高中人工智能學(xué)習(xí)資料

1、高中人工智能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(shí)所表現(xiàn)人們在處理復(fù)雜事務(wù)、解決困難問題時(shí)所表現(xiàn)出來的出來的智慧與能力智慧與能力 人工智能 (Artificial Intelligence，簡稱 AI） 用計(jì)算機(jī)來表示和執(zhí)行人類的智能活動用計(jì)算機(jī)來表示和執(zhí)行人類的智能活動 也稱人工智慧人工智慧 AI的特征 推理、學(xué)習(xí)、聯(lián)想推理、學(xué)習(xí)、聯(lián)想 當(dāng)代三大尖端技術(shù)： 空間技術(shù)空間技術(shù); ; 能源技術(shù)能源技術(shù); ; 人工智能技術(shù)人工智能技術(shù)人工智能處于信息技術(shù)發(fā)展的人工智能處于信息技術(shù)發(fā)展的前沿前沿，反映了，反映了信息技術(shù)的發(fā)展方向。信息技術(shù)的發(fā)展方向。AI的研究領(lǐng)域與目標(biāo) AIA

2、I的研究領(lǐng)域的研究領(lǐng)域 知識表示、專家系統(tǒng)知識表示、專家系統(tǒng)、自然語言理解、自動定理證、自然語言理解、自動定理證明、自動程序設(shè)計(jì)、明、自動程序設(shè)計(jì)、問題求解問題求解、博弈博弈、計(jì)算機(jī)視覺、計(jì)算機(jī)視覺、模式識別、模式識別、智能機(jī)器人智能機(jī)器人、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、 AIAI的研究目標(biāo)的研究目標(biāo)近期近期實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能實(shí)現(xiàn)機(jī)器智能 部分地或者在一定程度上實(shí)現(xiàn)機(jī)器的智能，從而使現(xiàn)有的計(jì)部分地或者在一定程度上實(shí)現(xiàn)機(jī)器的智能，從而使現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)更靈活、更好用和更有用，成為人類的智能化信息處理算機(jī)更靈活、更好用和更有用，成為人類的智能化信息處理工具。工具。遠(yuǎn)期遠(yuǎn)期制造智能機(jī)器制造智能機(jī)器 要使計(jì)算機(jī)具

3、有看、聽、說、寫等感知交互功能，具有聯(lián)想、要使計(jì)算機(jī)具有看、聽、說、寫等感知交互功能，具有聯(lián)想、推理、理解、學(xué)習(xí)等高級思維能力，還要有分析問題、解決推理、理解、學(xué)習(xí)等高級思維能力，還要有分析問題、解決問題和發(fā)明創(chuàng)造的能力問題和發(fā)明創(chuàng)造的能力。AI的的研究方法研究方法 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)，采用邏輯網(wǎng)絡(luò)，采用符號推演的方法，來實(shí)現(xiàn)搜索、推理的方法，來實(shí)現(xiàn)搜索、推理和學(xué)習(xí)，模擬人腦的思維；和學(xué)習(xí)，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(jī)理為基礎(chǔ)，對人腦的神經(jīng)以人腦的生理結(jié)構(gòu)和工作機(jī)理為基礎(chǔ)，對人腦

4、的神經(jīng)細(xì)胞及其構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，采用細(xì)胞及其構(gòu)成的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，采用神經(jīng)計(jì)算的的方法來實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)、聯(lián)想、識別、推理；方法來實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)、聯(lián)想、識別、推理； 行為模擬 通過模擬人在通過模擬人在控制過程中的智能活動和行為特性，如中的智能活動和行為特性，如自尋優(yōu)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自組織等，來研究和實(shí)現(xiàn)自尋優(yōu)、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)、自組織等，來研究和實(shí)現(xiàn)人工智能。人工智能。從問題解決角度看 AI教育的必要性 ITIT教育教育的最終目的目的是讓學(xué)生能夠自如地應(yīng)用用ITIT解決問題解決問題。問題解決問題解決是所面對的問題得到解決的認(rèn)知活動過程。 問題的分類問題的分類: n結(jié)構(gòu)化結(jié)構(gòu)化（structured）

5、問題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(jì)課程要解決的問題n非結(jié)構(gòu)化非結(jié)構(gòu)化（unstructured）問題問題難以用確定的形式來描述，主要根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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1.1. 半結(jié)構(gòu)化半結(jié)構(gòu)化（semi-structured）問題問題IT 視角下的 問題求解策略算法算法 算法與程序設(shè)計(jì)內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)： 結(jié)合實(shí)例，經(jīng)歷分析問題、確定算法、編程求解等用計(jì)算機(jī)解決問題的基本過程，認(rèn)識算法和程序設(shè)計(jì)在其中的地位和作用。 例： 排序算法 啟發(fā)式啟發(fā)式 人工智能初步內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)： 通過簡單博弈問題的分析，了解用

