淺談普通高中教學中人工智能教學素材的選擇

摘要：本文主要介紹如何合理選擇教學素材來幫助學生體驗并了解人工智能工具。隨著人工智能的發展，教材中有的教學素材已經過時或需要較高的軟硬件支持，教師必須另尋更切合課堂教學實際的教學素材展開教學。在實際的教學過程中，筆者通過慧視小靈鼠軟件、百度在線翻譯、小I機器人等教學素材，提高了學生的學習興趣，從而讓學生更好地了解它們的工作原理及應用價值。

關鍵詞：教學素材""人工智能""高中信息技術""自然語言理解

引言

在多年高中信息技術的執教生涯中，筆者深刻地體會到課堂教學的效果與教學素材的選擇息息相關。隨著科技的日新月異，教材中有的教學素材已經過時。此時，教師若照搬教材內容，必然加大了教學難度，教學目標也不能順利完成。本文通過探索學生感興趣的教學素材來提高其學習興趣，以幫助學生了解人工智能工具及其工作原理。

一、整合人工智能教學素材的必要性

選擇恰當的教學素材既能夠激發學生的求知欲，更能幫助學生理解教學目標。人工智能課程介紹了人工智能工具的應用及其工作原理，但是，隨著人工智能技術的蓬勃發展，教材中的案例也呈現出了一定的局限性。

其中虛擬主播安娜現在已經無法訪問，故而已不能作為導入教學素材。人工智能分為兩大領域：模式識別、自然語言理解。教材也正是圍繞這兩大領域組織活動。教材中安排的活動1需要用到手寫板、掃描儀等設備，由于我校計算機教室并未配備該類教學設備，從而導致學生無法全面了解模式識別。故需選擇恰當的教學素材來替代手寫板、掃描儀等硬件資源進行模式識別的教學。

教材中引用機器人ELIZA介紹自然語言理解，而其僅支持英文交流，對于我校學生來說，交流難度大，不能很直觀地發現其優缺點。另外，ELIZA是早期的聊天機器人，也不支持語音輸入。隨著人工智能技術的不斷完善，聊天機器人的功能、數據庫也在不斷更新，選擇一個典型的、功能更完善的聊天機器人則能更好地幫助學生了解機器是如何理解自然語言的。

信息技術課程教學理念提倡要合理利用教學素材，在教材的處理問題上，應該是“用教材”而不是“教教材”。另外，人工智能技術發展迅速，教師也需要不斷充電，把最新最前沿的技術帶入課堂為學生服務，幫助學生了解相關技術及應用。因此，筆者在尊重教材原來知識體系的基礎上，選擇與時俱進的、典型的、實用性強的教學素材進行教學，從而能更好地展開教學并完成課程標準中要求的學業教學目標。

二、選擇智能家居視頻素材激發學生學習興趣

（一）放映“未來之屋”幻燈片，介紹典型的智能家居

高中信息技術任課教師都會有“學生喜歡玩電腦，但不喜歡上信息技術課”的上課感受。學生心中理想的信息技術課是無拘無束地玩游戲、聊天、看視頻、聽音樂等，而這樣的課堂是低效且無法完成學業教學目標的。普通高中信息技術課程的總目標是培養學生的信息素養，學生的這些愿望與信息技術課程的目標相沖突。那如何把學生的注意力從“玩電腦”轉移到“學信息技術”上來，需要信息技術教師對信息技術教學素材和教學方式進行深入鉆研。美國當代著名的教育家布盧姆說過：“學習的最大動力是對學習材料的興趣。”學生對教學素材產生濃厚的興趣，就會激發強烈的學習動機。學生有了學習動機之后，教學方能得心應手。

人工智能課程是理論性較強的課程，如果照本宣科地講解人工智能的工作過程及原理，勢必導致學生學習興趣低下、課堂氣氛沉悶。這種教學模式顯然與現代教學理論、課程理念背道相馳。高中生追逐時尚，喜歡新穎的事物，利用學生的這種心理特點，選擇高端的智能家居視頻作為素材導入新課，必然更能吸引學生的眼球，提高學生學習的興趣，從而能更好地展開教學，完成課程學業教學目標。

