（教育技术学专业论文）高中人工智能课程中案例教学法的应用研究.pdf

摘要 摘要 新一轮信息技术课程改革提倡适应信息时代的素质教育，强调立足生活经验，引导 学生运用已学知识去发现、分析和解决问题，培养学生的创造力和社会实践能力。人 工智能初步课程作为高中信息技术体系中的重要一员，对学生素质教育的培养和高级 思维能力的发展起着重要作用。但是，在实际教学中如何上好这门课，不少教师在这个 问题上存在困惑。正确解读高中人工智能教育，研究高中人工智能课程的教学、教法， 对解决现如今该课程教学中存在的诸多问题，确保该课程顺利实施有一定的现实意义。 本文一开始牢牢抓住教学对象和教学内容这两大要素，较深入地分析了高中人工智 能课程的学科特点和高中生的学习特点，在此基础上分析了这两大要素与基于问题解决 的案例教学法的适用性。之后，本文围绕教学准备、课堂实施和课后实践反思三个教学 环节，重点设计了高中人工智能课程中运用案例教学法的具体教学过程，并指出了案例 教学的过程实质上是问题解决的过程。本文还提出了范例参考型、问题反思型和游戏推 理型三种类型的案例，依据教学准备、课堂实施和课后实践反思的教学流程，选取浙江 版高中人工智能初步教材中部分内容，进行了不同类型的案例教学设计。 关键词高中人工智能案例教学法教学设计 a b s t r a c t a b s t r a c t an e wr o u n do fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yc u r r i c u l u mr e f o r ma d v o c a t e sq u a l i t ye d u c a t i o n t oa d a p tt ot h ei n f o r m a t i o na g e ，e m p h a s i z e sb a s e do nl i f ee x p e r i e n c e ，a n dg u i d e ss t u d e n t st o u t i l i z ek n o w l e d g et od i s c o v e r , t oa n a l y z ea n ds o l v e st h eq u e s t i o n ，r a i s e ss t u d e n t sc r e a t i v i t y a n ds o c i a lp r a c t i c ea b i l i t y a r t 访c i a li n t e l l i g e n c ep r e l i m i n a r yt a k e si n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y s y s t e m si m p o r t a n to n ei nh i g hs c h o o l ，t os t u d e n te d u c a t i o nf o ra l l - a r o u n dd e v e l o p m e n tr a i s e a n dh i g h - l e v e lp o w e ro ft h o u g h td e v e l o p m e n ti n f l u e n t i a lr o l e h o w e v e r , h o wt ot e a c ht h e c o u r s e ? m a n yt e a c h e r s w e r e c o n f u s e do nt h i s i s s u e c o r r e c t l yu n d e r s t a n d i n g a n d i n t e r p r e t a t i o na ie d u c a t i o ni nh i g hs c h o o l ，s t u d y i n gt e a c h i n g ，t e a c h i n gm e t h o do fa ic o u r s e ，i s t os o l v em a n yp r o b l e m sw h i c hn o w a d a y si nt h i sc u r r i c u l u mt e a c h i n ge x i s t g u a r a n t e e dt h a t t h i sc u r r i c u l u ms m o o t hi m p l e m e n t a t i o nh a sc e r t a i np r a c t i c a ls i g n i f i c a n c e a tt h eb e g i n n i n go ft h ep a p e r , t w ob i gk e ye l e m e n t sw e r eo n c es t a r t e dg r a s p i n gt h e t e a c h i n go b j e c ta n dc o n t e n to fc o u r s e sf i r m l y , a u t h o ra n a l y z e dt h eh i g hs c h o o la r t i f i c i a l i n t e l l i g e n c ec u r r i c u l u md i s c i p l i n ec h a r a c t e r i s t i ca n dh i g h - s c h o o ls t u d e n t ss t u d yc h a r a c t e r i s t i c t h o r o u g h l y , o nt h eb a s i so fa na n a l y s i so ft h e s et w oe l e m e n t sa n db a s e do np r o b l e m s o l v i n g t h ea p p l i c a b i l i t yo ft h ec a s e b a s e dt e a c h i n gm e t h o d a f t e r w a r d s ，t h em a i nb o d yo ft h ep a p e r p r i o r i t yh a sd e s i g n e dc a s et e a c h i n gp r o c e s sf o ra ic o u r s e i nt h i sp a p e r , f o c u s i n go nt e a c h i n g p r e p a r a t i o n ，i m p l e m e n t a t i o na n dr e f l e c t i n ga 舭r - s c h o o lo ft h r e et e a c h i n ga s p e c t s ，t h es p e c i f i c d e s i g np r o b l e ms o l v i n gb a s e do nc a s et e a c h i n gi nt h ei m p l e m e n t a t i o np r o c e s s ，n o t i n gt h a tt h e c a s et e a c h i n gi se s s e n t i a l l yt h ep r o c e s so fp r o b l e m - s o l v i n g t h i sp a p e ra l s os u g g e s t e dt h a tt h e e x a m p l e - c o n s u l t i n gt y p e ，t h ep r o b l e m - r e t h i n k i n gt y p ea n dg a m e - r e a s o n i n gt y p et h r e ek i n d s t y p e sc a s e ，a n ds e l e c tp a r t i a lc o n t e n t s i nt h ez h e j i a n gt e x t b o o ka r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e p r e l i m i n a r y ，i nv i e wo fh a sc a r r i e do nt h ec a s et e a c h i n gp r o c e s sd e s i g ns e p a r a t e l yi nt h r e e k i n do fc a s et y p e s k e yw o r d s a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c ei nh i g hs c h o o lc a s e b a s e dt e a c h i n gi n s t r u c t i o n a ld e s i g n i l 河北大学 学位论文独创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得河北大学或其他教 育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何 贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了致谢。 作者签名： i 基函瘦日期：丑钲五月l 日 学位论文使用授权声明 本人完全了解河北大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存 论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年月日解密后适用本授权声明。 2 、不保密由。 ( 请在以上相应方格内打“) 保护知识产权声明 本人为申请河北大学学位所提交的题目为( 加强够鳓宾岛沥璐) 咖秘 的学位论文，是我个人在导师( 冰而) 指导并与导师合作下取得f l 弓研究成果， 研究工作及取得的研究成果是在河北大学所提供的研究经费及导师的研究经费 资助下完成的。