6、盲目搜索技術(shù)進(jìn)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(diǎn)。 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(yàn)人類專家解決復(fù)雜問題的思路，提高學(xué)生的邏輯思維能力 美國著名教育技術(shù)專家Jonassen認(rèn)為：那些自行設(shè)計(jì)專家系統(tǒng)的學(xué)生將會在這種活動中受益匪淺，因?yàn)檫@是一個(gè)對所學(xué)知識進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)多多媒媒體體技技術(shù)術(shù)應(yīng)應(yīng)用用 算算法法與與程程序序設(shè)設(shè)計(jì)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)管管理理技技術(shù)術(shù) 網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)

7、絡(luò)技技術(shù)術(shù)應(yīng)應(yīng)用用 信息技術(shù)基礎(chǔ)信息技術(shù)基礎(chǔ)必修必修選修選修信息獲取信息加工與表達(dá)信息資源管理信息技術(shù)與社會2 2 學(xué)分學(xué)分2+X 2+X 學(xué)分學(xué)分AI課程的背景與目標(biāo) 課程背景: 適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要，體現(xiàn)時(shí)代性特征。適應(yīng)時(shí)代發(fā)展需要，體現(xiàn)時(shí)代性特征。 目標(biāo)定位：了解信息技術(shù)發(fā)展的前沿，信息技術(shù)發(fā)展的前沿，體驗(yàn)若干典型人工智能技術(shù)的應(yīng)用，若干典型人工智能技術(shù)的應(yīng)用，感受人工智能對學(xué)習(xí)和生活的影響，人工智能對學(xué)習(xí)和生活的影響，激發(fā)對信息技術(shù)未來的追求。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、基本概念能描述人工智能的概念與基本特點(diǎn)能描述人工智能的概念與基本特點(diǎn)2、知識及其表達(dá)、知識及

8、其表達(dá) 列舉人工智能的主要應(yīng)用領(lǐng)域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(dá)的基本方法掌握知識的概念、知識表達(dá)的基本方法3、推理與專家系統(tǒng)、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知道專家系統(tǒng)正向、反向推理的基本原理 學(xué)會使用一個(gè)簡易的專家系統(tǒng)外殼學(xué)會使用一個(gè)簡易的專家系統(tǒng)外殼4、人工智能語言與問題求解、人工智能語言與問題求解 學(xué)會使用一種人工智能語言求解簡單問題學(xué)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狀態(tài)空間的概念與方法 了解用盲目搜索技術(shù)進(jìn)行搜索，知道啟發(fā)式搜索了解用盲目搜索

9、技術(shù)進(jìn)行搜索，知道啟發(fā)式搜索課標(biāo)文本當(dāng)前國內(nèi)的高中AI教材 普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 信息技術(shù)（選修5）人工智能初步 教育科學(xué)出版社教育科學(xué)出版社，李 藝主編，2004年第1版 中國地圖出版社中國地圖出版社，祝智庭主編，2005年第1版 上?？萍冀逃霭嫔缟虾？萍冀逃霭嫔?，應(yīng)吉康主編，2005年第1版 廣東教育出版社廣東教育出版社，李冠英主編，2005年第1版 浙江教育出版社浙江教育出版社，陶增樂主編，2006年第1版高中教材高中教材: 人工智能初步第第1章章 初識人工智能初識人工智能1.11.1什么是人工智能什么是人工智能1.21.2人工智能可以為我們做什么人工智能可以為我們做什么第第2

10、章章 了解人工智能語言了解人工智能語言2.12.1了解了解PrologProlog2.22.2使用使用PrologProlog2.32.3人工智能語言人工智能語言第第3章章 用計(jì)算機(jī)表示知識用計(jì)算機(jī)表示知識3.13.1知識及其類型知識及其類型3.23.2知識表示入門知識表示入門3.33.3知識表示的常用方法知識表示的常用方法第第4章章 用計(jì)算機(jī)推理用計(jì)算機(jī)推理4.1 4.1 什么是專家系統(tǒng)什么是專家系統(tǒng)4.2 4.2 專家系統(tǒng)如何工作專家系統(tǒng)如何工作4.3 4.3 如何開發(fā)專家系統(tǒng)如何開發(fā)專家系統(tǒng)第第5章章 用智能搜索解決問題用智能搜索解決問題5.1 5.1 可以通過搜索求解的問題可以通過搜索

