我國高中人工智能教育目標(biāo)的分類、分層體系構(gòu)建

1、我國高中人工智能教育目標(biāo)的分類、分層體系構(gòu)建 摘要：高中人工智能教育的有效開展需要教育目標(biāo)的導(dǎo)引。然而，從人工智能學(xué)科本身的特點、高中生的心理發(fā)展特點以及我國特殊的高中教育國情來看，人工智能的教育目標(biāo)應(yīng)細(xì)化為人工智能有關(guān)知識的獲取與表達(dá)，人工智能核心技能的習(xí)得與遷移，人工智能豐富魅力的充分體驗。而由于我國高中教育中普遍存在的地區(qū)差異、學(xué)校差異、學(xué)生差異等，我國高中人工智能的教育目標(biāo)還應(yīng)進行二級細(xì)化：初級水平定位于經(jīng)驗，中等水平指向于體驗與技能并重，高級水平指向開發(fā)創(chuàng)新。關(guān)鍵詞：高中；人工智能；教育目標(biāo)；目標(biāo)體系2001年12月中國人工智能學(xué)會成立教育工作委員會，2002年10月在北京召開主題為

2、“信息時代的智能教育”的第一屆全國人工智能教育學(xué)術(shù)研討會，2003年4月頒布首次將人工智能學(xué)科納入信息技術(shù)課程范疇的普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗），人工智能教育開始呈現(xiàn)出快速發(fā)展的態(tài)勢。為保證研究工作者和教學(xué)工作者的導(dǎo)向正確，有必要對我國現(xiàn)階段普通高中人工智能的教育目標(biāo)進行具體化研究。一、高中人工智能教育目標(biāo)闡釋教育部2003年頒布的普通高中技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）中，對于高中人工智能的教育目標(biāo)是這樣陳述的：“學(xué)生應(yīng)能描述人工智能的基本概念，會使用一種人工智能語言解決簡單問題，把握其基本特點；能利用簡易的專家系統(tǒng)外殼開發(fā)簡單的專家系統(tǒng)；知道人工智能對人類學(xué)習(xí)、生活的影響；通過感受人工智能技術(shù)的豐富魅

3、力，增強對信息技術(shù)發(fā)展前景的向往和對未來生活的追求?！边@主要是基于課標(biāo)中知識及其表達(dá)、推理與專家系統(tǒng)、人工智能語言與問題求解三個主要教學(xué)內(nèi)容的目標(biāo)陳述。作為一個教育目標(biāo)的總體陳述，從實施角度看，它可以進一步分為教學(xué)的目標(biāo)、支持的目標(biāo)和管理的目標(biāo)三大類。教學(xué)的目標(biāo)被定義為所要獲得的學(xué)識，支持的目標(biāo)被定義為所要提供的服務(wù)，而管理的目標(biāo)則被定義為管理的各種功能。1為有利于課程目標(biāo)的清晰性，Stephen L Yelon 基于Ralph Tyler1950年的論述，從課程要素分析入手，制定出關(guān)于教育目標(biāo)的五條基本規(guī)則：讓真實世界的表現(xiàn)目的與教學(xué)目標(biāo)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)；讓內(nèi)容與目標(biāo)產(chǎn)生關(guān)聯(lián)；讓教學(xué)方法與目標(biāo)產(chǎn)生關(guān)

4、聯(lián)；讓測驗與所有其他要素產(chǎn)生關(guān)聯(lián)；察覺不一致的地方。2而奧恩斯坦（Allan Ornstein）等則從課程目標(biāo)的具體化、可操作化角度切入，做了大量的工作，制定出課程具體目標(biāo)的指導(dǎo)準(zhǔn)則:匹配、價值、措詞、合適、邏輯分類、定期修訂。3我國也有學(xué)者主張把課程目標(biāo)“行為”層次分為三個級別，第一級別是掌握基礎(chǔ)知識的能力，第二級別是運用基礎(chǔ)知識的能力，第三級別是形成觀念并外化為行為的能力。4雖然，基于目前的實際情況，我們還不能也沒有必要對高中人工智能教育進行類似的細(xì)化研究，但它卻為我們的具體化研究提供了一個思路：根據(jù)人工智能學(xué)科本身的特點、高中生的心理發(fā)展特點以及我國特殊的高中教育國情，應(yīng)將人工智能的教育