本人完全了解并严格遵守中华人民共和国为保护知识产权所制定 的各项法律、行政法规以及河北大学的相关规定。 本人声明如下：本论文的成果归河北大学所有，未经征得指导教师和河北大 学的书面同意和授权，本人保证不以任何形式公开和传播科研成果和科研工作内 容。如果违反本声明，本人愿意承担相应法律责任。 声明人： i 虱显空一日期：母上月土日 作者签名： ! 团薹建日期：互! 薛月上日 导师签名：玉僻一一 日期：砖上月卫日 第1 章绪言 第1 章绪言 1 1 选题的背景 1 1 1提升学生素质是我国信息技术教育的最终目标 1 9 9 9 年，中共中央国务院关于深化教育改革全面推进素质教育的决定中明确指 出：“素质教育应该贯穿到整个教育体系中，将素质教育提升到了一个很高的地位。当 今全面推进的素质教育重点是培养学生创新精神和创新能力，使学生在德智体美等方面 全面、充分、和谐发展。”大力提倡素质教育，将应试教育转变为素质教育，是我国教 育的一次深刻变革。但是，由于我国教育长期处于应试教育中，传统的教育思想、教育 体制、教学方法等都难以跟上改革发展的新形势。尤其在中小学阶段，学校片面追求升 学率，学生身负严峻的升学压力，这种现象是与素质教育的理念背道而驰的。素质教育 改革呼吁改进教学方式，培养学生的动手能力，关注学生合作能力、问题解决能力的发 展，促进学生的个性发展。 1 1 2 转变教学方式是信息技术课程改革的核心内容之一 1 我国课程改革的解读：人工智能走进高中课堂 2 0 0 4 年初，我国普通高中信息技术课程新标准参照了国外课改的成功经验，将信息 技术课程采用模块化概念，设置了必修和选修相结合的灵活课程实施模式。在我国普通 高中技术课程新标准中，总共有6 门课程，每门课程2 学分。取得高中毕业资格的最低 要求是修满4 学分，其中必修、选修各2 学分，这就要求每位学生在高中阶段除了必修 课程必须学完外，还必须至少选择一门选修课程。信息技术基础是高中生必修课程， 选修课程分别为：算法与程序设计、多媒体技术应用、网络技术应用、数据管 理技术、人工智能初步。选修模块的设置，体现了新课标更加注重学生潜能的开发 和个性的发展。 人工智能初步是选修模块之一，关注技术能力和人文素养的双重建构，是信息 素养培养的继续，是支持个性发展的平台。【l 】教学内容主要包括基本概念、知识表示与 机器学习、推理与专家系统、问题求解初步和符号运算。课程定位是：“学生应能描述 人工智能的基本概念，知道人工智能对人类学习、生活的影响；能利用简易专家系统外 谢祥清，杨曼英著素质教育教程 m 】湖南师范大学出版社，2 0 0 7 年1 2 月第l 版：6 页 l 河北人。学教育学硕十。伊论文 壳丌发简单专家系统；通过感受人工智能技术的丰富魅力，增强对信息技术发展前景的 向往和对未来生活的追求。”从中我们看到，该课程更多的是强调通过练习、体验人工 智能技术的应用，感受智能技术对人类生活的影响，强调一种情感和价值观上的教育， 激发学生学习新技术的兴趣和对未来生活的企盼。这一点是充分考虑到高中阶段学生的 认知特点与人工智能学科的特点，高中阶段的人工智能课程标准要求在实际教学中选择 与高中生学习、生活关系密切的，看得见、摸得着的人工智能实际应用的问题展开教学， 并将该模块目标的基本点定位在了解和体验上。【i 】 2 课改呼唤新的教学方式和学习方式：案例教学法的适切性 新课程改革的核心任务之一是转变教学方式，转变学生的学习观念。教学方法的改 变实质上是教育价值观、人才观和培养模式的变革，是教育实现新课程标准中规定的三 位目标知识与技术、过程与方法、情感态度与价值观的需要。案例教学能在多方面 培养学生的能力，改变传统教育中学生不良学习习惯：( 1 ) 化被动学习为主动思考；( 2 ) 化抽象理论为形象描述；( 3 ) 化陈述性为问题性。案例教学作为一种教学方法，能够有效 体现新课程中三位目标的要求，弥补传统教学中不足之处，提高学生的综合素质。因此， 案例教学法不失为一种有效的教学方法。 1 1 3高中人工智能教学中存在的诸多问题 人工智能技术的研究是科学研究的热点之一，人工智能技术的应用正逐渐渗透到工 业、农业、医疗、军事、教育、娱乐等众多领域。人工智能的教学从大学的高层次教育 开始走进了中小学生的课堂中，开启了中小学人工智能的入门教育。例如，许多硬件设 施完备的中学开展的对机器人的探索和研究，使学生受到了有关人工智能科学的启蒙教 育，既保护了学生的个性发展，又促使了学生产生对信息技术未来的追求。中学生接受 初步的人工智能教育，是为了帮助学生了解人工智能科学，领会用人工智能技术解决实 际问题的思维、推理方式，提高信息素养和技术素养，激发学生对人工智能科学的美好 向往和追求。 作为选修模块之一的人工智能初步课程对高中生信息素养的培养和思维能力的 发展都起着关键作用。但是，该课程实施过程中存在的诸多问题更应该引起我们的思考。 李艺主编，教育部基础教育课程教材发展中心组编信息技术教学研究与案例【m 】高等教育出版 社，2 0 0 6 年1 2 月第1 版：1 8 3 页 2 第1 章绪言 1 认知层面存在的问题口】 本人先后对保定三中、二中的信息技术教师和任丘教育局相关工作人员进行了访 谈，对部分高二学生进行了抽样访谈。