“人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用”教學(xué)建議

郭君紅 王飛

“人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用”是選擇性必修模塊4“人工智能初步”中的一個(gè)重要組成部分。這部分內(nèi)容強(qiáng)調(diào)通過應(yīng)用體驗(yàn)，了解智能社會(huì)面臨的倫理及安全挑戰(zhàn)，辯證認(rèn)識人工智能對人類社會(huì)未來發(fā)展的巨大價(jià)值和潛在威脅，增強(qiáng)信息安全防護(hù)意識，自覺維護(hù)和遵守人工智能社會(huì)化應(yīng)用的規(guī)范與法規(guī)。

● 教學(xué)面臨的問題與困境

第一，教學(xué)內(nèi)容缺乏深入挖掘。教學(xué)案例和教學(xué)資料的分析更多地處在比較淺顯的討論和說理層面，尤其是對人工智能倫理與安全等相關(guān)問題沒有深入思考，缺乏科學(xué)的推論與理論支撐，很難引起學(xué)生的內(nèi)在共鳴，這就導(dǎo)致學(xué)生思考問題流于表面，缺乏獨(dú)到見解。

第二，教學(xué)案例缺乏精心選擇。教師在備課時(shí)更多地關(guān)注如何挑選內(nèi)容新穎、技術(shù)酷炫的學(xué)習(xí)資料來吸引學(xué)生，忽略了學(xué)科知識的滲透，從而出現(xiàn)課上學(xué)習(xí)氣氛熱鬧，課后效果落實(shí)不佳的現(xiàn)象。

第三，教學(xué)線索缺乏組織條理。教師在組織教學(xué)時(shí)，忽略了案例之間的聯(lián)系，沒有形成清晰的脈絡(luò)，課堂教學(xué)組織凌亂，沒有激發(fā)出學(xué)生學(xué)習(xí)和探究新技術(shù)、新知識的積極性，也難以提高學(xué)生綜合應(yīng)用信息技術(shù)的能力。

第四，教學(xué)過程缺乏方法引領(lǐng)。教師在這部分授課過程中，常利用文本和音視頻資料呈現(xiàn)案例，缺乏利用討論、辯論等手段激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。因此，學(xué)生對人工智能技術(shù)在實(shí)際生活中解決問題的作用和價(jià)值、引發(fā)的社會(huì)問題以及未來發(fā)展方向理解不夠到位。

● 教學(xué)內(nèi)容的分析與整體把握

“人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用”是貫穿于整個(gè)人工智能教學(xué)的重點(diǎn)話題，在作為獨(dú)立內(nèi)容進(jìn)行授課時(shí)，教師需要整體把握人工智能技術(shù)的發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域及其未來的發(fā)展趨勢。在此基礎(chǔ)上，靈活處理教材相關(guān)內(nèi)容，合理組織學(xué)習(xí)材料，開展適合學(xué)生認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)和特點(diǎn)的探究活動(dòng)。

1.教材中內(nèi)容組織和分析

以人教—中圖版教材為例，對人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用相關(guān)問題的討論主要集中在第一章《人工智能在身邊》和第四章《優(yōu)勢局限之我見》，具體內(nèi)容和教學(xué)組織形式如表1所示。教師應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注人工智能技術(shù)的特點(diǎn)、研究和應(yīng)用領(lǐng)域以及當(dāng)前熱點(diǎn)技術(shù)，教學(xué)活動(dòng)方式以討論、辯論為主。

2.知識與內(nèi)容整體把握

通過教材分析可知，該部分的知識點(diǎn)與問題完全融合在項(xiàng)目教學(xué)過程中，教師在備課過程中需要對相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行整體把握，形成完整和清晰的知識脈絡(luò)，嘗試整理當(dāng)前的熱點(diǎn)問題（如上頁表2）。

在內(nèi)容把握上，建議選擇一項(xiàng)自己感興趣和熟悉的技術(shù)進(jìn)行比較深入的研究，要緊扣學(xué)科知識，從人工智能技術(shù)的發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域和研究方向上把握技術(shù)的發(fā)展趨勢，理解人工智能的認(rèn)知行為和處理模式。在此基礎(chǔ)上，關(guān)注人機(jī)差異帶來的社會(huì)影響以及如何揚(yáng)長避短，充分發(fā)揮技術(shù)優(yōu)勢與價(jià)值等問題。

● 教學(xué)活動(dòng)實(shí)踐建議

1.整體建議

由教材分析可知，本部分教學(xué)內(nèi)容主要依托案例分析、論文和辯論會(huì)等形式開展。教師在教學(xué)過程中，要結(jié)合教材深入挖掘教學(xué)內(nèi)容，精心選擇教學(xué)案例，有效運(yùn)用教學(xué)方法，對教學(xué)線索進(jìn)行進(jìn)一步整理。

