“人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用”教學(xué)建議

郭君紅 王飛

“人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用”是選擇性必修模塊4“人工智能初步”中的一個重要組成部分。這部分內(nèi)容強調(diào)通過應(yīng)用體驗，了解智能社會面臨的倫理及安全挑戰(zhàn)，辯證認(rèn)識人工智能對人類社會未來發(fā)展的巨大價值和潛在威脅，增強信息安全防護意識，自覺維護和遵守人工智能社會化應(yīng)用的規(guī)范與法規(guī)。

● 教學(xué)面臨的問題與困境

第一，教學(xué)內(nèi)容缺乏深入挖掘。教學(xué)案例和教學(xué)資料的分析更多地處在比較淺顯的討論和說理層面，尤其是對人工智能倫理與安全等相關(guān)問題沒有深入思考，缺乏科學(xué)的推論與理論支撐，很難引起學(xué)生的內(nèi)在共鳴，這就導(dǎo)致學(xué)生思考問題流于表面，缺乏獨到見解。

第二，教學(xué)案例缺乏精心選擇。教師在備課時更多地關(guān)注如何挑選內(nèi)容新穎、技術(shù)酷炫的學(xué)習(xí)資料來吸引學(xué)生，忽略了學(xué)科知識的滲透，從而出現(xiàn)課上學(xué)習(xí)氣氛熱鬧，課后效果落實不佳的現(xiàn)象。

第三，教學(xué)線索缺乏組織條理。教師在組織教學(xué)時，忽略了案例之間的聯(lián)系，沒有形成清晰的脈絡(luò)，課堂教學(xué)組織凌亂，沒有激發(fā)出學(xué)生學(xué)習(xí)和探究新技術(shù)、新知識的積極性，也難以提高學(xué)生綜合應(yīng)用信息技術(shù)的能力。

第四，教學(xué)過程缺乏方法引領(lǐng)。教師在這部分授課過程中，常利用文本和音視頻資料呈現(xiàn)案例，缺乏利用討論、辯論等手段激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。因此，學(xué)生對人工智能技術(shù)在實際生活中解決問題的作用和價值、引發(fā)的社會問題以及未來發(fā)展方向理解不夠到位。

● 教學(xué)內(nèi)容的分析與整體把握

“人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用”是貫穿于整個人工智能教學(xué)的重點話題，在作為獨立內(nèi)容進行授課時，教師需要整體把握人工智能技術(shù)的發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域及其未來的發(fā)展趨勢。在此基礎(chǔ)上，靈活處理教材相關(guān)內(nèi)容，合理組織學(xué)習(xí)材料，開展適合學(xué)生認(rèn)知經(jīng)驗和特點的探究活動。

1.教材中內(nèi)容組織和分析

以人教—中圖版教材為例，對人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用相關(guān)問題的討論主要集中在第一章《人工智能在身邊》和第四章《優(yōu)勢局限之我見》，具體內(nèi)容和教學(xué)組織形式如表1所示。教師應(yīng)重點關(guān)注人工智能技術(shù)的特點、研究和應(yīng)用領(lǐng)域以及當(dāng)前熱點技術(shù)，教學(xué)活動方式以討論、辯論為主。

2.知識與內(nèi)容整體把握

通過教材分析可知，該部分的知識點與問題完全融合在項目教學(xué)過程中，教師在備課過程中需要對相關(guān)內(nèi)容進行整體把握，形成完整和清晰的知識脈絡(luò)，嘗試整理當(dāng)前的熱點問題（如上頁表2）。

在內(nèi)容把握上，建議選擇一項自己感興趣和熟悉的技術(shù)進行比較深入的研究，要緊扣學(xué)科知識，從人工智能技術(shù)的發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域和研究方向上把握技術(shù)的發(fā)展趨勢，理解人工智能的認(rèn)知行為和處理模式。在此基礎(chǔ)上，關(guān)注人機差異帶來的社會影響以及如何揚長避短，充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢與價值等問題。

● 教學(xué)活動實踐建議

1.整體建議

由教材分析可知，本部分教學(xué)內(nèi)容主要依托案例分析、論文和辯論會等形式開展。教師在教學(xué)過程中，要結(jié)合教材深入挖掘教學(xué)內(nèi)容，精心選擇教學(xué)案例，有效運用教學(xué)方法，對教學(xué)線索進行進一步整理。