对天津信息技术群、苏州信息技术社区、浙江师 范大学附属中学老师、华南师范大学附属中学老师就关于人工智能课程的丌展、课程实 施方面进行了在线咨询，发现在认知层面存在的问题突出表现在教师对人工智能的认识 不深入。首先，教师和学生对人工智能不了解。人工智能是信息技术大家庭的新成员， 课程虽然丌设了，但是多数教师在上学期i 训没有接触过人工智能教育，而且新课程丌设 之后，有关这方面教学的培训没能及时配套丌展，结果很多教师不了解人工智能。另外， 人工智能技术处于信息技术研究前沿，实际生活中见到过的、听说过的往往是融合多种 技术发明的机器人，这使一些老师误认为人工智能高深莫测，感觉教材中的启发式搜索、 专家系统等术语深奥难懂，没能认真研读课程标准和教材，教师主观上还是不了解这门 学科。 其次，一些学校领导和教师认为人工智能课程不适合在高中阶段普及。虽然信息技 术近十年来发展迅速，但是我国幅员辽阔，地区之间教育水平差距很大。一些东部发达 地区，配备了经验丰富的指导教师，拥有雄厚的经济实力支撑硬件教育设施，为学生提 供了设备先进的实验室，一些学校早在开设人工智能课程之前就已经设立了类似于“机 器人制作 这样的第二课堂，组织参加了类似于全国中学生机器人大赛这样有意义的实 践活动。但是，我国西部等广大地区的教师群体中，接触或者接受过人工智能教育的教 师并不多，多数学校开展人工智能教育所需器材和实验室非常匮乏，造成实施该课程的 难度很大。师资力量的薄弱再加上物理设施的匮乏，这让许多教师对在高中阶段开设人 工智能课程产生了疑惑。甚至有的教师和教育管理者对设置人工智能课程的目的尚不清 楚，这也体现了教育工作者对该课程的认识存在不足。 2 课程教学层面的问题 ( 1 ) 有关人工智能初步课程的教学研究欠缺 高中信息技术体系中新增了人工智能课程，对中小学教师来说，它是一种全新的事 物，理论和实践难度较大。目前教师对人工智能教育还处于摸索阶段，教学经验较少， 教育研究成果缺乏，课程内容、教学方法、学业检测等方面的研究欠缺。教学内容和方 法随意性较强，没有形成一个统一的、较有成效的教学方法。在全国期刊网上检索相关 文献，研究有关人工智能初步课程教学的文章只有几篇，多数是浙江师范大学在“孤 3 河，i t 人学教育学硕十。学何沦文 军作战”。 ( 2 ) 案例教学研究欠深入，应用性不强。 这有一些客观的原因，同一些发达国家相比，我国在人工智能基础教育方面起步较 晚，学习资源相对缺乏，师资培训也亟待加强。高中人工智能教学中使用的案例多是沿 袭大学人工智能教材中陈旧案例，有很多不适合高中生的学习特点。研究人工智能初 步课程的教学、教法，开发适合的案例教学资源，一方面有助于教师更有效地丌展该 课程的教学；另一方面有利于学生更好地理解学习内容，达到良好的学习效果。 1 2 研究的目的和意义 1 2 1研究的目的 根据高中人工智能课程的教学目标和高中生的认知特点，在具体分析高中人工智能 课程内容的基础上，论证基于问题解决的案例教学法在高中人工智能课程中的适用性， 设计在高中人工智能课程中案例教学法的实施过程，包括设计、制作和选择案例，进行 案例教学活动设计，以及对案例教学过程进行评价。最终目的是培养学生的创新意识、 合作精神和问题解决能力。 1 2 2 研究的意义 1 理论层次的意义 研究案例教学法的理论意义在于它丰富了我国韵教育教学理论。长期以来，我国教 育一直以“教师讲，学生听”这种信息单向传输的教学方式为主。教师是课堂的主宰者， 学生长期处于被动地位，学习积极性不高，阻碍学生能力的培养。而案例教学在激发学 生学习动机，促进学生知识向能力发展方面起到了关键作用。作为一种新的教学方法， 案例教学法试图改变长期以来讲授式教学法占主导地位的局面，丰富和壮大教学理论的 家族，为我国新课程的实施提供了理论指导。 在不同领域甚至同一领域中，案例和案例教学法的特征都存在很大差别。用于不同 学科的教学，案例教学法的侧重点和组织形式有很大不同。本文试图对以下问题进行探 讨： 本文要解决的大问题是：高中人工智能学科中案例教学法如何应用。在解决主要问 题的过程中，本文还试图弄清以下一系列问题： 高中人工智能课程有怎样的特点? 4 第1 奇绪言 为什么说案例教学法适用于该学科的教学? 案例教学法如何发挥作用? 高中人工智能课程中，案例教学如何组织和实施? 2 实践层次的意义 ( 1 ) 研究高中人工智能的教学方式是新课程教学的需要 我国教育部2 0 0 3 年4 月颁布的普通高中信息技术课程新标准中，正式将人工智 能初步列为选修课程，高中人工智能教育将极大地推动学生多种思维能力的综合培养， 学生在体验神奇的人工智能技术应用的过程中，感受到软硬件结合带来的科技魅力，使 学习者在未来具有适应新技术的能力。 而与之不符的是现阶段还没有形成统一的、有效的教学方式。如何将新的教学理念、 教学方法融入新教材，是教材编者和学科专家共同面临的问题，也是广大一线高中教师 十分关注的问题。大力提倡人工智能初步教学教法的研究，为一线教师提供教学和 资源的支持是当务之急。可喜的是，各级各类学校在积极响应新课程改革的号召下，涌 现出了一批优秀的一线教师，他们对人工智能课程的教学实践摸索了一些经验，有关教 育部门再将学生反映良好的教学实践案例整理成册出版发行，为该学科的教学提供参 考。