要明確一個(gè)具體的應(yīng)用場景，充分體驗(yàn)人工智能技術(shù)在科教文衛(wèi)醫(yī)療等發(fā)面發(fā)揮的巨大價(jià)值和作用。通過分析其核心的智能技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生理解歸納利用智能科學(xué)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)解決問題的方式方法，把握人工智能在基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用技術(shù)、集成應(yīng)用三個(gè)層面的發(fā)展趨勢，從而使學(xué)生清晰地認(rèn)識到技術(shù)背后折射的一系列安全和倫理問題，探究人類智能與人工智能和諧發(fā)展的重要意義。

從具體教學(xué)實(shí)踐環(huán)節(jié)上看，可以從確定具體應(yīng)用領(lǐng)域、探尋核心處理技術(shù)、提煉總結(jié)過程方法、暢想把握未來趨勢、關(guān)注聚焦倫理安全等層面入手進(jìn)行研究探討，具體教學(xué)實(shí)施路徑如下圖所示。

（1）確定具體應(yīng)用領(lǐng)域

結(jié)合教材相關(guān)內(nèi)容，在智能家居、智能交通、智能安防、智能物流等相關(guān)領(lǐng)域選取某個(gè)感興趣的熱點(diǎn)問題作為教學(xué)內(nèi)容開展探究。高中學(xué)段的教學(xué)，在打磨相關(guān)教學(xué)內(nèi)容過程中，要精心雕琢相應(yīng)的學(xué)習(xí)材料，切忌淺嘗輒止、走馬觀花，案例挖掘要進(jìn)一步深入。要明確人工智能技術(shù)的應(yīng)用場景和要解決的具體問題，如利用人臉識別技術(shù)完成刷臉支付代替手機(jī)支付、利用智能聊天機(jī)器人代替人工客服解答用戶問題等;在學(xué)習(xí)材料和生活經(jīng)驗(yàn)的支持下掌握其具體的工作過程，明確應(yīng)用在解決問題時(shí)的執(zhí)行順序和流程。此外，隨著項(xiàng)目的深入展開和討論，教師要能夠引導(dǎo)學(xué)生對相關(guān)應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展進(jìn)行評判，對技術(shù)整體的應(yīng)用效果、大眾接受程度、優(yōu)勢劣勢和推廣價(jià)值等方面提出個(gè)人見解。

（2）探尋核心處理技術(shù)

分析探尋傳感器、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、智能搜索、智能控制技術(shù)等在解決特定領(lǐng)域問題過程中發(fā)揮的重要作用。體驗(yàn)傳感器在具體場景中感知數(shù)據(jù)、獲取數(shù)據(jù)、表達(dá)信息、存儲(chǔ)新數(shù)據(jù)的過程;挖掘物聯(lián)網(wǎng)在數(shù)據(jù)共享、傳遞、集中控制中的重要作用;探索大數(shù)據(jù)在人工智能系統(tǒng)進(jìn)行決策推理過程中的重要價(jià)值。例如，在智能家居模塊的教學(xué)過程中，要充分探討智能家居如何通過傳感器采集外部環(huán)境信息，如何利用物聯(lián)網(wǎng)傳遞數(shù)據(jù)對系統(tǒng)各部件進(jìn)行集中管理，以及如何通過大數(shù)據(jù)模型進(jìn)行人機(jī)交互和智能控制。

（3）提煉總結(jié)過程方法

在具體案例分析過程中對人工智能解決問題的方式方法進(jìn)行進(jìn)一步歸納總結(jié)。在此過程中，尤其要關(guān)注人工智能技術(shù)對數(shù)據(jù)的挖掘和感知，從數(shù)據(jù)挖掘的角度探討人工智能在問題分析、規(guī)則處理、自動(dòng)化判斷響應(yīng)過程中獨(dú)特的解決方法;進(jìn)一步關(guān)注人機(jī)在處理問題上的差異，可以從感知事物的角度途徑、分析解決問題的方法方式、反饋問題的行為等方面討論人機(jī)異同，根據(jù)二者執(zhí)行過程與方式的不同，探討人工智能的優(yōu)勢與劣勢。在此基礎(chǔ)上，可以探討利用人工智能技術(shù)解決實(shí)際生活問題的價(jià)值，如在智能教育場景中，利用平臺和智能工具收集學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)，通過教育大數(shù)據(jù)對學(xué)生的學(xué)業(yè)水平做進(jìn)一步智能診斷、分析，調(diào)整學(xué)習(xí)計(jì)劃，規(guī)劃個(gè)性化解決方案，提高學(xué)習(xí)效率。

