高中人工智能課程

高中人工智能課程：

－課標與教學資源主講：張家華E-mail:zjnuzjh@浙江師范大學教師教育學院福建省高中新課程《信息技術(shù)》學科骨干教師省級培訓什么是AI為何要開開設AI課程AI課程的基基本內(nèi)容容國內(nèi)外AI教育現(xiàn)狀狀高中AI課程的教教學資源源研修班計計劃主要內(nèi)容容什么是人人工智能能智能人們在處處理復雜雜事務、、解決困困難問題題時所表表現(xiàn)出來來的智慧與能能力人工智能能(ArtificialIntelligence，簡稱AI）用計算機機來表示示和執(zhí)行行人類的的智能活活動也稱人工智慧AI的特征推理、學學習、聯(lián)聯(lián)想當代三大大尖端技技術(shù)：空間技術(shù)術(shù);能源技術(shù)術(shù);人工智能能技術(shù)人工智能能處于信信息技術(shù)術(shù)發(fā)展的的前沿，，反映了了信息技術(shù)術(shù)的發(fā)展展方向。。AI的研究領(lǐng)領(lǐng)域與目目標AI的研究領(lǐng)領(lǐng)域知識表示示、專家家系統(tǒng)、、自然語語言理解解、自動動定理證證明、自自動程序序設計、、問題求求解、博博弈、計計算機視視覺、模模式識別別、智能能機器人人、人工工神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡、……………AI的研究目目標近期——實現(xiàn)機器器智能部分地或或者在一一定程度度上實現(xiàn)現(xiàn)機器的的智能，，從而使使現(xiàn)有的的計算機機更靈活活、更好好用和更更有用，，成為人人類的智智能化信信息處理理工具。。遠期——制造智能能機器要使計算算機具有有看、聽聽、說、、寫等感感知交互互功能，，具有聯(lián)聯(lián)想、推推理、理理解、學學習等高高級思維維能力，，還要有有分析問問題、解解決問題題和發(fā)明明創(chuàng)造的的能力。為何要開開設人人工智能能課程為何要開開設AI課程？高中課程程改革強強調(diào)要適適應時代代發(fā)展需需要，體體現(xiàn)時代性特征。人工智能能是信息息技術(shù)的的前沿領(lǐng)域，應應當被關(guān)關(guān)注！高中信息息技術(shù)課課程要有有利于學學生的個性發(fā)展展。高中AI課程的背背景與目目標課程背景景:適應時代代發(fā)展需需要，體體現(xiàn)時代代性特征征。目標定位位：了解信息技術(shù)術(shù)發(fā)展的的前沿，，體驗若干典型型人工智智能技術(shù)術(shù)的應用用，感受人工智能能對學習習和生活活的影響響，激發(fā)對信息技技術(shù)未來來的追求求。高中開設設AI課程的意意義1、開設人工工智能課課程的教教育價值值提高信息息素養(yǎng)培養(yǎng)多種種思維能能力和多多樣化問問題解決決能力提高學生生的邏輯輯思維能能力促進個性性化學習習，培養(yǎng)養(yǎng)創(chuàng)新人人才激發(fā)對信信息技術(shù)術(shù)未來的的追求

2、開設人工工智能課課程的必必要性和和可行性性人工智能能在社會會各個領(lǐng)領(lǐng)域的應應用越來來越廣，，越來來越多的的人需要要了解和和接觸人人工智能能目前我國國已基本本具備了了實施人人工智能能基礎教教育的條條件從問題解解決角度度看AI教育的必必要性IT教育的最終目的是讓學生生能夠自自如地應應用IT解決問題題。問題解決決是所面對對的問題題得到解解決的認認知活動動過程。。