的教学内,容,容。,在该课程的,大,大纲中规定,，,，人工智能,部,部分的教学,内,内容在