主持人

李維明，教育部普通高中信息技術課標修訂組核心成員，正高級教師（教授）

主持人語：繼教育部正式頒布《普通高中課程方案（2017年版）》及《普通高中課程標準（2017年版）》之后，目前已完成新教材的編寫修訂工作。更為可喜的是，國務院辦公廳新近頒發了《關于新時代推進普通高中育人方式改革的指導意見》，提出了優化課程實施的新舉措——結合推進高考綜合改革，2022年前全面實施新課程、使用新教材，也就是在2022年之前新課程、新教材得到全面實施。為此，不少省區已經制訂了全面推進新課程的實施方案，新的教學時代即將展開。為配合即將到來的新課程、新教材的教學，“普通高中信息技術新課標教學實施”專欄應運而生，目前已先后討論了“如何實施‘三新一舊的信息技術學科教學”（共5期）和“信息技術學科課程教學條件的創設的基本策略”（共4期）等話題，得到了廣大信息技術教師和教研人員的支持和認可。本期繼續針對“必修模塊1的教學”展開“普通高中信息技術新課標實施之教學專題一”的研討，內容包括“必修模塊1的教學概述”“必修模塊1的教學建議—單元1：數據與信息”“必修模塊1的教學建議—單元2：數據處理與應用”“必修模塊1的教學建議—單元3：算法與程序實現（含了解人工智能）”及“必修模塊1的教學測評”等專題，以饗讀者。同時，也希望廣大信息技術教師、教研人員積極參與，獻計獻策，共同促進學科課程的順利實施、健康發展。歡迎大家不吝賜稿（358211798@qq.com）。

普通高中信息技術新課標實施之教學專題一

必修模塊1的教學

必修模塊1的教學概述

必修模塊1的教學建議—單元1：數據與信息

必修模塊1的教學建議—單元2：數據處理與應用

必修模塊1的教學建議—單元3：算法與程序實現（含了解人工智能）

必修模塊1的教學測評

“算法與程序實現（含了解人工智能）”是《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》（簡稱《標準》）“必修模塊1：數據與計算”中的重要內容之一，主要包括簡單算法的表示與編程實現，也包括人工智能的了解與認識等幾個方面。在教學中應當以算法為要旨，以編程為手段，以問題解決為核心展開教學。

參透“算法”

算法是指一個有窮規則的集合，也就是一個解決某一特定類型問題的運算序列。在計算機科學中，為保證計算機有序執行指令，算法都具有指定輸入、指定輸出、確定性、有效性和有限性五個基本屬性——這些定義是比較專業而又抽象的。而在《標準》中，對算法學習的要求并不是那么專業，只是“從生活實例出發，概述算法的概念與特征，運用恰當的描述方法和控制結構表示簡單算法”。這里提到的算法的“概念與特征”用前述的一段文字就可概括;對如何“運用恰當的描述方法和控制結構表示簡單算法”也可以分別來認識。

首先什么才是描述算法“恰當的”的方法，《標準》里并沒有明確指出，但在目前教育部已經審定的幾套教材中，幾乎都有著同樣的表述——描述算法的方法有“自然語言”“流程圖”和“偽代碼”等三種，而對“控制結構”也同樣說明有“順序結構”“選擇結構”和“循環結構”等三種。

然后就是如何“運用”這些方法和控制結構來描述算法。《標準》中提出：“創設程序設計的活動情境，組織學生在解決問題的過程中探究順序結構、選擇結構和循環結構的特點，通過小組學習，分析問題，設計解決問題的算法。”這里提到的創設“活動情境”，是什么樣的情境呢？教材中也將其具體化了：有描述洗衣機“洗衣流程”的，也有描述“紅燈變綠燈”的，還有A市到B市“最短路線”的……不管設置什么樣的情境，都是便于學生“探究”方法結構的特點，“設計”解決問題的算法。

倚重“編程”

所謂“編程”，就是使用某種語言進行程序設計，從而實現算法的通俗說法。在《標準》中，對編程的要求首先是“掌握一種程序設計語言的基本知識”，這是《標準》中少有的提法。何為“掌握”？一般的解釋是：能理解學習材料的內涵和意義，并能在熟悉的基礎上加以靈活運用。由此可見《標準》要求的“掌握一種程序設計語言的基本知識”就是要求學生能理解“程序設計語言”的內涵和意義，在熟悉“程序設計語言”的基礎上，能靈活運用，從而達到“使用程序設計語言實現簡單算法”的要求。

“掌握”的含義不僅僅如此，更需要“通過解決實際問題，體驗程序設計的基本流程，感受算法的效率，掌握程序調試與運行的方法”。什么是實際問題呢？《標準》給出了一些例子。例如，通過編程實現枚舉法中的“百錢買百雞”等經典案例，體驗程序設計的基本過程，學習程序設計的基本方法;通過設計“選課系統”“趣味小游戲”等具有一定實用價值的程序，培養學生利用程序設計解決實際問題的基本能力。