問題的分分類:結(jié)構(gòu)化（structured）問題能夠通過過形式化化（或稱稱公式化化）方法法描述和和求解的的問題也稱：定定義完善善的問題題、良構(gòu)構(gòu)問題《算法與程程序設計計》課程要解解決的問問題非結(jié)構(gòu)化化（unstructured）問題難以用確確定的形形式來描描述，主主要根據(jù)據(jù)經(jīng)驗求求解也稱：定定義不完完善的問問題、劣劣構(gòu)問題題《人工智能能初步》課程要解解決的問問題半結(jié)構(gòu)化化（semi-structured）問題AI課程對于于提升信信息素養(yǎng)養(yǎng)的作用用對多種思思維方式式的培養(yǎng)養(yǎng)和信息息素養(yǎng)的的綜合鍛鍛煉求解結(jié)構(gòu)構(gòu)化問題題傳統(tǒng)程序序＝算法法＋數(shù)據(jù)據(jù)結(jié)構(gòu)求解非結(jié)結(jié)構(gòu)化問問題智能程序序＝知識識＋推理理體驗人類類專家解解決復雜雜問題的的思路，，提高學學生的邏邏輯思維維能力美國著名名教育技技術(shù)專家家Jonassen認為：那些自行行設計專專家系統(tǒng)統(tǒng)的學生生將會在在這種活活動中受受益匪淺淺，因為為這是一一個對所所學知識識進行深深度加工工的過程程。了解信息息技術(shù)發(fā)發(fā)展的前前沿，激激發(fā)對信信息技術(shù)術(shù)未來的的追求高中AI課程的基本內(nèi)容容高中AI課程的三大主題題人工智能初步知識及其表達推理與專家系統(tǒng)人工智能語言與問題求解高中AI課程的內(nèi)容體系系1、基本本概念能描述人人工智能能的概念念與基本本特點2、知識識及其表表達列舉人工工智能的的主要應應用領(lǐng)域域掌握知識識的概念念、知識識表達的的基本方方法3、推理理與專家家系統(tǒng)演示或使使用簡單單的產(chǎn)生生式專家家系統(tǒng)軟軟件知道專家家系統(tǒng)正正向、反反向推理理的基本本原理學會使用用一個簡簡易的專專家系統(tǒng)統(tǒng)外殼4、人工工智能語語言與問問題求解解學會使用用一種人人工智能能語言求求解簡單單問題了解狀態(tài)態(tài)空間的的概念與與方法了解用盲盲目搜索索技術(shù)進進行搜索索，知道道啟發(fā)式式搜索AI課程內(nèi)容容舉例：：AI語言AI語言是一類適適應于AI領(lǐng)域的、、具有符符號處理理和邏輯輯推理能能力的程程序設計計語言。。典型的AI語言LISP———表處理語語言Prolog——邏輯輯型語言言（用來來描述事事物之間間的邏輯輯關(guān)系，，接近于于人類的的自然語語言）AI課程內(nèi)容容舉例：：用智能搜搜索求解解問題盲目搜索索與啟發(fā)式搜搜索計算機博博弈AI課程內(nèi)容容舉例：：專家系統(tǒng)統(tǒng)及其外外殼學習一個個簡單的的專家系系統(tǒng)外殼殼Intermodeller它是一個個適合中學學生使用用的軟件件作者為英英國的Dr.TomConlon國內(nèi)外人人工智能能教育現(xiàn)現(xiàn)狀我國高校校的人工工智能教教育高校一直直將AI作為計算機專專業(yè)的必必修課程程“智能科科學與技技術(shù)”本本科專業(yè)業(yè)的建立立北京大學學（2004）北京郵電電大學（（2005）南開大學學（2005）西安電子子科技大大學（2005）……（2006）……（2007）第一屆全全國人工工智能教教育學術(shù)術(shù)研討會會（2002..北京京）中國AI學會教育育工作委委員會主主辦首都師范范大學信信息工程程學院承承辦我國中學學的AI教育2004年之前尚尚未在中中學設置置獨立的的AI課程。奧林匹克克信息學學競賽中中一直包包含AI的題目。。近年開展展的機器器人競賽賽及其相相關(guān)活動動中，已已經(jīng)在AI方面進行行嘗試。。對青少年年AI的啟蒙教教育，愈愈來愈受受到重視視。1997年清華華大學出出版，由由時任教教育部長長陳至立立任名譽譽主任、、出版的的計算機機科普教教育叢書書《計算算機與信信息科學學十萬個個為什么么》（全全套共12本）中，，包括了了《人工工智能》》一書。。2000年清華華大學出出版，由由李衍達達院士主主編的青青少年科科學教育育叢書信信息科學學與技術(shù)術(shù)系列一一套8本本中，也也包含有有《人類類智慧與與人工智智能》一一書?！?003年頒布的的普通高高中信息息技術(shù)課課標中，，將AI作為選修修模塊。。目前已經(jīng)經(jīng)出版5套教材，，并在實實驗省份份的部分分地區(qū)開開展教學學。國外中學學AI課程的發(fā)發(fā)展和現(xiàn)現(xiàn)狀1、英國中中學人工工智能課課程的開開設情況況英國是較較早開展展人工智智能基礎礎教育的的國家之之一。不不少中學學開設了了人工智智能課程程，并通通過組織織和開展展相關(guān)教教育競賽賽活動來來擴展和和延伸人人工智能能教育。。