教師放映“未來之屋”——“比爾·蓋茨豪宅”幻燈片，展示神奇的人跡追蹤、自動感應照明、自動檢測健康狀況系統、智能灌溉系統的圖片。學生感受到智能家居的安全、便利、高端，時而有學生說“好神奇、太智能了”。學生興趣盎然地欣賞著圖片，注意力完全被“智能家居”所吸引，帶著疑問和驚訝自覺地進入了新課的學習之中。

（二）播放Aido智能家居視頻，介紹高端的智能家居

“未來之屋”是20世紀的智能家居的典型，隨著物聯網的蓬勃發展，已經不能代表現在智能家居的科技水平了。日月更替，智能家居技術也發生著翻天覆地的變化：隨著光線明暗能自動開啟的智能窗簾；能通過網絡和APP遠程遙控的智能電視、智能冰箱、智能空調走進千家萬戶。智能家居的功能在不斷地完善，它的使用也在不斷地方便著人們。

視頻中，Aido可以把游戲畫面或視頻投影到墻面；可以避開障礙物，在屋內自由移動；配置的觸覺傳感器使它有觸覺，并做出反應；能夠成功地辨認家庭成員；能熟知物體的分布情況，并對環境及人體進行分析，通過WiFi與其他智能家居設備連接，創造出完美的智能居家環境。

觀看視頻時，不時有學生發出感慨“好可愛啊！它怎么這么給力？”“都快超越人類了！”“我也想有一個這樣的朋友！”學生們聚精會神地觀看著視頻，逐漸喜歡上了這位杰出的管家，被它的魅力所深深吸引。在觀看時，有學生竊竊私語：它是怎么識別人臉的？又是如何識別理解人類語言的？這時，學生有了強烈的求知欲、濃郁的好奇心，教師再帶領學生揭開人工智能的面紗，水到渠成地引入了新課題，教學也達到了事半功倍的效果。

三、選擇典型性素材，理解模式識別

（一）使用慧視小靈鼠手寫輸入文字，了解手寫板的應用情境

教師課前在學生機上安裝慧視小靈鼠軟件，并將制作“幫助文檔”介紹其使用方法。課堂上，教師布置任務：在2分鐘內，請同學們利用慧視小靈鼠軟件手寫輸入《采桑子·重陽》，且以候選框中的第一個字為依據，判斷該軟件的識別率，并思考影響識別率的因素有哪些。

在活動結束后，有同學吐槽：字還沒有寫好，它就識別出漢字了，關鍵還是錯誤的！在使用軟件的過程中，有學生體會到了該軟件的弊端：當用戶稍微暫停輸入，識別的文字錯誤率較高。也有同學比較認可它：遇到陌生字、生僻字也能識別出來，而且識別速度很快。

（二）使用慧視小靈鼠識別圖片，了解影響識別率的因素

活動結束后，統計出有60%的同學完成整篇文章的輸入，手寫輸入的識別率有61.1%、92.3%、99%。學生們感到驚訝：同樣的軟件，識別率怎么有明顯的差距？教師展示醫生開的處方單圖片及標準的楷體字圖片，用慧視小靈鼠識別，結果不盡如人意。學生恍然大悟：它也不是非常地智能化——無法識別“天馬行空”的字。

通過活動學生能夠很直觀地認識到手寫板輸入的優缺點及其應用價值：可用作生僻字或陌生字的輸入工具，手寫速度、筆畫的規范度影響其識別率。

（三）開展“你寫我猜”活動，理解文字識別原理

通過“編制計算機程序解決問題”的學習，學生已經知道計算機的工作原理，對鍵盤輸入的文字如何被電腦識別的原理了然于胸。教師在手寫輸入活動結束后適時提出問題：用手寫板輸入的漢字是如何被電腦識別的？這個問題難度稍高，學生并不能迅速地給出正確回答。于是，教師安排“你寫我猜”活動：兩人一組，輪流在后背書寫漢字，請另一人猜字。活動結束后詢問同學有沒有成功猜出文字，并請同學們回憶猜字過程。學生能夠大概說出關鍵的步驟是筆畫識別，與腦中的字庫進行匹配。教師指出智能的本質是模仿人類的思維過程，文字識別過程也就是對人腦識別文字過程的模仿，所以它的識別過程也就是通過筆畫特征匹配識別。這樣，學生對“用手寫板輸入漢字的工作流程”的認識不是通過枯燥、生硬的圖表得來的，而是與生活經驗相結合的、感性的體驗產生的。