（4）暢想把握未來趨勢

在案例分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合人工智能技術(shù)的發(fā)展歷程，對人工智能技術(shù)的發(fā)展提出個(gè)人的見解。在本環(huán)節(jié)的教學(xué)過程中教師要充分把握學(xué)段特點(diǎn)，指導(dǎo)學(xué)生對未來的發(fā)展方向提出有科學(xué)依據(jù)、條理清晰、邏輯合理的判斷，而不是主觀臆想。可以根據(jù)教材中提供的基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用技術(shù)、集成應(yīng)用等幾個(gè)方面對未來技術(shù)的發(fā)展規(guī)律進(jìn)行探討。例如，結(jié)合當(dāng)前新冠疫情防控，以健康寶在防疫中的人工智能技術(shù)應(yīng)用為切入點(diǎn)，基于健康寶采集的海量基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過人工智能技術(shù)挖掘數(shù)據(jù)背后的個(gè)人或組織的健康防疫狀況，減少健康寶的誤判誤報(bào)等使用問題，給出合理化的風(fēng)險(xiǎn)研判和防控建議，提出有價(jià)值的防控措施方案。

（5）關(guān)注聚焦倫理安全

技術(shù)是一把雙刃劍，本模塊的教學(xué)要強(qiáng)調(diào)挖掘案例背后的原理，有意識地通過深度討論將學(xué)生的視野引向人工智能技術(shù)背后的思考，關(guān)注技術(shù)發(fā)展的過程中引發(fā)的各種各樣的新矛盾和新問題，尤其是人工智能技術(shù)在數(shù)據(jù)安全、決策控制、社會(huì)行為規(guī)范以及情感倫理等方面產(chǎn)生的一系列問題。例如，在應(yīng)用人工智能技術(shù)服務(wù)生活的同時(shí)，如何確保網(wǎng)絡(luò)安全，保證用戶數(shù)據(jù)的隱私性;如何規(guī)避過度依賴技術(shù)造成的決策權(quán)旁落而引發(fā)的各種隱患;如何理性看待人工智能與人類智能的差異，更好地促進(jìn)人類社會(huì)與智能社會(huì)的融合，保證人機(jī)協(xié)同，共建智能時(shí)代的和諧健康與高效。

2.活動(dòng)方式

本模塊更多聚焦于人工智能與社會(huì)發(fā)展，建議教學(xué)活動(dòng)以討論、辯論、論文、專題匯報(bào)等形式展開。教學(xué)實(shí)施的最大難點(diǎn)在于實(shí)際操作體驗(yàn)相對較少，內(nèi)容深度挖掘困難較多。因此，教師需要在設(shè)計(jì)活動(dòng)時(shí)精心設(shè)計(jì)與挑選案例。

在教學(xué)案例的選擇，教師要對所選內(nèi)容的核心技術(shù)有一定的了解，要盡量做到有相關(guān)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)操作經(jīng)驗(yàn)，能夠使用相關(guān)平臺和編程工具復(fù)現(xiàn)其中關(guān)鍵環(huán)節(jié)。只有這樣，才能夠在教學(xué)中做到有話可說，有據(jù)可依，游刃有余。

在教學(xué)資源的選擇上，可以提供文本、視頻資料、實(shí)際產(chǎn)品等相關(guān)內(nèi)容，學(xué)生日常關(guān)注的科技熱點(diǎn)、電影動(dòng)漫、創(chuàng)意玩具等主題內(nèi)容都可以作為課堂學(xué)習(xí)資料進(jìn)行引用和研討。

在授課內(nèi)容上，要緊扣學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生學(xué)習(xí)特質(zhì)，進(jìn)行有“深度”的研討。要緊扣信息技術(shù)學(xué)科大概念，從人工智能技術(shù)的特點(diǎn)和原理入手，以科學(xué)內(nèi)容為依據(jù)，對人工智能的發(fā)展、安全、倫理等問題進(jìn)行合理的描述與判斷，在這個(gè)過程中充分提升學(xué)生的信息意識，培養(yǎng)計(jì)算思維能力。

教學(xué)活動(dòng)中也要注意教師角色的轉(zhuǎn)換，教師是活動(dòng)的組織者、學(xué)習(xí)活動(dòng)的引導(dǎo)者，同時(shí)也是整個(gè)活動(dòng)的學(xué)習(xí)者，教師要適時(shí)把控活動(dòng)內(nèi)容，防止形式大于內(nèi)容的情況出現(xiàn)，并對學(xué)生在解讀資料時(shí)出現(xiàn)的科學(xué)性問題進(jìn)行及時(shí)輔導(dǎo)糾正，防止偏差。對于討論生成的不可控問題，教師要從專業(yè)視角引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行權(quán)威資料的查閱和學(xué)習(xí)，從知識和技術(shù)層面拓展學(xué)生的視角，幫助學(xué)生把握學(xué)習(xí)的方向。

3.案例設(shè)計(jì)

在具體實(shí)踐層面上，教師可以打破設(shè)備桎梏，充分挖掘生活中的資源，案例可以來自生活中的常用設(shè)備、電視新聞、各類書籍、多媒體資料以及科幻電影等。近年來，以科幻電影作為學(xué)習(xí)材料開展項(xiàng)目研討的方式逐步得到了部分教師的青睞，筆者以科幻電影中的人工智能技術(shù)發(fā)展為核心，結(jié)合問題做案例分析，具體舉例如表3所示。