11、求解的問題5.2 5.2 窮舉式搜索窮舉式搜索5.3 5.3 啟發(fā)式搜索與博弈啟發(fā)式搜索與博弈第六章第六章 人工智能的發(fā)展與未來人工智能的發(fā)展與未來6.1 6.1 人工智能的發(fā)展人工智能的發(fā)展6.2 6.2 人工智能的未來人工智能的未來張劍平主編教育科學(xué)出版社2004當(dāng)前國內(nèi)的高中AI教材AI AI 內(nèi)容舉例：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(jì)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 AI 內(nèi)容舉例：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(jì)算機(jī)

12、博弈AI AI 內(nèi)容舉例：內(nèi)容舉例： 專家系統(tǒng)及其外殼專家系統(tǒng)及其外殼 學(xué)習(xí)一個(gè)簡單的專家系統(tǒng)外殼學(xué)習(xí)一個(gè)簡單的專家系統(tǒng)外殼 Intermodeller 它是一個(gè)適合中學(xué)生使用的軟件適合中學(xué)生使用的軟件 作者為英國的作者為英國的 Dr. Tom Conlon人工智能教育的現(xiàn)狀人工智能教育的現(xiàn)狀我國高校的人工智能教育 高校一直將AI作為計(jì)算機(jī)專業(yè)的必修課程 “智能科學(xué)與技術(shù)”本科專業(yè)的建立 北京大學(xué)（2004） 北京郵電大學(xué)（2005） 南開大學(xué)（2005） 西安電子科技大學(xué)（2005） （2006） （2007） 第一屆全國人工智能教育學(xué)術(shù)研討會（2002. 北京） 中國AI學(xué)會教育工作委員會

13、主辦 首都師范大學(xué)信息工程學(xué)院承辦我國中學(xué)的AI教育 2004年之前尚未在中學(xué)設(shè)置獨(dú)立的AI課程。 奧林匹克信息學(xué)競賽中一直包含AI的題目。 近年開展的機(jī)器人競賽及其相關(guān)活動中，已經(jīng)在AI方面進(jìn)行嘗試。 對青少年AI的啟蒙教育，愈來愈受到重視。 19971997年清華大學(xué)出版，由時(shí)任教育部長陳至立任名譽(yù)主任、出版的計(jì)年清華大學(xué)出版，由時(shí)任教育部長陳至立任名譽(yù)主任、出版的計(jì)算機(jī)科普教育叢書算機(jī)科普教育叢書計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)十萬個(gè)為什么計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)十萬個(gè)為什么（全套共（全套共1212本）本）中，包括了中，包括了人工智能人工智能一書。一書。 20002000年清華大學(xué)出版，由李衍達(dá)院士主編的青少年

14、科學(xué)教育叢書信息年清華大學(xué)出版，由李衍達(dá)院士主編的青少年科學(xué)教育叢書信息科學(xué)與技術(shù)系列一套科學(xué)與技術(shù)系列一套8 8本中，也包含有本中，也包含有人類智慧與人工智能人類智慧與人工智能一一書。書。 2003年頒布的普通高中信息技術(shù)課標(biāo)中，將AI作為選修模塊。 目前已經(jīng)出版目前已經(jīng)出版5 5套教材，并在實(shí)驗(yàn)省份的部分地區(qū)開展教學(xué)。套教材，并在實(shí)驗(yàn)省份的部分地區(qū)開展教學(xué)。國外中學(xué)的國外中學(xué)的AI教育教育 包括人工智能教育在內(nèi)的中學(xué)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(dú)立課程進(jìn)行設(shè)置與教學(xué)的學(xué)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(xué)生信息技術(shù)技能與意識的內(nèi)容。 信息

15、加工與應(yīng)用。 信息技術(shù)系統(tǒng)概論。 人工智能概論。使學(xué)生認(rèn)識人工智能的意義及其應(yīng)用，并介紹自動化系統(tǒng)、機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等。使學(xué)生認(rèn)識信息技術(shù)的大量運(yùn)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(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)的內(nèi)容。 英國的英國的ICT課程與課程與AI教育教育 以蘇格蘭地區(qū)為例以蘇格蘭地區(qū)為例 ICT課程： 計(jì)算（Computing） 信息系統(tǒng)（Information Systems） 每門課包括三個(gè)層次： 中級（Intermediate2） 高級（Higher） 高級提升（Adv Higher） 每個(gè)層次包括兩部分： 強(qiáng)制單元（Mandatory units） 可選單元（