笔者研究了多个新课程教学案例集，发现其中在高中阶段人工智能的教育中，使用 案例进行教学的占到4 6 ，这一数据反映了教师乐于使用案例教学法，同时，这种教学 方法也受到了学生的欢迎，案例教学法也确实为该课程的教学做了诸多贡献。 ( 2 ) 为一线教师提供教学和资源的支持 案例教学法在人工智能初步课程中的应用，为一线教师提供了一种实用、有效 的教学模式。在案例教学中，案例的设计和编选是一个重要的环节，研究案例教学，首 先要研究如何设计适合特定课程教学的案例。经过长时间地实践和研究，案例将会不断 积累，到时候在实际教学中，也将会有很多优秀的案例可供各个学校的任课教师选择和 再加工，这无疑是为教师的教学提供了宝贵的课程资源。 1 3国内外研究现状 1 3 1国内外对中学人工智能教育的研究进展 1 人工智能课程在国内开设情况 人工智能技术是当前信息技术应用发展的热门领域之一，反映了信息技术的发展方 5 河北人誓教育。学硕f j 学何论文 向，国内逐渐重视对青少年进行有关人工智能的启蒙教育，如1 9 9 7 年清华大学出版的 计算机科普教育丛书计算机与信息科学十万个为什么中就包括了人工智能一书。 全国范围内，j 下式将人工智能课程纳入中学教学课程规划里，是伴随0 3 年新课标的颁 布开始大力发展的。一开始新课改在试验区施行，继而以试验区为中心，借鉴试验区的 经验向全国推广实施。 人工智能知识对多数教师来说是比较陌生的，这给他们教学带来了的一定困扰。各 地开设情况不同，不少省市把五门选修课分为两组让学生选择。浙江省是把多媒体和算 法设为一组，其他三门包括人工智能为一组；福建省把多媒体、算法、数据库和网络作 为一组，另外人工智能单独作为一组。总体上来说，人工智能课程就像站在一个高原地 带，绝大多数教师是不愿意开设这门课的。人工智能课程在高中的普及，需要教师和专 家投入更多的精力，对该课程的教学教法有更完善的经验，继而引导教师上好这门课。 目前浙江、福建、广东等一些省市有关人工智能教学培训的项目已经开展，对高中信息 技术教师的培训可以缓解教师对该课程的陌生和恐慌感。 2 人工智能在国外一些发达国家的开设情况 国外教育普遍重视科学技术课程，学生很早就接受信息技术教育，人工智能是当前 信息技术领域中热点之一，一些发达国家也适时将人工智能课程以各种形式灵活地加入 到原课程体系中。美国、日本等发达国家的中学人工智能教育起步较早，美国中学信息 技术教育课程就包括人工智能概论，因特网上相关的教育资源也比较丰富，旨在培养学 生信息技术技能与意识。 以中英两国比较为例，我国的信息技术课程标准中只设置了人工智能初步- - f - j 选修课程，而在1 9 9 9 年英国中学人工智能课程标准中，“除了在计算系列中开设高 级、高级提升两个层面的人工智能课程之外，还将专家系统、自然语言处理这两部 分内容分别作为信息系统系列中的选修课程。比较我国的课程标准来看，英国的 人工智能教育的教学内容要丰富得多，教学目标较高，而且人工智能教育在英国已经经 过了数年的教学实践。p j 1 3 2 在国内对人工智能课程教学教法的研究 在国内，该课程的研究和实施比较好的省市是浙江省、福建省、天津市、广东省、 张剑平，张家华中英两国高中人工智能课程标准之比较 j 】中小学电教，2 0 0 5 年第9 期：2 6 页 6 第1 章绪言 山东省，主要集中在教育发达的沿海地区。人工智能作为信息技术课程体系的一员，大 学教育技术专业罩不乏研究信息技术课程的佼佼者，比较有代表性的是南京师范大学的 李艺教授，他深入研究信息技术课程，参与制定中学信息技术新课标。此外，比较有代 表性的还有华南师范大学、浙江师范大学，浙江师范大学还专门组织专家对1 7 个省市 的高中信息技术教师进行了关于人工智能初步课程教学的培训。 在文献方面，近两年不断有关于高中人工智能教育的文章出现。在人工智能课程刚 刚走入高中信息技术课堂的时候，人们对该课程的实施存在一定程度的困惑。【4 1 高中 人工智能新课标教材的分析与比较、关于歼设高中人工智能课程的思考、关于人工 智能教育的思考、高中人工智能教学中存在的问题及对策、我国高中人工智能教育 目标的分类一分层体系构建、中英两国高中人工智能课程标准之比较，这些文章对 高中开设人工智能课程进行了诠释，在一定程度上解决了大家的一些疑惑。 随后有关人工智能教学法的文章开始陆续多了起来，这表示研究者开始重视人工智 能教育的问题了。比较有代表性的文章是：高中人工智能教育信息化教学模式、案 例教学法在高中人工智能课程中的运用研究、高中p r o l o g 教学与问题情境的创设等。 有些教师还编写了一些优秀的教学案例，供其他一线教师参考。其中，李永前老师的启 发式搜索与人机博弈教学设计案例和专家系统案例，杨银辉老师设计的专家系 统及其设计案例，易学军老师设计的深蓝下棋案例，黄秉刚老师的( ( c r o s s w o r d s 问题的智能程序实现都可以作为教师备课的参考，这些优秀教学实践案例均收录在李 艺老师主编的走进课堂一高中信息技术( 选修) 新课程案例与评析一书中。 1 3 3国内外对案例教学法的研究 案例教学法的发展历史，可以分为国内和国外两个分支来研究。