5、目標(biāo)進行一級細(xì)化構(gòu)建我國高中人工智能的分類目標(biāo)體系；而由于我國高中教育中普遍存在的地區(qū)差異、學(xué)校差異、學(xué)生差異等，我國高中人工智能的教育目標(biāo)還應(yīng)進行二級細(xì)化構(gòu)建我國高中人工智能的分層目標(biāo)體系。二、一級細(xì)化：分類目標(biāo)體系的構(gòu)建在高中開設(shè)人工智能教育要考慮到其獨特的制約因素。1.人工智能學(xué)科本身的特點。人工智能是20世紀(jì)50年代中期興起的一門新興邊緣學(xué)科，既是計算機科學(xué)的一個分支，又是計算機科學(xué)、控制論、信息論、語言學(xué)、神經(jīng)生理學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)、哲學(xué)等多種學(xué)科相互滲透而發(fā)展起來的綜合性學(xué)科。它從誕生伊始，就打上了科技取向的深深的烙印。在半個多世紀(jì)的歷程中，主要從技術(shù)層面思考如何讓機器學(xué)會思考這一問

6、題。而作為人工智能教育的課程建設(shè)的目標(biāo)定位也主要在于指向程序編寫的計算機語言學(xué)習(xí)。這么一門“高深”的學(xué)科，要讓高中生了解、掌握，需要作出適當(dāng)調(diào)整。2.高中生的心理特點。高中生年齡普遍在十四五歲到十七八歲之間，身體發(fā)育接近成人水平，心理逐漸趨于成熟，思維能力得到很大的發(fā)展，能從具體事物看出抽象規(guī)律，并具有辯證性，喜歡提出獨到見解。但是由于長期以來受傳統(tǒng)教學(xué)的影響，接受的教育主要是學(xué)科知識的教學(xué)，對于人工智能方面的知識接觸較少，或者基本沒有接觸。這要求人工智能教育在高中的開展應(yīng)考慮其原有知識、能力與情感基礎(chǔ)，需要逐步地進行，針對不同學(xué)生的不同狀況分層次進行。3.我國特殊的高中教育國情。從1949年

7、以來，教育部（或國家教委）雖然已經(jīng)頒布了16個有關(guān)普通高中的課程計劃，5然而，現(xiàn)實的教育國情依然令人擔(dān)憂：高中的教育基本還是以升學(xué)為目標(biāo)指向的。無論是教師還是學(xué)生、校長還是家長，對高中教育質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)基本上還是升學(xué)率這一維度。在這種現(xiàn)實背景下的人工智能教育，如果不能有助于學(xué)生更輕松、有效地學(xué)習(xí)而只是關(guān)注理論上的人的和諧發(fā)展或社會意義，將得不到真實、有效地開展，也不可能真正意義上減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)。在三大基本制約因素的作用下，我國高中人工智能教育目標(biāo)大致可以分為以下幾個部分。（一）人工智能有關(guān)知識的獲取與表達(dá)目前，我國高中信息技術(shù)師資隊伍中，接觸或者接受過人工智能教育的人并不多。教師即使在大學(xué)

8、接觸過人工智能，也對其中艱深的知識、枯燥的理論和蒼白的教學(xué)范例心懷失望。而對于一般的高中學(xué)生而言，對人工智能本身基本沒有接觸，即使有也可能是教師講的片言只語、或者是影視作品的影響，往往懷有某種神秘感；一旦人工智能教育在高中開設(shè)后，其神秘面紗被揭開，原先的神秘感就成為巨大的失落感。造成師生雙方這種不利于高中人工智能教育開展的主要原因在于對人工智能了解的缺乏。高中的人工智能并不是大學(xué)人工智能專業(yè)課的簡單下移，它的主要目標(biāo)之一是讓學(xué)生了解有關(guān)人工智能的最基礎(chǔ)的知識。關(guān)于基礎(chǔ)知識，新課標(biāo)中規(guī)定，高中人工智能主要由知識及其表達(dá)、推理與專家系統(tǒng)、人工智能語言與問題求解三個主要部分組成。強調(diào)通過學(xué)習(xí)，讓學(xué)生