慧視小靈鼠軟件既可以識別文字，還可以識別圖片上的文字，是功能比較齊全的識別軟件。通過該軟件的使用，學生能夠更直觀、更形象地領會文字的識別過程。同時，通過親身經歷獲得的知識要比死記硬背的記憶要更加深刻，理解更加透徹。教師在教學中應多選擇能讓學生動手操作、親身經歷的教學素材，更有利于學生發現問題，進而在問題的解決中取得進步。

四、選擇實用性強的素材，體驗自然語言理解

（一）選擇百度在線翻譯工具進行中英互譯，體驗機器翻譯

《普通高中信息技術課程標準》在基本理念中提出“讓學生在信息的獲取、加工、管理、呈現與交流的過程中，在通過交流與合作解決實際問題的過程中，掌握信息技能，感受信息文化，增強信息意識，內化信息倫理”。所以在選擇素材時，我們還應該注意教學素材的實用性，讓學生利用各種渠道來解決實際問題。

在科技日新月異的今天，人工智能工具遍地開花。為了幫助學生了解自然語言理解的工作過程，筆者選擇實用的百度在線翻譯工具介紹自然語言理解。教師展示名句“Where there is a will，there is a way”，請學生翻譯成漢語。在提問幾位同學后，得出譯文“有志者，事竟成”。接下來，學生自主通過百度在線翻譯“有志者，事竟成”，能夠迅速得到譯文“Where there is a will，there is a way”，體驗到用智能工具解決問題的高效性、便捷性。在遇到不會的單詞，無法求助同學、老師時，學生可以利用百度在線翻譯迅速解決問題。

然而，教師用百度在線翻譯“Where there is a will，there is a way”，得到譯文“哪里有意志，哪里就有路”。這既生硬又無邏輯的譯文引得學生哄堂大笑。于是學生體會到：在實際使用相關人工智能工具時，不能拿來主義，要學會對譯文進行適當調整。

此時，教師請同學們回憶人工翻譯過程：首先逐個翻譯單詞，其次調整語序，最后根據前后的邏輯關系梳理句子、調整詞義。機器翻譯的過程與人工翻譯的過程大同小異。但是，機器翻譯僅通過事先設定好的程序，在它的單詞庫、語法庫中尋找與之匹配的單詞、語法結構，卻無法像人一樣更好地梳理邏輯關系，所以才會出現一些啼笑皆非的譯文。通過對比活動，學生對人工翻譯與機器翻譯的優缺點及機器的翻譯過程了然于胸。

教師設計了與學生日常學習息息相關的活動及相關教學素材，學生的學習積極性被調動起來，保持了極大的學習熱情。教師把信息技術與英語學科的學習有機地結合起來，運用信息技術拓寬了英語學科的學習渠道，提高了學生運用信息技術解決實際問題的能力。

（二）選擇小I機器人，體驗與機器人聊天

小I機器人的知識庫涉及通信、金融、電子政務、電子商務、智能家電和汽車交通等多個領域，只需聯網就可以訪問，故在實際教學中我挑選了小I機器人。

學生可以利用中文與小I機器人進行聊天，也可以語音輸入，這大大降低交流的難度。在與小I機器人交流的過程中，學生不難發現小I機器人有聊天、查找歌曲、查詢天氣、檢索網頁、講笑話、訂機票等功能。在交流中，有學生發現小I機器人有時答非所問，或反復問小I機器人同一個問題時，小I機器人給出的結果卻并非千篇一律。在使用小I機器人的體驗過程中，學生能夠感受到小I機器人強大的數據庫，同時也發現它“智能”的局限性。

《普通高中信息技術課程標準》提出該模塊內容的學業目標是“通過部分智能信息處理工具軟件的使用，體驗其基本工作過程，了解其實際應用價值”。筆者通過慧視小靈鼠軟件、百度在線翻譯、小I機器人等，讓學生了解了它們的工作過程及其應用價值，學生亦能夠直觀感受到人工智能工具的處理過程就是邏輯推理的過程以及其與一般工具的區別，進而深刻地理解了人工智能的本質。

總之，信息技術教師要尋找各種機會去充電，不斷地與時俱進，更需不斷地更新教學素材。要創造性地去使用教材，要對教材知識進行重組和整合，選擇典型的、能夠緊密聯系學生學習實際的教學素材。要正確認識教學素材的作用，恰如其分地運用教學素材，充分地調動學生學習的積極性，讓學生愿意學、想去學。

責任編輯：黃大燦