2、美國中中學人工工智能課課程的開開展情況況在美國現(xiàn)現(xiàn)行的中中學信息息技術(shù)課課程中，，部分學學校將人人工智能能作為必必修或選選修課程程加以開開設。美美國各州州根據(jù)自自身的教教育特點點和目標標，對人人工智能能教育的的內(nèi)容有有不同的的要求。。3、澳大利利亞中學人工工智能課課程的開設情況況部分中學學在信息息處理與與技術(shù)課課程中也也開設了了人工智智能相關(guān)關(guān)的課程程。國外中學學的AI教育以美國為為例，在在將信息息技術(shù)作作為獨立立課程進進行設置置與教學學的學區(qū)區(qū)中，信信息技術(shù)術(shù)課程的的內(nèi)容通通常包括括：（1）旨旨在培養(yǎng)養(yǎng)學生信信息技術(shù)術(shù)技能與與意識的的內(nèi)容。。信息加工工與應用用。信息技術(shù)術(shù)系統(tǒng)概概論。人工智能能概論。。使學生生認識人人工智能能的意義義及其應應用，并并介紹自自動化系系統(tǒng)、機機器人、、虛擬現(xiàn)現(xiàn)實技術(shù)術(shù)等。使使學生認認識信息息技術(shù)的的大量運運用以及及人工智智能的產(chǎn)產(chǎn)生與發(fā)發(fā)展可能能對人類類社會造造成的各各種影響響。（2）計計算機程程序設計計的內(nèi)容容……美國Chesterfield縣公立中中學AI課程設置置在佛吉尼尼亞州Chesterfield縣公立中中學的信信息網(wǎng)站站上，列列出了為為該縣十十幾所高高中的在在校學生生提供的的各類課課程。在在其中的的“職業(yè)業(yè)和技術(shù)術(shù)教育類類”課程程中，人人工智能能是作為為其中““信息系系統(tǒng)技術(shù)術(shù)”選修修課程的的一部分分為優(yōu)等等生特別別開設的的。人工智能能課程包包括兩個個層次：：ARTIFICIALINTELLIGENCE((EXPERTSYSTEMS))和ADVANCEDARTIFICIALINTELLIGENCE((EXPERTSYSTEMS))。英國的ICT課程與AI教育——以蘇格蘭蘭地區(qū)為為例ICT課程：計算（Computing）信息系統(tǒng)統(tǒng)（InformationSystems）每門課包包括三個個層次：：中級（Intermediate2）高級（Higher）高級提升升（AdvHigher）每個層次次包括兩兩部分：：必修單元元（Mandatoryunits）選修單元元（Optionalunits）英國中學學ICT課程的基基本構(gòu)成成計算（Computing）信息系統(tǒng)（InformationSystems）中級Intermediate2高級Higher高級提升AdvHigherInt2HigherAdvHigher起步水平標準等級(Generallevel)或計算（Int1）標準等級

(Creditlevel)或計算（Int2）計算（Higher）標準等級(Generallevel)計算研究或計算(Int1)標準等級(Creditlevel)計算研究或信息系統(tǒng)（Int2）信息系統(tǒng)（Higher）必修單元計算機系統(tǒng)軟件開發(fā)