案例教学的发展在 国外呈现繁荣的景象。 1 国外案例教学的发展历史【5 】 国外案例教学法的鼻祖，学者们普遍公认是古希腊时期著名教育家和哲学家苏格拉 底( s o c r a t e s ) 的“问答式教学 ，在这种案例教学的雏形期，苏格拉底针对某件事情或 者问题，采用与学生一问一答的形式教学，通过环环相扣的问题，启发学生思考，解析 问题的真相。 真正将案例教学法作为一种常规教学方法，并将其发扬光大的功臣当属哈佛大 7 河北人学教育学硕f j 学侮论文 学。案例教学法最先受到推崇的是哈佛大学的法学专业。现有资料表明，早在 1 8 7 0 年前后，美国的哈佛大学就首次在法学专业教学中大量使用案例教学法， 并将案例教学作为提高学生推理、分析和综合能力的有效方法之一。 案例教学在医学专业教学中被广泛使用。美国新墨西哥医学院作为医学改革先 锋，一直致力于医学教育与培训方式的改革。1 6 】上世纪7 0 年代，该学院作为美 国第一个以案例呈现问题的形式来构建课程的学院。6 年后，这种方式被哈佛 医学院采用。 案例教学法随后在商学院也受到推广，用于企业管理等课程中。1 9 1 0 年，哈佛 大学工商学院最先使用讨论法进行工商管理教学。哈佛商学院在1 9 2 1 年出版了 第一本案例集( c a s e b o o k ) 之后，商学院随即开始采用案例教学法为社会培养 能够解决实际问题的高素质管理人才。之后，由于各种原因，案例教学发展缓 慢，直至2 0 世纪4 0 年代，案例教学才出具规模，形成了较为完整的案例系统。 在培训领域推广案例教学还是近二三十年的事情，之后案例教学得到了各国的 普遍认可，并扩展到其他学科的教学中。2 0 世纪7 0 年代，教师教育中开始运 用案例教学法培养教师应对实践、进行决策的能力。 之后，随着案例教学理论的发展，案例教学几乎渗透到各个学科的教学中来， 除法学教育、医学临床、企管教育、师资培训领域外，在公共行政、社会工作、 建筑、政治、心理学、新闻、社会科学、艺术、农业教育等，都能找到案例教 学法应用的例子。相对应的案例教学实践领域从大学逐渐向中小学扩展，无论 是城市的、乡村的还是高中、初中、小学，都有案例教学法的存在。中小学教 育中应用案例教学法主要集中在科学类、社会类的课程中。我们在高中人工智 能课程中应用案例教学法，是案例教学理论不断发展的结果。 2 国内案例教学的发展历史 我国自古代就有类似于案例教学的思想，“以史为鉴 、“前事不忘，后事之师等 至理名言都可看成案例教学的思想。我国古代史书像史记、战国策等都可看作是 案例和案例教学法的雏形。案例教学法在我国真正得到发展是从2 0 世纪8 0 年代前后开 始的。最初，案例教学还仅限于临床医学、法学等少数学科专业的部分课程。随后，在 管理专业也开始应用。在最近二十年里，案例教学法已经在我国得到了大力推行。我国 开展案例教学已经具备相应的基础和条件，所涉及的学科领域不断扩大，除了法学、医 r 筛1 章绪言 学、管理学外，政治道德教育、教师培训、m p a ，甚至在建筑类科目里也有了案例教学 的身影。中小学教育中一部分课程也在尝试应用案例教学法，并取得了一定的成效，比 如说生物、地理、化学等科学类课程。【7 】 我们在高中人工智能课程中应用案例教学法，是案例教学理论不断发展的结果。目 前高中人工智能初步教学中，采用案例教学法初具规模，据“浙江师范大学近年对 9 个省的4 1 所中学进行的调查，有2 9 的教师在教学中采用了案例教学法。随着后续 调查的进行，这- - l l 例j 丕r 在扩大。” 但是，很多教师在案例教学法具体实施的各个环节 中仍有较多疑问，需要深入地探讨和研究。比如说，案例如何编选，案例教学准备环节 中教师和学生需要做些什么，如何将讨论环节进行好等。2 0 0 8 年2 月刊登在中国电化 教育杂志上的案例教学法在高中人工智能课程中的运用研究这篇文章与本文研究 有共同的目的，文章作者李鸣华教授对在高中人工智能课程教学中应用案例教学法做了 概括性分析。但是，就如何应用案例教学法，如何设计案例教学过程等一些具体问题上， 还需要进一步深入地、细致的研究，而本文就是对案例教学法深层次、全面地研究和分 析。【8 l 我与李鸣华教授就是否应用案例教学法的问题探讨过，李教授表示，人工智能在 信息技术课程体系里比较特殊，对于比较抽象的内容，或那些可以用生动活泼的形式来 表现的教学内容都可以用案例教学法。 1 4 易混淆概念的区分 1 4 1案例与实例的联系与区别 1 两者的联系在于：实例是案例的基本前提之一，作为教学中的案例必须是实例， 不是个人凭空杜撰出来的。 2 两者的区别在于：并不是所有实例都可以作为案例。案例有特定的文体和书写 规范。用在教学中的实例要体现一定的教学目的，并为教学服务。案例还需要具有一定 的典范性。例如，从报刊上截取的一段关于人工智能发展的报道，虽然反映了有关人工 智能方面的问题，但是它并非符合用于教学中案例的要求。如果将其作为媒介进行教学， 其效果与案例教学是存在差异的。 3 两者容易混淆的地方：案例种类中有一种“描述型案例”，其忠于事实，陈述某 一事件的全过程，有时在其后加上评论，这种以描述事件发展过程的案例与实例非常接 李鸣华案例教学法在高中人工智能课程中的运用研究 j 】中国电化教育，2 0 0 8 年第2 期：9 9 页 9 河北人学教育学硕十学何论文 近，只是编写者根据特定的教育目的将内容进行适度地组织、加工、规范而成。