高中人工智能課程

高中人工智能課程：

－課標(biāo)與教學(xué)資源主講：張家華E-mail:zjnuzjh@浙江師范大學(xué)教師教育學(xué)院福建省高中新課程《信息技術(shù)》學(xué)科骨干教師省級培訓(xùn)什么是AI為何要開開設(shè)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(xué)資源源研修班計(jì)計(jì)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(fù)雜雜事務(wù)、、解決困困難問題題時(shí)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(jì)算機(jī)機(jī)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(xué)學(xué)習(xí)、聯(lián)聯(lián)想當(dāng)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(biāo)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(shè)計(jì)、、問題求求解、博博弈、計(jì)計(jì)算機(jī)視視覺、模模式識別別、智能能機(jī)器人人、人工工神經(jīng)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)、……………AI的研究目目標(biāo)近期——實(shí)現(xiàn)機(jī)器器智能部分地或或者在一一定程度度上實(shí)現(xiàn)現(xiàn)機(jī)器的的智能，，從而使使現(xiàn)有的的計(jì)算機(jī)機(jī)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(yuǎn)期——制造智能能機(jī)器要使計(jì)算算機(jī)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(xué)學(xué)習(xí)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(shè)人人工智能能課程為何要開開設(shè)AI課程？高中課程程改革強(qiáng)強(qiáng)調(diào)要適適應(yīng)時(shí)代代發(fā)展需需要，體體現(xiàn)時(shí)代性特征。人工智能能是信息息技術(shù)的的前沿領(lǐng)域，應(yīng)應(yīng)當(dāng)被關(guān)關(guān)注！高中信息息技術(shù)課課程要有有利于學(xué)學(xué)生的個性發(fā)展展。高中AI課程的背背景與目目標(biāo)課程背景景:適應(yīng)時(shí)代代發(fā)展需需要，體體現(xiàn)時(shí)代代性特征征。目標(biāo)定位位：了解信息技術(shù)術(shù)發(fā)展的的前沿，，體驗(yàn)若干典型型人工智智能技術(shù)術(shù)的應(yīng)用用，感受人工智能能對學(xué)習(xí)習(xí)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(shè)設(shè)AI課程的意意義1、開設(shè)人工工智能課課程的教教育價(jià)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(xué)生生的邏輯輯思維能能力促進(jìn)個性性化學(xué)習(xí)習(xí)，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(shè)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(yīng)應(yīng)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(shí)施人人工智能能基礎(chǔ)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(xué)生生能夠自自如地應(yīng)應(yīng)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(rèn)認(rèn)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(shè)計(jì)計(jì)》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(yàn)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(yàn)人類類專家解解決復(fù)雜雜問題的的思路，，提高學(xué)學(xué)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(rèn)為：那些自行行設(shè)計(jì)專專家系統(tǒng)統(tǒng)的學(xué)生生將會在在這種活活動中受受益匪淺淺，因?yàn)闉檫@是一一個對所所學(xué)知識識進(jìn)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(dá)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(diǎn)2、知識識及其表表達(dá)列舉人工工智能的的主要應(yīng)應(yīng)用領(lǐng)域域掌握知識識的概念念、知識識表達(dá)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(xué)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(xué)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(jìn)進(jìn)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(yīng)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(shè)計(jì)計(jì)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(jì)算機(jī)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(xué)習(xí)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(xué)學(xué)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(jì)算機(jī)專專業(yè)的必必修課程程“智能科科學(xué)與技技術(shù)”本本科專業(yè)業(yè)的建立立北京大學(xué)學(xué)（2004）北京郵電電大學(xué)（（2005）南開大學(xué)學(xué)（2005）西安電子子科技大大學(xué)（2005）……（2006）……（2007）第一屆全全國人工工智能教教育學(xué)術(shù)術(shù)研討會會（2002..北京京）中國AI學(xué)會教育育工作委委員會主主辦首都師范范大學(xué)信信息工程程學(xué)院承承辦我國中學(xué)學(xué)的AI教育2004年之前尚尚未在中中學(xué)設(shè)置置獨(dú)立的的AI課程。奧林匹克克信息學(xué)學(xué)競賽中中一直包包含AI的題目。。近年開展展的機(jī)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(jìn)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(xué)出出版，由由時(shí)任教教育部長長陳至立立任名譽(yù)譽(yù)主任、、出版的的計(jì)算機(jī)機(jī)科普教教育叢書書《計(jì)算算機(jī)與信信息科學(xué)學(xué)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(xué)出出版，由由李衍達(dá)達(dá)院士主主編的青青少年科科學(xué)教育育叢書信信息科學(xué)學(xué)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(biāo)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(shí)實(shí)驗(yàn)省份份的部分分地區(qū)開開展教學(xué)學(xué)。國外中學(xué)學(xué)AI課程的發(fā)發(fā)展和現(xiàn)現(xiàn)狀1、英國中中學(xué)人工工智能課課程的開開設(shè)情況況英國是較較早開展展人工智智能基礎(chǔ)礎(chǔ)教育的的國家之之一。不不少中學(xué)學(xué)開設(shè)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(kuò)展和和延伸人人工智能能教育。。

