知識工程與中學人工智能教育

知識工程與中學人工智能教育1研究背景1.1國外中學人工智能教育的發(fā)展現(xiàn)狀

、英國中學人工智能課程的開設情況英國是較早開展人工智能基礎教育的國家之一。不少中學開設了人工智能課程，并通過組織和開展相關教育競賽活動來擴展和延伸人工智能教育。蘇格蘭地區(qū)有專門的行政機構——蘇格蘭執(zhí)行教育部組織相關部門（如SQA和LTScotlandOnlineService）通過網(wǎng)站等形式向中學師生提供包括人工智能在內(nèi)的各類課程的教學材料和支持。

英國的ICT課程與AI教育

——以蘇格蘭地區(qū)為例

ICT課程：計算（Computing）信息系統(tǒng)（InformationSystems）每門課包括三個層次：中級（Intermediate2）高級（Higher）高級提升（AdvHigher）每個層次包括兩部分：必修單元（Mandatoryunits）選修單元（Optionalunits）計算（Computing）信息系統(tǒng)（InformationSystems）中級Intermediate2高級Higher高級提升AdvHigherInt2HigherAdvHigher先學課程一般等級或計算（Int1）一般等級計算（Int2）計算（Higher）一般等級計算研究或計算(Int1)一般等級計算研究或信息系統(tǒng)（Int2）信息系統(tǒng)（Higher）必修單元計算機系統(tǒng)軟件開發(fā)

計算機工程計算機系統(tǒng)軟件開發(fā)軟件開發(fā)計算機工程計算機應用軟件(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)信息系統(tǒng)工程(AH)選修單元N/A人工智能程序設計計算機網(wǎng)絡多媒體技術人工智能計算機系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊IT在社會中的應用(Int2)多媒體(Int2)因特網(wǎng)(Int2)計算機應用軟件(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)分析與設計(AH)單元評價11小時10小時45分20小時6小時45分14小時30分18小時40分考核1小時30分2小時30分2小時30分1小時30分2小時30分2小時30分英國中學ICT課程的基本構成

1.1國外中學人工智能教育的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.2美國中學人工智能課程的設置情況在美國中學信息技術課程中，“通過人工智能來進行訓練與教學”曾被作為教育目標之一。在高中階段，信息技術課程的內(nèi)容包含了“人工智能概論”，要求“使學生認識人工智能的意義及其應用，....以及人工智能可能對人類社會造成的各種影響”

。美國各州根據(jù)自身的教育特點和目標，對人工智能教育的內(nèi)容有不同的要求。

1.1.2美國中學人工智能課程的設置情況威斯康星州頒布的信息技術素養(yǎng)學術標準模型中，將人工智能教育的內(nèi)容作為“媒體與技術”層面對12年級學生的一個要求，要求學生能夠“認識代理、專家系統(tǒng)或者人工智能的例子（例如搜索引擎、語法檢查器、語音識別、翻譯機等）”。美國Chesterfield縣公立中學AI課程設置在佛吉尼亞州Chesterfield縣公立中學的信息網(wǎng)站上，列出了為該縣十幾所高中的在校學生提供的各類課程。在其中的“職業(yè)和技術教育類”課程中，人工智能是作為其中“信息系統(tǒng)技術”選修課程的一部分為優(yōu)等生特別開設的。人工智能課程包括兩個層次：ARTIFICIALINTELLIGENCE(EXPERTSYSTEMS)和ADVANCEDARTIFICIALINTELLIGENCE(EXPERTSYSTEMS)。1.1國外中學人工智能教育的發(fā)展現(xiàn)狀1.1.3澳大利亞中學人工智能課程的開設情況部分中學開設了人工智能相關的課程，將其作為“信息處理與技術”（InformationProcessingandTechnology）課程的一部分。澳大利亞Marsden高中AI課程的設置澳大利亞昆士蘭州的Marsden州立高中在開設的信息處理與技術（InformationProcessingandTechnology）課程中，人工智能、信息系統(tǒng)、算法和程序設計、社會和倫理道德、計算機系統(tǒng)作為5個主題共同構成了該課程的教學內(nèi)容。在該課程的大綱中規(guī)定，人工智能部分的教學內(nèi)容在高中第三學期為12年級的學生開設，教學時間為10周，課時為35小時，共計60堂課，其中核心教學內(nèi)容的課時占2/3，拓展教學內(nèi)容的課時占1/3。另外，在人工智能這一主題下，又分為人工智能I（專家系統(tǒng)）和人工智能II（人工智能的領域）兩部分內(nèi)容，課時安排分別為24和36堂課。Marsden高中開設的人工智能課程及其描述

1.2我國人工智能基礎教育的現(xiàn)狀1.2.1我國高校的人工智能教育一直以來，我國高校把人工智能作為計算機、自動化等信息類專業(yè)的一門重要課程,開課對象為本科生和研究生。

