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1、 初中人工智能课程建设初探 张建彬近几年，人工智能成为人们经常听到的词语。人脸识别、语音交互、语义分析等人工智能技术得到了广泛应用。智能音箱、语音导航等人工智能产品也成为人们生活中经常使用的工具。人工智能技术成为了社会发展的重要力量，正在改变着人们的生活，也将继续引领时代的发展。为了更好地适应时代，所有人都需要对人工智能有所了解。2017年，国务院印发了新一代人工智能发展规划，提出要在中小学阶段设置人工智能相关课程，推动人工智能领域一级学科建设，完善人工智能教育体系等内容。在此背景下，各地中小学相继开设了人工智能课程。人工智能课程从大学的计算机专业课程变为中小学甚至幼儿园开设的一门课程，引发了
2、全民学习的热潮。开设人工智能课程的学校很多，课程内容、课程载体、教学形式、学习成果也是多种多样的。初中阶段，人工智能课程应该包含哪些内容？对于这个问题，目前国家也还没有相应的针对人工智能的课程标准或者课程纲要。教育专家们也有着各自的看法。中学教师们也是自主设置课程内容。可以说，中小学人工智能课程的建设，还处在探索阶段。我校从2018年11月开始探索在初中阶段进行人工智能课程建设，并进行了教学实践。我们在课程内容、课程模块、课程评价三个方面有所体会，下面予以简单介绍。课程内容以常见的技术应用为主关于人工智能课程的内容，很多学校教师、相关机构也有着不同的理解。2017年中国互联网学习白皮书之中国人
3、工智能教育发展报告（基础教育）通过对全国中小学进行问卷抽样调查，得到有效数据76751条。统计后发现，全国初中学段开设与人工智能直接相关课程的学校占比达到了93.49%。但这里包含了编程课程、机器人课程、3D打印课程、创客课程、AI讲座等内容。很多时候，这些课程中会应用到人工智能技术，但不能简单地认为这些课程就是人工智能课程。还有很多学校只是介绍了一些人工智能基础知识或者对人脸识别、语音识别进行了几节课的教学，涉及了人工智能的一些知识，但由于课时少、内容少，还未形成课程内容体系。也有一些学校开设了非常专业的人工智能课程，满足了对人工智能有兴趣、有潜力深入探索的学生的学习需求。基于初中学生的年龄
4、特点、知识储备、理解能力等学情，我们认为初中阶段应该以认识身边常见的人工智能技术应用为主，在有限的课时内，尽可能涵盖学生日常生活中常见的、能够用到的内容。因此在内容上，我们设置了人工智能基础知识、语音技术、图像技术（人脸识别、文字识别、图像识别）、机器学习、自然语言处理等常见的人工智能技术内容。在学习这些内容的过程中，还会涉及物联网、大数据、云计算等内容。人工智能在促进社会进步的同时，也带来了一些安全、伦理性问题，所以也应设置相关的内容。丰富的课程内容，能够让学生对人工智能技术有较全面的了解，通过对这些内容的学习，旨在让学生了解人工智能技术，合理使用人工智能技术解决真实问题。模块设置从体验技术
5、到解决问题逐步进阶对于初中学生，不仅仅需要初步体验人工智能技术，还应该对技术背后的原理有所了解，同时能够使用人工智能技术解决生活中的问题。这是一个逐步进阶的过程。因此在人工智能学习的过程中，我们设置了三个模块来完成这三个阶段的学习。（1）体验感知。当今社会，每个人几乎都会用到人工智能技术。体验感知不仅可以让学生了解人工智能技术、激发学习兴趣，更重要的是，可以让学生掌握常见的人工智能产品的使用方法，能够用人工智能为生活服务。体验感知是学习人工智能的第一个环节，也是不可或缺的环节。教学过程中的体验，建议使用生活中能够真实用到的产品让学生进行真实的操作体验。如智能音箱、手机App等。在掌握这些产品的