但是这 只是案例的一种类型，并不代表主流。案例中需要有问题情景，让读者产生认知冲突， 存在问题解决的方法等等，这才是案例的真正用意所在。 1 4 2 案例与举例的联系与区别 1 两者的联系在于：案例和例子，两者都有一个“例”字，表明两者均是事例。 2 两者的区别在于：首先，举例子通常是教学者仅仅为了说明一个观点或者一条 信息，临时列举的一个和多个例子辅助说明；而案例不仅要描述整个事件的过程，还要 使之引出问题，引起学生的讨论，目的是培养学生的分析能力和解决问题的能力；其次， 案例是教学的核心，是学生将已学过的理论知识在模拟现实的案例情景中应用的过程。 案例篇幅一般较长，是教师在上课前精心准备好的，学生要在课f j 进行提前阅读和分析， 以便课上针对问题进行讨论，课后还需要组织学生反思和评价；而例子一般是教师临时 列举的，仅仅为了说清楚一个原理或者规则而列举的一个事例，一般一两句话就能说清 楚；再次，两者区分的本质在于案例必须是实例，情节丰富，源于生活，例子并不一定。 1 4 3 案例教学法与范例教学法的联系与区别 1 两者的联系在于：两者都为教学服务。案例教学中的案例具有典范性的要求， 即所选实例要有代表性。 2 两者最大的区别在于：案例一般包含有未解决的问题，案例教学是以解决问题 为目的，以探究问题的解决过程为主线。而范例教学法一般是已经解决的问题，往往是 前人在处理已经发生的事件之后得到的经验、教训，是现成的“解决处方 。案例教学 一般是待决型实例，它的目的是要有问题矛盾产生，从而引发学生讨论，分析问题，探 索解决问题的方式，目的是寻找“解决处方。 3 两者容易混淆的地方是案例因为具有典范性特点，在教学中使用的案例也有将 案例作为范例使用，陈述事实发展过程，描述问题解决的过程。从这个角度上说，多数 学者将两者等同，不做细致的区分。但大多数案例教学并非如此：多数案例是提供一个 问题情境、悬而未决的情境，激发学生参与讨论、分析、探究、解决问题。 1 4 4 案例教学法与讨论法的联系与区别 1 两者的联系在于：“讨论 在两种教学法中都是重要的环节。“讨论 的目的都 是为了培养学生交流能力、分析问题的能力。讨论教学法是指在教师指导下，学生之间、 l o 第1 章绪言 师生之l 、日j 为了达到教学目的组织的讨论会、辩论会等形式的教学方法。“讨论”也是案 例教学过程中较为普遍的重要环节。 2 两者也有很大区别。首先，案例中的讨论必须围绕案例展开，而且讨论的案例 必须是真实的。虽然一部分讨论教学法中有围绕故事展开的讨论，但是故事往往是虚构 的；其次，案例教学中，讨论环节不是绝对固定的环节、可以在案例呈现之后，以问答 式、角色扮演等方式来代替讨论环节。【9 】 河北人学教育学硕十学 寺：论文 第2 章普通高中人工智能课程的学情分析 学情分析是在教学实施之前对影响学生学习的重要因素的分析，它是教学设计的一 个重要环节，主要指的是学习者分析。高中人工智能课程的教学实施之自 ，必须了解学 习对象的特点。另外，人工智能课程是信息技术课程体系里的新成员，为了了解该学科 的特点，还需要对课程开设的意义和学习内容进行分析。 2 1高中生学习特点- o 】 人工智能初步课程的教学对象是在校高中生，他们的总体特点是：年龄较小， 知识结构还不够完善，心理发展、认知能力、抽象思维和逻辑推理能力都有自身的特点。 心理学家把人的发展变化分成若干方面来研究，包括生理发展、认知发展、个性发展和 社会性发展。从学习的角度出发，为了全面了解高中生的特点，探求适合他们的教学 方式，我们还需要了解他们的技能特点和学习环境特点。以下我们分别从认知心理发展、 个性发展、社会性发展、技能特点和学习环境特点五个维度综合分析，全面解析高中生 的学习特点，最大化实现因材施教。 2 1 1认知心理发展特点 培养学生的思维能力，制定合理的教学目标，选择合理的教学方法，实施有效的教 学都不能违背认知发展的固有规律。认知发展主要是指思维能力的变化。通俗的讲，由 于阅历的增加、心理上的发展成熟等因素的影响，人的智力水平得到提高，思维能力逐 渐增强。高中生的认知能力，主要表现在观察力、记忆力和思维能力，以及创造力的发 展上。 1 高中生观察力的发展特点 有学者将高中生观察力的发展特点归纳为：( 1 ) 观察向目的性发展；( 2 ) 观察向精 细性发展；( 3 ) 观察向持久性发展。这三个特点很好的说明了高中生的观察能力较小学 和初中阶段有了很大的发展。高中生有能力选择和组织知觉活动，能够自觉进行观察并 进行自我监控，分辨复杂事物中的细节，掌握观察对象的本质特征，并且观察行为能够 保持较长时间，直至任务完成。这说明，高中生通过自己的努力能够胜任一定的探究任 ( 美) 阿妮塔伍德沃克著，陈红兵，张春莉译教育心理学 m 】江苏教育出版社，2 0 0 5 年第4 版：2 5 页 1 2 第2 章普通高中人：钾能课拌的学情分析 务，在教师指导下解决有一定难度的问题。 2 高中生思维能力的发展特点 高中生的思维能力较初中阶段有了明显提高，突出表现在形式逻辑和辩证逻辑运算 能力在初中基础上有了大幅提高。 