其中“百錢買百雞”的問題，是我國古代的一道經典的數學題，解決時需要先分析問題，尋找解決問題的方法，然后再將其抽象，建立數學模型，設計出算法，用計算機語言設計程序，運算出結果。而對于選課系統，趣味小游戲則需要花更多的時間去進行需求分析，搞清楚需要解決的問題是什么，然后才能建立模型設計算法，最終達到解決問題的目的。所以，不管解決什么樣的實際問題，都需要親歷計算機解決問題的一般過程：分析問題—設計算法—編寫程序—調試運行。

從以上分析可以看出，編程是實現算法、解決問題的重要手段，也是《標準》必修模塊1教學的重難點所在，建議教學時預留足夠的課時，讓學生動手設計程序、調試程序，從而掌握編程解決真實問題的基本技能，以達成本模塊的教學目標。

如果把眼界再放開來看，整個高中的信息技術課程，用“數據”“算法”可以將其貫穿，而實現算法、處理數據的方法其實都與編程解決問題息息相關（如下頁圖）。

由此可見，“掌握一種程序設計語言的基本知識”、編程“解決實際問題”的技能何其重要。在教學中一定要對其高度重視，特別是在必修模塊1的教學中，絕不能掉以輕心。

至于學習編程時選擇什么語言，《標準》并未指定，不過從教育部新審定通過的五套教材來看，全都不約而同選擇了當今最為流行的編程語言：Python。這是因為Python有相對較少的關鍵字，結構簡單，有一個明確定義的語法，學習起來更加簡單;Python代碼定義得更清晰，易于閱讀;Python的源代碼易于維護;Python語言是免費使用的，獲得也十分容易。當然，選擇什么語言并不重要，因地制宜才是正確的選擇之道。

正視AI

對于人工智能（AI）的知識，算法及硬件技術的突破，使得“昔日王謝堂前燕，飛入尋常百姓家”，人臉識別、語音識別、無人駕駛等應用，早已耳熟能詳，婦孺皆知。目前的人工智能教育，社會上熱度很高，但對于信息技術課程來說，不能簡單地跟風炫酷，而要“通過人工智能典型案例的剖析，了解智能信息處理的巨大進步和應用潛力，認識人工智能在信息社會中的重要作用”。這是《課標》的要求，也是在高中必修課程學習期間應該達到的目標。

這里的幾個關鍵詞是“剖析”“了解”“認識”，這正好表明了對人工智能部分學習要求的程度，其中最難把握的是“剖析”。《中國現代漢語大詞典》對“剖析”的解釋是：“【剖析】動分析、解說。”這是動詞，是需要在教學中對“人工智能典型案例”進行“分析”“解說”，從而達到“了解”和“認識”的作用。那什么才是“人工智能典型案例”？《標準》舉出了實例：“例如：通過研討人工智能在智力競賽及圖像記憶挑戰中奪冠、戰勝頂級人類棋手等事件……”也就是說，教學中需要對類似這樣的圖像識別、人機博弈等應用進行“分析”“解說”，讓學生了解其“進步”和“潛力”，認識其在社會中的重要作用，從而“引導學生深入了解人工智能技術，思考人工智能發展對社會發展的影響，以及可能會引發的社會問題”。

對于教學的方法，《標準》建議：“在教學實施中，教師可通過情境模擬或實景觀察等方式，讓學生體驗人工智能對社會發展的影響，感受人工智能與社會各領域結合所帶來的巨大變化，思考人工智能廣泛使用可能會引發的社會問題及應對策略。”在新課標教材中，都設置了一些人工智能應用的典型應用案例供學生進行“剖析”，如“空調企業智能客服機器人”“智能班級交互系統”“手寫數字識別”等，試圖通過這些案例的剖析，讓學生了解人工智能的應用，認識人工智能的作用。

按《標準》的表述，至此已經達到教學的要求。但其中似乎少了一些學生對人工智能技術的參與及體驗。也就是說，之前學生學習了程序設計語言，進行了編程實踐，實現了一些“算法”，而人工智能也是某種“算法”，只不過復雜程度更高而已。能否讓學生通過簡單的編程，調用人工智能算法來實現自己的“人工智能應用”功能，去解決應用中的一些簡單的問題呢？答案是肯定的。有些教材就考慮到了這一點，設計了“編程調用平臺中的智能工具”，開發自己的智能應用，如智能“信息值守機器人”“人工智能繪畫”“智能客服機器人仿真系統”等，既照應了之前的語言學習，又拓展了學生的智能體驗，可謂一舉兩得。

總之，本單元的教學內容相當重要，教學難度之大、教學時間之長可想而知，教學中必須十分重視，只有抓住“算法”核心，倚重“編程”手段，劍指“問題解決”，方能出奇制勝，取得良好的教學效果。