6、使用方法及对功能有所了解后，可以尝试让学生说一说涉及了哪些技术，这些技术可以用来解决什么问题，这些技术可能存在哪些问题。通过深入思考和讨论，来培养学生的分析力、创造力及养成安全、道德、伦理的意识。如在学习语音技术的时候，教师将智能音箱带到课堂中，在上课的过程中通过语音控制音箱来完成计时提醒等任务，让学生先感受到它的应用价值，再讨论语音技术的用途及可能存在的问题。（2）原理学习。有了体验之后，作为初中学生，需要对人工智能相关的技术原理进行简单了解。原理学习是枯燥的，单纯通过教师讲解无法引发学生思考，同时会降低学习兴趣。因此我们尝试让学生通过动手体验的方式，总结出相关内容，教师再加以总结。如在介绍
7、人脸搜索的内容时，让学生拍摄或上传照片建立人脸照片库、拍摄或上传待检测照片、观察待检测照片与人脸库中的照片一一对比的过程。每一个步骤都需要学生操作完成，同时看到直观的过程与结果。通过操作、观察、思考等一系列环节，总结出人脸搜索需要经过建立人脸库、遍历人脸库、特征值对比等几个关键步骤。然后让学生进行思考，刚才的过程与原理，在实际应用中可能存在哪些问题，应如何调整？对于比较难懂的原理，如果学生无法通过自行操作来进行总结，教师可以加以引导，将问题简化，然后引导学生去分析和求解简单问题。如介绍语音识别的原理时，学生想到了将录下来的声音波形与文字形成一一对应，然后对每句话的波形建立数据库进行对比，但是否
8、能够实现呢？通过试验发现，对于相同的内容，不同的人甚至同一個人每次录的声音波形都会存在差异。这时候我们会让学生观察与思考如何减少波形的变化，并解决说出的内容与文字能够形成对应关系这个问题。最终发现如果波形的长度非常短，变化就很小。同时这种很短的波形，所表示发音的数量也变得很有限。于是就讲到了分帧操作。通过问题的层层引导，学生就能够理解原理。我们不是要将每个学生都培养成人工智能专家或者计算机专家，因此不能仅仅停留在对于原理了解的层面，还需要让学生通过对于原理的学习，发现一些解决问题的思路和方法，能够运用这些思路和方法来解决其他问题。这样才是从思维方式层面对学生进行培养。如人工智能的很多技术中，都
9、使用了概率论，那就可以让学生思考，用概率论还能解决其他学科或者生活中的哪些问题。（3）编程实践。感知体验、了解原理之后，可以通过编程的方式，让学生自主设计软、硬件作品来表达自己的想法和创意，解决生活中的实际问题。编程教育在初中阶段已经得到广泛普及。大多以Scratch等图形化编程平台为主，有的学校也尝试使用Python语言进行编程教育。在编程中加入人工智能的内容，更多的是通过调用人工智能模块、修改参数来进行。降低人工智能编程的难度就可以让更多的学生通过编写程序来设计、制作自己的作品，从而表达想法，解决问题。在编程阶段，我们首先让学生通过编程来模仿生活中的产品或者场景的功能来熟悉各个模块。如编写
10、程序实现智能音箱的功能或者实现识别车牌号显示停车费的功能等。这样可以在熟悉编程平台的同时，对生活中实际应用的流程有进一步的理解。这一点也是“感知体验”和“原理学习”两个模块中所欠缺的。通过编写程序，理解了设计一款人工智能产品的基本流程，为学生完成自己的创意理清思路。模仿实际产品或应用之后，学生对编程平台的使用方法已经熟练掌握。接下来，就可以自主设计、编写程序，发挥创意，解决实际问题。实际教学过程中，也取得了不错的效果。如有的学生编写了通过文字识别来判断写字是否规范的练字程序，有的学生应用语音技术编写了练习英语听力和单词朗读的程序。这不仅是课堂作业，更是作为具有实用价值的产品供广大学生使用，让技
11、术为学习及生活更好地服务。过程性评价为主，测试性评价为辅对于人工智能的学习，目的是让学生认识、应用人工智能技术，了解简单原理的同时将解决问题的思路应用到其他问题解决的过程中，最后发挥创造力，通过人工智能技术来解决生活中的问题。因此在评价方式上，对于一些操作技能的内容，通过测试的方式来对学生进行评价;对于原理学习、技术思考、道德伦理、创新实践等环节，多以过程性评价为主，注重学生学习过程中的想法、观点的表达，以及思考问题的角度、解决问题的效果等。我们的目标不是让学生达到一个硬性标准，而是希望学生通过对人工智能的学习，能够更加适应时代，能够应用人工智能技术更好地思考和解决问题。作者单位：北京师范大学附属中学 -全文完-