高中生形式逻辑运算方面的发展主要体现学生对概念、推理和逻辑法则运用能力有 所提高。根据著名瑞典心理学家皮亚杰对人的认知发展阶段的研究，小学术期到初中阶 段具体运算思维占主导地位，高中阶段是形式运算能力发展的重要阶段。 表2 - 1 ：运算阶段和形式运算阶段比较表 阶段 比较赢入 具体运算阶段形式运算阶段比较 思维系统 直观思维抽象思维 高中生具备抽象思维能力 能够完成的任务动手操作、分类、假设一演绎推理 高中生已具备分析、推理以 及运 j 逻辑法则解决问题 类型排序归纳推理 的能力 与物理现实联系， 教学环境 具体的道具和直观 虚拟、假设的情境 高中生在假设的情境中系 的事物 统地思考和解决问题 与具体运算思维特点相比，具备了形式运算能力的高中生能够利用抽象思维能力， 在假定的情景中进行假想思维和选择性考虑，具备思考问题、分析问题和解决问题的能 力。“西格勒( s i e g l e r ) 提出随着儿童逐渐长大，他们解决问题和逻辑思维的方法越来越 高明。如果教师把学生放到具体情景中去，从中激发他们的思维，揭示他们逻辑上的不 足，则能帮助学生发展形式思维能力。 从这一点我们可以看出，学生的形式思维能力 在具体情景的问题解决过程中能够得到增强。基于问题解决的案例教学法就是提供给学 生具体问题情景的案例，并基于案例让学生在教学过程中提出问题、分析问题、最终解 决问题的一种教学方式，这种方式能够提高学生的高级思维能力。 高中生的辩证逻辑运算方面的发展主要体现他们能够分清事物的主次，透过现象揭 开事物本质，能够用辩证的思想批判地分析问题、解决问题。人工智能课程选在高二年 级开设，学生在分析案例情景中的矛盾冲突、探索解决问题的学习过程中，思维能力能 得到大幅锻炼和提高。 。( 美) 阿妮塔伍德沃克著，陈红兵，张春莉译教育心理学【m 】江苏教育出版社，2 0 0 5 第4 版： 4 6 页 1 3 河北人学教育0 ，硕- 学伊论文 3 高中生创造力的发展特点 创造思维是思维运动的最高级水平。现代社会需要创造型人才，现代教育需要培养 学生的创造性思维。在学科教育中，国家教育部多次强调在教学中促进学生创造能力发 展的重要性。教师应该在具体教学实践中，有意识地引导学生发散思维的发展，让学生 在学习活动中积极动脑，主动探究，敢于标新立异。 案例教学将学科内容作为案例材料的主题，学习过程是解决案例中所提出的问题， 在分析、探究问题解决的过程中，充分发挥学生的主动性，激发他们的发散思维，在师 生和生生的讨论合作中发挥群体思维的优势，引导和发展学生的创新思维。 2 1 2 个性发展特点 1 鼓励高中生“提问题 学生的个性发展是制约学习活动的重要因素之一。学生的个性在不同时期有不同表 现。小学阶段，学生的好奇心很强，凡事都喜欢问为什么。到了中学阶段，不少学生变 得封闭起来，提问之前有了各种顾虑，不愿提问题甚至不敢提问题。在案例教学过程中， 教师要向学生讲解提问题的好处，鼓励学生提问题，分析问题和解决问题，让学生们了 解学习就是为了解决各种问题，发现和提出问题是理解学习内容的前提。 2 鼓励高中生“自我管理 “自我管理”是指高中生对自身心理和行为的主动把握。高中阶段是学生由“他人 管理向“自我管理”转变的重要时期，该阶段高中生的内部学习动机增强，并逐渐占 据优势地位。高中生在执行任务前般会经过周密思考，预计行为后果，在执行过程中 主动支配自己的行为。高中生学习能力的增强与自我调控、自我管理能力的发展不无关 系，在教学中，教师应该使用相应教学策略，激发学生的内部动机，鼓励学生自我监管， 自主探究。 2 1 3 社会性发展特点 高中阶段是社会化形成的重要时期。在教学中，学生的社会性发展主要通过交流与 合作行为来实现的，学生与学生之间，学生与教师之间的交流和合作，都有利于学生社 会性的发展。 1 4 第2 章普通高中人t 智能课程的学情分忻 图2 - 1 ：学生社会性发展的互动图 高中阶段的主要活动是学习，因此他们之间的交往一般也是在学习活动中进行的。 “讨论”作为案例教学中很重要的一个环节，学生在小组合作和讨论中启迪智慧、发散 思维、促进学习。在案例教学中，师生面对案例中的问题，共同分析、讨论，通过合作 探究解决问题的办法，最后通过小组之间以及全班之间的商讨得出小组解决方案，教师 还可以安排小组实践的机会，在实践中验证解决方案解决问题的有效性。在这个过程中， 高中生的表达能力、合作能力都得到了很好发展。 2 1 4 高中生技能特点 前面我们分析了高中生的心理特点，这为教师编选案例、设计教学活动提供了很大 帮助。不过，除了要了解学生的心理发展特点外，还需要了解学生现有知识和将要学习 的知识之间的差距，才能确定学生的具体需要。因此，掌握高中生的知识基础和技能水 平也是教师在案例教学之前必须做的基础工作。 1 高中生知识基础 高中人工智能课程需要学生掌握p r o l o g 程序语言，这要求学生对计算机有关“知识 表征 有一定了解。高中生经过几年的信息技术教育，积累了不少计算机相关知识，如 初中学习“建立网站”时接触过程序语言，对计算机程序语言与自然语言表征的差别有 一定了解。教师在新知识的教学时要尽量与学生的已有经验发生联系，这样学生学习起 来就不觉得晦涩难懂了。 2 高中生技能基础