9、掌握知識的類型與表達(dá)形式，學(xué)會模仿專家解決問題的基本思路，知道人工智能在現(xiàn)實生活以及未來生活中扮演的重要角色。（二）人工智能核心技能的習(xí)得與遷移如果把高中的人工智能教育目標(biāo)僅僅定位于了解有關(guān)的基礎(chǔ)知識，無疑是在學(xué)生原有的沉重負(fù)擔(dān)的基礎(chǔ)上再施加壓力，不利于學(xué)生的和諧發(fā)展，更不符合本次新課改的基本精神。了解也不是記住有關(guān)概念，而是讓學(xué)生理解人工智能的實質(zhì)及其基本原理，掌握人工智能知識與技術(shù)中的科學(xué)方法，6形成相應(yīng)的技能：知識的類型及其表達(dá)是為了讓學(xué)生習(xí)得對知識的網(wǎng)絡(luò)化、主題化的處理能力以及相應(yīng)的表達(dá)能力；推理與專家系統(tǒng)通過對專家解決問題思路的模仿而發(fā)展學(xué)生的解決實際問題的能力；人工智能語言與問題求

10、解主要是基于人工智能的多方面的應(yīng)用而設(shè)立的，對學(xué)生的良好信息素養(yǎng)能力的形成、創(chuàng)新思維能力的發(fā)展具有較大的影響。人工智能作為一門新開設(shè)的課程（或模塊），用其獨特的學(xué)科特性，發(fā)展其他學(xué)科所不能給予的能力。（三）人工智能豐富魅力的充分體驗高中人工智能教育的基礎(chǔ)知識的了解與掌握、基本技能的發(fā)展，描繪了人工智能技術(shù)的典型運用，讓學(xué)生感受人工智能技術(shù)的豐富魅力，增強對信息技術(shù)發(fā)展前景和對未來生活的追求；能辯證地認(rèn)識信息技術(shù)對社會發(fā)展、科技進步和日常生活學(xué)習(xí)的影響；能理解并遵守與信息活動相關(guān)的倫理道德與法律法規(guī)，負(fù)責(zé)任地、安全地、健康地使用信息技術(shù)。具體而言，大致包括：充分體驗人工智能思想對學(xué)科學(xué)習(xí)的借鑒意

11、義，對學(xué)科知識進行系統(tǒng)整理與歸納，并以適當(dāng)方式進行表述；充分體驗知識的拓展、視野的開闊，激發(fā)創(chuàng)新思維，體驗人類專家解決復(fù)雜問題的思路，發(fā)展科技意識和研究意識；充分體驗人工智能對社會發(fā)展的影響，感受其豐富的內(nèi)涵，培養(yǎng)對社會的責(zé)任心和使命感。三、二級細(xì)化：分層目標(biāo)體系的構(gòu)建相對于其他學(xué)科，尤其是在現(xiàn)階段，在高中開設(shè)人工智能課程，對地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平、學(xué)校的硬件設(shè)備、學(xué)生的起始知識與能力的要求更高。對于西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)來說，開設(shè)人工智能課程可能就是一種奢望；對于有相應(yīng)經(jīng)濟保障但缺乏足夠的硬件設(shè)備的學(xué)校來說，高質(zhì)量地開展人工智能教育也是困難重重；而對于經(jīng)濟發(fā)達(dá)而又有足夠硬件設(shè)備的學(xué)校來說，如果學(xué)生剛剛開