16、Optional units） 英國中學(xué)英國中學(xué)ICTICT課程的基本構(gòu)成課程的基本構(gòu)成 計(jì)算（計(jì)算（Computing）信息系統(tǒng)（信息系統(tǒng)（Information Systems）中級中級Intermediate2高級高級Higher高級提升高級提升Adv HigherInt 2HigherAdv Higher起步起步水平水平標(biāo)準(zhǔn)等級(General level) 或計(jì)算（Int 1）標(biāo)準(zhǔn)等級 (Credit level) 或計(jì)算（Int 2）計(jì)算（Higher） 標(biāo)準(zhǔn)等級 (General level) 計(jì)算研究或 計(jì)算(Int 1)標(biāo)準(zhǔn)等級 (Credit level) 計(jì)算研究 或 信

17、息系統(tǒng)（Int 2）信息系統(tǒng)（Higher）強(qiáng)制強(qiáng)制性單性單元元計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 軟件開發(fā) 計(jì)算機(jī)項(xiàng)目 計(jì)算機(jī)系統(tǒng) 軟件開發(fā)軟件開發(fā) (20 小時(shí))計(jì)算機(jī)項(xiàng)目(60 小時(shí))計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件 (Int 2) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(Int 2) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(H) 信息組織(H) 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(AH)（20小時(shí))信息系統(tǒng)項(xiàng)目(AH) （60 小時(shí))可選可選單元單元N/A人工智能程序設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)人工智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊IT在社會中的應(yīng)用 (Int 2) 多媒體(Int 2) 因特網(wǎng) (Int 2) 計(jì)算機(jī)應(yīng)用軟件(H) 專家系統(tǒng) (H) 超媒體 (H) 多媒體 (AH) 自然語言處理 (AH) 系統(tǒng)分析與

18、設(shè)計(jì)(AH) 單元單元評價(jià)評價(jià)11 小時(shí)小時(shí)10小時(shí)小時(shí)45 分分20小時(shí)小時(shí)6小時(shí)小時(shí)45分分14小時(shí)小時(shí)30分分18小時(shí)小時(shí)40分分英國英國James Gillespies 中學(xué)的中學(xué)的AI教學(xué)教學(xué)AI教育的研究 以FLAIRS-2006為例 American Association for AI（AAAI）和Florida技術(shù)學(xué)院聯(lián)合舉辦 AI Education 專題： Implementation of the Computing Curricula 2001 Intelligent Systems Area Model Assignments/Experiences/Syllabi

19、 for AI Instruction AI Classroom Techniques or Innovations for Undergraduate and/or Graduate Instruction Intelligent Applications for Instruction of AI and Assessment of Such Applications Incorporating AI research into AI courses /flairs06 人工智能課程的教學(xué)資源人工智能課程的教學(xué)

20、資源AIAI的教學(xué)資源的教學(xué)資源 人工智能 國家精品課程 中南大學(xué) 蔡自興主持 http:/ 現(xiàn)代教育技術(shù) 國家精品課程 浙江師大 張劍平主持 http:/ AIAI的教學(xué)資源的教學(xué)資源：人工智能的教育應(yīng)用人工智能的教育應(yīng)用： http:/ 信息技術(shù)課程網(wǎng)信息技術(shù)課程網(wǎng)： http:/ 人工智能教育知識庫人工智能教育知識庫： /manaris/ai-education-repository因特網(wǎng)上的因特網(wǎng)上的AI教育資源教育資源： 中小學(xué)信息技術(shù)教育中小學(xué)信息技術(shù)教育，20032003（1010）高中高中AI的教學(xué)實(shí)施教學(xué)實(shí)施實(shí)施策略實(shí)施策略 充分考慮

21、高中生的認(rèn)知特點(diǎn)，選擇那些與他們學(xué)習(xí)、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(xué)。 將課程目標(biāo)定位在了解和體驗(yàn)。 根據(jù)中學(xué)生的特點(diǎn)進(jìn)行AI語言教學(xué)，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(jìn)行專家系統(tǒng)、符號運(yùn)算、機(jī)器翻譯等內(nèi)容的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)。幾點(diǎn)建議幾點(diǎn)建議 注意教學(xué)對象的選擇：興趣+基礎(chǔ)，努力激發(fā)和保持學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。 合理組織“講授課”和“探究性、自主性學(xué)習(xí)”。 要及時(shí)了解學(xué)習(xí)效果。 考慮將本課程與其他相關(guān)課程進(jìn)行整合。例如，作為“通用技術(shù)”中簡易機(jī)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(xué)生情況適當(dāng)安排大的“課程設(shè)計(jì)”任務(wù)。有待探索的問題有待探索的問題AI課程中需要探索的問題： 教學(xué)的內(nèi)容選擇、深度確定 適合中學(xué)生學(xué)習(xí)的教