要明確一個具體的應(yīng)用場景，充分體驗人工智能技術(shù)在科教文衛(wèi)醫(yī)療等發(fā)面發(fā)揮的巨大價值和作用。通過分析其核心的智能技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生理解歸納利用智能科學(xué)與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決問題的方式方法，把握人工智能在基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用技術(shù)、集成應(yīng)用三個層面的發(fā)展趨勢，從而使學(xué)生清晰地認(rèn)識到技術(shù)背后折射的一系列安全和倫理問題，探究人類智能與人工智能和諧發(fā)展的重要意義。

從具體教學(xué)實踐環(huán)節(jié)上看，可以從確定具體應(yīng)用領(lǐng)域、探尋核心處理技術(shù)、提煉總結(jié)過程方法、暢想把握未來趨勢、關(guān)注聚焦倫理安全等層面入手進行研究探討，具體教學(xué)實施路徑如下圖所示。

（1）確定具體應(yīng)用領(lǐng)域

結(jié)合教材相關(guān)內(nèi)容，在智能家居、智能交通、智能安防、智能物流等相關(guān)領(lǐng)域選取某個感興趣的熱點問題作為教學(xué)內(nèi)容開展探究。高中學(xué)段的教學(xué)，在打磨相關(guān)教學(xué)內(nèi)容過程中，要精心雕琢相應(yīng)的學(xué)習(xí)材料，切忌淺嘗輒止、走馬觀花，案例挖掘要進一步深入。要明確人工智能技術(shù)的應(yīng)用場景和要解決的具體問題，如利用人臉識別技術(shù)完成刷臉支付代替手機支付、利用智能聊天機器人代替人工客服解答用戶問題等;在學(xué)習(xí)材料和生活經(jīng)驗的支持下掌握其具體的工作過程，明確應(yīng)用在解決問題時的執(zhí)行順序和流程。此外，隨著項目的深入展開和討論，教師要能夠引導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展進行評判，對技術(shù)整體的應(yīng)用效果、大眾接受程度、優(yōu)勢劣勢和推廣價值等方面提出個人見解。

（2）探尋核心處理技術(shù)

分析探尋傳感器、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能搜索、智能控制技術(shù)等在解決特定領(lǐng)域問題過程中發(fā)揮的重要作用。體驗傳感器在具體場景中感知數(shù)據(jù)、獲取數(shù)據(jù)、表達(dá)信息、存儲新數(shù)據(jù)的過程;挖掘物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)共享、傳遞、集中控制中的重要作用;探索大數(shù)據(jù)在人工智能系統(tǒng)進行決策推理過程中的重要價值。例如，在智能家居模塊的教學(xué)過程中，要充分探討智能家居如何通過傳感器采集外部環(huán)境信息，如何利用物聯(lián)網(wǎng)傳遞數(shù)據(jù)對系統(tǒng)各部件進行集中管理，以及如何通過大數(shù)據(jù)模型進行人機交互和智能控制。

（3）提煉總結(jié)過程方法

在具體案例分析過程中對人工智能解決問題的方式方法進行進一步歸納總結(jié)。在此過程中，尤其要關(guān)注人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)的挖掘和感知，從數(shù)據(jù)挖掘的角度探討人工智能在問題分析、規(guī)則處理、自動化判斷響應(yīng)過程中獨特的解決方法;進一步關(guān)注人機在處理問題上的差異，可以從感知事物的角度途徑、分析解決問題的方法方式、反饋問題的行為等方面討論人機異同，根據(jù)二者執(zhí)行過程與方式的不同，探討人工智能的優(yōu)勢與劣勢。在此基礎(chǔ)上，可以探討利用人工智能技術(shù)解決實際生活問題的價值，如在智能教育場景中，利用平臺和智能工具收集學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，通過教育大數(shù)據(jù)對學(xué)生的學(xué)業(yè)水平做進一步智能診斷、分析，調(diào)整學(xué)習(xí)計劃，規(guī)劃個性化解決方案，提高學(xué)習(xí)效率。