計算機項目計算機系統(tǒng)軟件開發(fā)軟件開發(fā)(20小時)計算機項目(60小時)計算機應用軟件(Int2)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)(Int2)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)信息系統(tǒng)項目(AH)（60小時)選修單元N/A人工智能程序設計計算機網(wǎng)絡多媒體技術(shù)人工智能計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊IT在社會中的應用(Int2)多媒體(Int2)因特網(wǎng)(Int2)計算機應用軟件(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)分析與設計(AH)單元評價11小時10小時45分20小時6小時45分14小時30分18小時40分考核1小時30分2小時30分2小時30分1小時30分2小時30分2小時30分英國JamesGillespies中學的AI教學澳大利亞亞Marsden高中AI課程的設設置澳大利亞亞昆士蘭蘭州的Marsden州立高中中在開設設的信息息處理與與技術(shù)（（InformationProcessingandTechnology）課程中中，人工工智能、、信息系系統(tǒng)、算算法和程程序設計計、社會會和倫理理道德、、計算機機系統(tǒng)作作為5個主題共共同構(gòu)成成了該課課程的教教學內(nèi)容容。在該課程程的大綱綱中規(guī)定定，人工工智能部部分的教教學內(nèi)容容在高中中第三學學期為12年級的學學生開設設，教學學時間為為10周，課時時為35小時，共共計60堂課，其其中核心心教學內(nèi)內(nèi)容的課課時占2/3，拓展教教學內(nèi)容容的課時時占1/3。另外，在在人工智智能這一一主題下下，又分分為人工工智能I（專家系系統(tǒng)）和和人工智智能II（人工智智能的領(lǐng)領(lǐng)域）兩兩部分內(nèi)內(nèi)容，課課時安排排分別為為24和36堂課。高中人工工智能課課程的教教學資源源國內(nèi)中學學AI課程建設設的現(xiàn)狀狀1、教材及及相關(guān)讀讀物的編編寫一些相關(guān)關(guān)科普叢叢書先后后出版，，成為中中學人工工智能教教育的參參考書籍籍多家出版版社組織織編寫了了《人工智能能初步》新教材，，并開發(fā)發(fā)了配套套的教輔輔材料2、人工智智能教育育網(wǎng)絡資資源的建建設國內(nèi)已經(jīng)經(jīng)開發(fā)和和建設了了一些適適合中學學生學習習與體驗驗的人工工智能軟軟件和網(wǎng)網(wǎng)絡資源源3、人工智能能教育活活動和賽賽事的舉舉辦部分發(fā)達達地區(qū)，，一些部部門、公公司、學學校早已已開展了了許多與與人工智智能教育育相關(guān)的的活動4、中小學學人工智智能教學學和實驗驗的開展展在我國比比較發(fā)達達的地區(qū)區(qū)，不少少條件較較好的中中小學都都開展了了機器人人教育少數(shù)高中中（廣州州、金華華、武漢漢等）在在新課標標頒布后后開展了了人工智智能教學學實驗當前國內(nèi)內(nèi)的高中中AI教材普通高中中課程標標準實驗驗教科書書信息息技術(shù)（選修5）《人工智能能初步》教育科學學出版社社，張劍平平主編，，2004年第1版中國地圖圖出版社社，祝智庭庭主編，，2005年第1版上?？萍技冀逃龀霭嫔?，應吉康康主編，，2005年第1版廣東教育育出版社社，李冠英英主編，，2005年第1版浙江教育育出版社社，陶增樂樂主編，，2006年第1版教科版《人工智能能初步》第1章初識識人工智智能1.1什么是人人工智能能1.2人工智能能可以為為我們做做什么第2章了解解人工智智能語言言2.1了解Prolog2.2使用Prolog2.3人工智能能語言第3章用用計算機機表示知知識3.1知識及其其類型3.2知識表示示入門3.3知識表示示的常用用方法第4章用計計算機推推理4.1什么是專專家系統(tǒng)統(tǒng)4.2專家系統(tǒng)統(tǒng)如何工工作4.3如何開發(fā)發(fā)專家系系統(tǒng)第5章用智智能搜索索解決問問題5.1可以通過過搜索求求解的問問題5.2窮舉式搜搜索5.3啟發(fā)式搜搜索與博博弈第