12、始接觸人工智能，那也很難進入人工智能的開發(fā)與創(chuàng)新層面。但并不是說西部欠發(fā)達(dá)地區(qū)就不應(yīng)或不能開展人工智能教育，只有地區(qū)經(jīng)濟發(fā)達(dá)、學(xué)校硬件設(shè)備配備優(yōu)良，學(xué)生有良好的起始水平，才能開展人工智能教育。但很顯然，由于受到地區(qū)經(jīng)濟狀況、學(xué)校硬件設(shè)備、學(xué)生起始水平的限制，各地各校甚至是每個學(xué)生在人工智能教育中所要達(dá)到的目標(biāo)應(yīng)該是不同的，這就形成了我國高中人工智能教育目標(biāo)的分層體系。而每個地區(qū)、每個學(xué)校、每個學(xué)生在開展人工智能教育的時候，不應(yīng)盲目地追求同一的目標(biāo)，而應(yīng)“對號入坐”，找準(zhǔn)自身在分層目標(biāo)體系中的位置，有區(qū)別地發(fā)展，直到最大的發(fā)展。我們將高中人工智能的教育目標(biāo)分為以下幾個層面。（一）初級水平：主要的

13、目標(biāo)應(yīng)定位于經(jīng)驗這是針對經(jīng)濟水平、硬件設(shè)備、起始知識和能力都不具備的學(xué)校學(xué)生來說的。開設(shè)人工智能課程，最主要的目的在于讓他們了解社會科學(xué)技術(shù)發(fā)展的前沿知識，并在知識了解的過程中對社會的變化有所經(jīng)歷，不再是“不知有漢，無論魏晉”。因此，具體來說，這一層次的教育目標(biāo)是：通過了解有關(guān)人工智能的基本概念、不同類型知識的不同表達(dá)、專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)、解釋機制和解決問題的基本思路、人工智能語言的大致情況以及信息的搜索等方面的知識，體驗人工智能對于學(xué)習(xí)者本身、學(xué)科學(xué)習(xí)以及社會三方面的作用。第一，人工智能的最本質(zhì)含義是要讓機器學(xué)會像人一樣思考問題，所以，高中生在學(xué)習(xí)這一課程時也應(yīng)該思考自己的學(xué)習(xí)過程本身是否值

14、得反思、是否只是單純?yōu)檎莆栈A(chǔ)知識、基本技能而被動學(xué)習(xí)等問題，理清學(xué)習(xí)思路，促進學(xué)習(xí)的有效進行。如：學(xué)生通過專家系統(tǒng)形成的快速性、高效性和自身學(xué)習(xí)的低效性進行比較，找尋自身學(xué)習(xí)中存在的問題，接受專家成長的基本思想，進而在平時的學(xué)習(xí)、生活中進行嘗試，以獲取學(xué)習(xí)成功的愉快體驗。第二，求解一道新的題目，作為新手可能會束手無策，而對于一個從事教學(xué)工作多年的專業(yè)教師來說，可能很快就會在頭腦中產(chǎn)生解題的基本思路。擁有同樣的專業(yè)知識，為什么新手和老手間的差距會這么大？怎么樣才能縮小差距，讓新手也能像老手一樣的思考、解決問題？通過對這些問題的思考，可以促進學(xué)生對知識的結(jié)構(gòu)化、應(yīng)用化的體驗，從而進一步促進學(xué)科的

15、高效學(xué)習(xí)。第三，如果機器也能思考，會不會出現(xiàn)某些影視片中所描繪的諸如人類最終成為機器人的奴隸之類的情況？機器是為人服務(wù)還是最終變成人為機器服務(wù)？面對諸如記憶力等方面機器優(yōu)于人類的情況，我們應(yīng)該怎么看待，應(yīng)該做些什么？未來的生活是怎樣的對于這些問題的思考，學(xué)生一方面可感受人工智能技術(shù)對人類學(xué)習(xí)、生活的重要作用，體驗人工智能技術(shù)的豐富魅力，增強對信息技術(shù)發(fā)展前景的向往和對未來生活的追求；另一方面，將有助于形成正確的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)道德，有助于培養(yǎng)學(xué)生對社會的責(zé)任心和使命感。（二）中等水平：指向于體驗與技能并重對于具有中等水平的經(jīng)濟狀況、硬件設(shè)備、起始知識和能力的學(xué)生，則應(yīng)提高到體驗層面，并且是一種基