隨著人工智能技術在社會各領域的應用越來越廣，一些非工科院校開始設置人工智能相關的專業(yè)，開設更多的、系列的人工智能相關課程供學生學習。

1.2.1我國高校的人工智能教育2004年，北京大學率先成立了“智能科學與技術”本科專業(yè)，開設人工智能概論、智能控制導論、機器感知理論、機器人學、腦與認知科學、智能系統(tǒng)設計等課程。隨后，北京郵電大學、南開大學、西安電子科技大學等也相繼成立“智能科學與技術”專業(yè)，積極推動了我國人工智能教育的快速發(fā)展。此外，中國人工智能學會教育工作委員會一直也在努力推動我國的人工智能教育。自2002以來，已經(jīng)召開了幾屆全國人工智能教育學術研討會，匯集國內(nèi)人工智能教育的專家學者，為加強我國人工智能學科建設、促進我國人工智能教育的發(fā)展出謀劃策。1.2.2我國中小學的人工智能教育2004年之前，我國尚未在中學設置獨立的人工智能課程。在我國中學的奧林匹克信息學競賽中含有人工智能相關的題目。一批針對青少年進行人工智能啟蒙教育的科普叢書陸續(xù)出版。在發(fā)達地區(qū)，一些部門、公司、學校開展的機器人競賽等活動，在人工智能基礎教育方面進行了嘗試。不少條件較好的中小學開展了機器人教育。部分學校還根據(jù)自身的特色開設了人工智能（或機器人）校本課程。1.2.3我國高中人工智能課程標準我國教育部于2003年4月正式頒布《普通高中技術課程標準（實驗）》，首次在信息技術課程中設立“人工智能初步”選修模塊。目前已經(jīng)出版了5套教材，包括教科版、粵教版、地圖版、上海科教版和浙教版等，部分教材已在實驗省份的某些地區(qū)開始試用。國內(nèi)已開發(fā)和建設了一些適合中學生學習與體驗的人工智能軟件和網(wǎng)絡資源。

2高中人工智能課程的實施情況隨著我國教育投資的加大和教學設施的改善，部分中學已逐步開展了人工智能相關的教學或?qū)嶒?。浙江師大附中：人工智能教學實驗華南師大附中：正式開設人工智能選修課程一系列有關高中人工智能選修課程的國家級、省級培訓和研討活動日益展開。2.1浙師大附中《AI初步》實驗的開展

時間：2004年9月－11月實驗實施人：浙江師大研究生實驗對象：金華二中高三實驗班，該班級為大學直升班，共有40名同學，基礎相對較好。實驗教材：教育科學出版社2004年出版的新課標教材《人工智能初步》配套網(wǎng)站：人工智能教育網(wǎng)實驗內(nèi)容：2個月共實施了6次授課，總計12課時，完成了整門課程的1/3的教學內(nèi)容。

2.2華南師大附中《AI初步》教學的開展2004年，廣東成為首批新課程實驗區(qū)，華南師大附中全面實施高中新課程。信息技術課每周2節(jié)連堂授課，高一完成必修和選修模塊的教學。選修模塊開設了多媒體技術應用、網(wǎng)絡技術應用和人工智能初步。2005年，新課程改革的實驗繼續(xù)推進。選修模塊開設了多媒體技術應用、網(wǎng)絡技術應用、算法與程序設計和人工智能初步，共4個模塊。2006年，再次開設了人工智能初步選修課程。華南師大附中《AI初步》課程開設情況授課對象：高一級奧林匹克班學生（1個班）上課時間：常規(guī)課時，每周2節(jié)連堂。選用教材：粵教版、教科版相結合實際授課時間：28課時（課程標準要求36課時，因中考和高考安排影響實際課時數(shù)）教學內(nèi)容基本結構：人工智能基礎概念知識的表示Prolog智能程序語言問題求解技術專家系統(tǒng)初步３高中人工智能課程實施的反思及問題3.1教學體會和反思有針對的選擇教學對象是有效開展教學的前提。有效激發(fā)學習興趣是保證教學效果的重要條件。及時進行檢測是鞏固教學效果的有效手段。具備良好的軟硬件條件是順利開展教學的基礎。３高中人工智能課程實施的反思及問題3.2其他潛在的問題

思想觀念問題

對AI課程的認識還存在許多誤區(qū)，課程的價值不夠明確，高考下IT課程（包括AI）的生存問題不容樂觀。師資建設問題大多教師對此課程還知之甚少，有關的國家級、省級、地區(qū)級的培訓還不夠。

教材建設問題教材與高中教學實際的融合還不夠理想,課改所倡導的教學新理念的貫徹不夠深入，未能得到充分體現(xiàn)。4高中人工智能課程實施的策略與建議4.1教學策略注意教學對象的選擇，強調(diào)興趣+基礎合理組織“講授課”和“探究性、自主性學習”充分發(fā)揮網(wǎng)上信息資源和網(wǎng)上軟件資源的作用

4高中人工智能課程實施的策略與建議4.2實施建議端正認識