2、美國中中學(xué)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(xué)信息息技術(shù)課課程中，，部分學(xué)學(xué)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(shè)。美美國各州州根據(jù)自自身的教教育特點(diǎn)點(diǎn)和目標(biāo)標(biāo)，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(xué)人工工智能課課程的開設(shè)情況況部分中學(xué)學(xué)在信息息處理與與技術(shù)課課程中也也開設(shè)了了人工智智能相關(guān)關(guān)的課程程。國外中學(xué)學(xué)的AI教育以美國為為例，在在將信息息技術(shù)作作為獨(dú)立立課程進(jìn)進(jìn)行設(shè)置置與教學(xué)學(xué)的學(xué)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(xué)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(yīng)用用。信息技術(shù)術(shù)系統(tǒng)概概論。人工智能能概論。。使學(xué)生生認(rèn)識人人工智能能的意義義及其應(yīng)應(yīng)用，并并介紹自自動化系系統(tǒng)、機(jī)機(jī)器人、、虛擬現(xiàn)現(xiàn)實(shí)技術(shù)術(shù)等。使使學(xué)生認(rèn)認(rèn)識信息息技術(shù)的的大量運(yùn)運(yùn)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(jì)計(jì)算機(jī)程程序設(shè)計(jì)計(jì)的內(nèi)容容……美國Chesterfield縣公立中中學(xué)AI課程設(shè)置置在佛吉尼尼亞州Chesterfield縣公立中中學(xué)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(xué)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(shè)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(jì)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(xué)學(xué)ICT課程的基基本構(gòu)成成計(jì)算（Computing）信息系統(tǒng)（InformationSystems）中級Intermediate2高級Higher高級提升AdvHigherInt2HigherAdvHigher起步水平標(biāo)準(zhǔn)等級(Generallevel)或計(jì)算（Int1）標(biāo)準(zhǔn)等級

(Creditlevel)或計(jì)算（Int2）計(jì)算（Higher）標(biāo)準(zhǔn)等級(Generallevel)計(jì)算研究或計(jì)算(Int1)標(biāo)準(zhǔn)等級(Creditlevel)計(jì)算研究或信息系統(tǒng)（Int2）信息系統(tǒng)（Higher）必修單元計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件開發(fā)

計(jì)算機(jī)項(xiàng)目計(jì)算機(jī)系統(tǒng)軟件開發(fā)軟件開發(fā)(20小時(shí))計(jì)算機(jī)項(xiàng)目(60小時(shí))計(jì)算機(jī)應(yīng)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(shí))信息系統(tǒng)項(xiàng)目(AH)（60小時(shí))選修單元N/A人工智能程序設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)人工智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊IT在社會中的應(yīng)用(Int2)多媒體(Int2)因特網(wǎng)(Int2)計(jì)算機(jī)應(yīng)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(shè)計(jì)(AH)單元評價(jià)11小時(shí)10小時(shí)45分20小時(shí)6小時(shí)45分14小時(shí)30分18小時(shí)40分考核1小時(shí)30分2小時(shí)30分2小時(shí)30分1小時(shí)30分2小時(shí)30分2小時(shí)30分英國JamesGillespies中學(xué)的AI教學(xué)澳大利亞亞Marsden高中AI課程的設(shè)設(shè)置澳大利亞亞昆士蘭蘭州的Marsden州立高中中在開設(shè)設(shè)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(shè)計(jì)計(jì)、社會會和倫理理道德、、計(jì)算機(jī)機(jī)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(xué)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(xué)內(nèi)容容在高中中第三學(xué)學(xué)期為12年級的學(xué)學(xué)生開設(shè)設(shè)，教學(xué)學(xué)時(shí)間為為10周，課時(shí)時(shí)為35小時(shí)，共共計(jì)60堂課，其其中核心心教學(xué)內(nèi)內(nèi)容的課課時(shí)占2/3，拓展教教學(xué)內(nèi)容容的課時(shí)時(shí)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(shí)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(xué)資源源國內(nèi)中學(xué)學(xué)AI課程建設(shè)設(shè)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(xué)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(luò)資資源的建建設(shè)國內(nèi)已經(jīng)經(jīng)開發(fā)和和建設(shè)了了一些適適合中學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)習(xí)與體驗(yàn)驗(yàn)的人工工智能軟軟件和網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)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(dá)達(dá)地區(qū)，，一些部部門、公公司、學(xué)學(xué)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(xué)學(xué)人工智智能教學(xué)學(xué)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)的開展展在我國比比較發(fā)達(dá)達(dá)的地區(qū)區(qū)，不少少條件較較好的中中小學(xué)都都開展了了機(jī)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(biāo)標(biāo)頒布后后開展了了人工智智能教學(xué)學(xué)實(shí)驗(yàn)當(dāng)前國內(nèi)內(nèi)的高中中AI教材普通高中中課程標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)教科書書信息息技術(shù)（選修5）《人工智能能初步》教育科學(xué)學(xué)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版上海科技技教育出出版社，應(yīng)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(jì)算機(jī)機(jī)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(jì)計(jì)算機(jī)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