16、于其技能發(fā)展的體驗，這也是人工智能課程的獨特性所在。對于這一層次的人工智能教育來說，現(xiàn)實條件限制了它不可能指向開發(fā)與創(chuàng)新。換句話說，如果無視現(xiàn)實條件，一味地追求人工智能的開發(fā)與創(chuàng)新，只會讓學(xué)生體驗“捉襟見肘”的失敗感。但如果能夠?qū)⑷斯ぶ悄芙逃^程中所學(xué)到的技能、方法、策略等運用到其他學(xué)科的學(xué)習(xí)或問題的解決中，則對學(xué)生來說是收益頗豐。比如，利用簡易的專家系統(tǒng)外殼開發(fā)簡單的專家系統(tǒng)，學(xué)生不僅要體驗專家是如何解決問題，而且還應(yīng)該思考：假如某一個專家也利用簡易外殼開發(fā)同樣的專家系統(tǒng)，他會怎么思考問題？怎樣解決問題？解決問題的方法怎樣通過對這些問題的思考，將專家解決問題的思路完全融入學(xué)習(xí)過程中，成為自己

17、解決問題的基本思路，并將其與技能未應(yīng)用時的解決問題思路相比較，體驗其中的差別。對于知識與技能的追求，這一層次的目標(biāo)不能僅僅限于對某一概念的定義層面的理解，而是要求學(xué)會知識表達(dá)的基本方法；了解一種人工智能語言的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序結(jié)構(gòu)，會使用一種人工智能語言解決簡單問題，并能夠上機調(diào)試、執(zhí)行相應(yīng)的程序；通過實例分析，知道專家系統(tǒng)正向、反向推理的基本原理；會描述一種常用的不精確推理的基本過程；了解用盲目搜索技術(shù)進行狀態(tài)空間搜索的基本過程。（三）高級水平：指向開發(fā)創(chuàng)新的教育目標(biāo)新課標(biāo)中要求針對有特長的學(xué)生進行有針對性的教學(xué)。對于一些基礎(chǔ)較好、能力較強的學(xué)生，如果學(xué)校的硬件設(shè)備又許可，可以進行因材施教，

18、逐步導(dǎo)入開發(fā)與創(chuàng)新工作。如目前在大連舉辦的青少年智能機器人競賽活動、北京、福建等承辦的機器人足球賽都可歸入這一范疇。他們以某中小學(xué)為試點開設(shè)“機器人課”，甚至把教育機器人也引入教學(xué)課堂，培養(yǎng)學(xué)生獨立自主地研發(fā)與創(chuàng)新的能力，以競賽為成果展示平臺，充分發(fā)揮高中生的優(yōu)勢，讓學(xué)生體驗豐富、現(xiàn)實的人工智能成果；并以此為榜樣，對其他學(xué)生進行示范教育。這一階段的教育目標(biāo)不僅僅限于書本知識的了解和掌握，而更多的是以此為基點，以新觀念、新視角對原有知識進行改造和創(chuàng)新，并將它們付諸實踐。從這個意義上說，高級水平的教育目標(biāo)與其說是高中生的人工智能教育目標(biāo)，不如說是為我國技術(shù)領(lǐng)域的人工智能的進一步發(fā)展奠定后備人才隊伍。三個階段的分層教育目標(biāo)遵循這么一個邏輯思路：隨著現(xiàn)實條件（包括地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展?fàn)顩r、學(xué)校的硬件設(shè)備、學(xué)生的起始知識與能力等）的逐級提升，教育目標(biāo)的側(cè)重點由經(jīng)驗為主，經(jīng)由體驗與技能并重，逐漸轉(zhuǎn)向以開發(fā)與創(chuàng)新為主?，F(xiàn)實條件越差，越應(yīng)該強調(diào)對人工智能的經(jīng)驗（實際上是經(jīng)由人工智能課程的經(jīng)驗而經(jīng)驗社會的發(fā)展），而不是掌握高中人工智能這一學(xué)科的基本概念、基本原理，更不是僅僅注重學(xué)生在技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展。現(xiàn)實條件越好，人工智能課程的特色也應(yīng)越強，技術(shù)的分量也應(yīng)越重，開發(fā)與創(chuàng)新的味道也應(yīng)越重，體驗所涉及的層面也應(yīng)越深