（4）暢想把握未來趨勢

在案例分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合人工智能技術(shù)的發(fā)展歷程，對人工智能技術(shù)的發(fā)展提出個人的見解。在本環(huán)節(jié)的教學(xué)過程中教師要充分把握學(xué)段特點，指導(dǎo)學(xué)生對未來的發(fā)展方向提出有科學(xué)依據(jù)、條理清晰、邏輯合理的判斷，而不是主觀臆想?？梢愿鶕?jù)教材中提供的基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用技術(shù)、集成應(yīng)用等幾個方面對未來技術(shù)的發(fā)展規(guī)律進行探討。例如，結(jié)合當(dāng)前新冠疫情防控，以健康寶在防疫中的人工智能技術(shù)應(yīng)用為切入點，基于健康寶采集的海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過人工智能技術(shù)挖掘數(shù)據(jù)背后的個人或組織的健康防疫狀況，減少健康寶的誤判誤報等使用問題，給出合理化的風(fēng)險研判和防控建議，提出有價值的防控措施方案。

（5）關(guān)注聚焦倫理安全

技術(shù)是一把雙刃劍，本模塊的教學(xué)要強調(diào)挖掘案例背后的原理，有意識地通過深度討論將學(xué)生的視野引向人工智能技術(shù)背后的思考，關(guān)注技術(shù)發(fā)展的過程中引發(fā)的各種各樣的新矛盾和新問題，尤其是人工智能技術(shù)在數(shù)據(jù)安全、決策控制、社會行為規(guī)范以及情感倫理等方面產(chǎn)生的一系列問題。例如，在應(yīng)用人工智能技術(shù)服務(wù)生活的同時，如何確保網(wǎng)絡(luò)安全，保證用戶數(shù)據(jù)的隱私性;如何規(guī)避過度依賴技術(shù)造成的決策權(quán)旁落而引發(fā)的各種隱患;如何理性看待人工智能與人類智能的差異，更好地促進人類社會與智能社會的融合，保證人機協(xié)同，共建智能時代的和諧健康與高效。

2.活動方式

本模塊更多聚焦于人工智能與社會發(fā)展，建議教學(xué)活動以討論、辯論、論文、專題匯報等形式展開。教學(xué)實施的最大難點在于實際操作體驗相對較少，內(nèi)容深度挖掘困難較多。因此，教師需要在設(shè)計活動時精心設(shè)計與挑選案例。

在教學(xué)案例的選擇，教師要對所選內(nèi)容的核心技術(shù)有一定的了解，要盡量做到有相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計操作經(jīng)驗，能夠使用相關(guān)平臺和編程工具復(fù)現(xiàn)其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)。只有這樣，才能夠在教學(xué)中做到有話可說，有據(jù)可依，游刃有余。

在教學(xué)資源的選擇上，可以提供文本、視頻資料、實際產(chǎn)品等相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生日常關(guān)注的科技熱點、電影動漫、創(chuàng)意玩具等主題內(nèi)容都可以作為課堂學(xué)習(xí)資料進行引用和研討。

在授課內(nèi)容上，要緊扣學(xué)科特點和學(xué)生學(xué)習(xí)特質(zhì)，進行有“深度”的研討。要緊扣信息技術(shù)學(xué)科大概念，從人工智能技術(shù)的特點和原理入手，以科學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，對人工智能的發(fā)展、安全、倫理等問題進行合理的描述與判斷，在這個過程中充分提升學(xué)生的信息意識，培養(yǎng)計算思維能力。

教學(xué)活動中也要注意教師角色的轉(zhuǎn)換，教師是活動的組織者、學(xué)習(xí)活動的引導(dǎo)者，同時也是整個活動的學(xué)習(xí)者，教師要適時把控活動內(nèi)容，防止形式大于內(nèi)容的情況出現(xiàn)，并對學(xué)生在解讀資料時出現(xiàn)的科學(xué)性問題進行及時輔導(dǎo)糾正，防止偏差。對于討論生成的不可控問題，教師要從專業(yè)視角引導(dǎo)學(xué)生進行權(quán)威資料的查閱和學(xué)習(xí)，從知識和技術(shù)層面拓展學(xué)生的視角，幫助學(xué)生把握學(xué)習(xí)的方向。

3.案例設(shè)計

在具體實踐層面上，教師可以打破設(shè)備桎梏，充分挖掘生活中的資源，案例可以來自生活中的常用設(shè)備、電視新聞、各類書籍、多媒體資料以及科幻電影等。近年來，以科幻電影作為學(xué)習(xí)材料開展項目研討的方式逐步得到了部分教師的青睞，筆者以科幻電影中的人工智能技術(shù)發(fā)展為核心，結(jié)合問題做案例分析，具體舉例如表3所示。