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高中人工智能课程及其教学问题研究 y8 3 83 6l 高中人工智能课程及其教学问题研究 中文摘要 在我国新一轮的基础教育课程改革中，首次在高中信息技术科目 中设置了“人工智能初步”选修模块。这一举措不仅体现了新课程改 革的前瞻性，也成为高中信息技术教育的一大亮点。然而，由于各种 原因，目前我国高中人工智能课程及其教学的实施还存在较大的困 难。由于没有现成经验可供参考，大部分一线教师对人工智能课程的 开设还处于观望态度，国内有关中学人：i ，：智能课程及其教学问题的研 究也相对匮乏。本研究以课程理论为基础，对我国高中人工智能教育 的实施问题进行研究，结合教学实验、访问调查，探讨开展高中人工 智能教学的途径和方法，并对当前存在的问题提出了解决办法。 本研究的主要目的在于： 探讨实施高中人工智能课程及其教学的途径和方法，为我国高中 一线信息技术教师提供有益的参考和指导，从而进一步推进我国高中 信息技术新课程的建设。 本研究共分四章。第一章主要介绍国内外中学人工智能教育的发 展与现状，论述了在高中开设人工智能课程的教育价值、必要性和可 行性。第二章对我国和英国( 苏格兰地区为例) 高中人工智能课程标 准进行了分析和比较。第三章从课程的教学方法、评价方法、教学设 计、教学实验的开展、专题学习网站的建设等多个角度论述高中人工 智能课程的实施策略。第四章对本研究进行总结。 壹! 三塑堂堡堡墨茎塾堂坚嬖! ! 窒 r e s e a r c h e so nt h e a r t i f i c i a li n t e l l i g e n c e c u r i u c u l u ma n d i t si n s t r u c t i o n a lp r o b l e m s i nh i g hs c h o o l a b s t r a c t ”e l e m e n t a r ya n i f i c i a li m e l l i g e n c e ( a i ) ”w a sf i r s t l ys e ta sa ne l e c t i v e m o d u l eo f i n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yc u 玎i c u l u mo fh i 曲s c h 0 0 1i nt h en e w c u r r i c u l u mr e f o r mo fb a s i ce d u c a t i o n nn o to n l yr e n e c t sm ef o r e s i g h t o ft h en e wc u r r i c u l u mr e f o r m b u ta l s ob e c o m e saf e a t u r eo f i n f o r m a t i o nt e c h n 0 1 0 9 ye d u c a t i o n o fh i g hs c h o o l ，h o w e v e i t h e r ea r e g r e a td i 伍c u l t i e st oi m p l e m e n tt h ei n s t f u c t i o no fa ic u ”i c u l u mi nh i g h s c h o o lf o rs o m er e a s o n s m o s tt e a c h e r so fh i g hs c h o o l ss t i l lw a i tf o r r e f e r r i n gt oo t h e r s 。t e a c h i n ge x p e r i e n c e a n dr e s e a r c h e so nt h ei n s t r u c t i o n a n dt h ec 1 埘i c u l u mo fa io f h i 曲s c h 0 0 1a r ea l s oi n s u 臌c i e 此b a s e do nt h e t h e o r yo fc u r r i c u l u m ，t h i sr e s e a r c hf o c u s e so nt h ei m p l e m e n t a t i o no fa i e d u c a t i o ni nh i g hs c h o o l so fc h i n a t h r o u g ht h et e a c h i n ge x p e r i m e n ta n d i n v e s t i g a t i o n ，t h i sr e s e a r c hp r o b e si n t ot h ew a y sa n dm e t h o d so ft h e i n s t r u c t i o no fa ic u r r i c u i u ma n d s u g g e s t s s o l u t i o n st ot h e e x i s t i n g p r o b l e m s t h ep u r p o s eo ft h i sr e s e a r c hi st os e a r c ht h ew a y sa n dm e t h o d st 0 i m p l e m e n ta ic u r r i c u l u ma n di t si n s t r u c t i o ni nh i g hs c h o o l sa n dt oo f 论r h e l p f u lr e f 色r r e n c e sa n dd i r e c t i o n st ot e a c h e r s ，a n dm o r et ob o o s tt h e c o n s t m c t i o no fn e wi n f o m 旭t i o nt e c h l o l o g yc u r r i c u l u mi nh i g hs c h o o l so f o u r c o u n t r y t h i sr e s e a r c hi sm a d eu po ff o u rc h 印t e r s c h 印t e ro n e m a i n l y i m r o d u c e st h ed e v e l o p m e ma n ds t a t u sq u oo fa ie d u c a t i o ni nm i d d l e s c h 0 0 1 so f f o r e i g nc o u m r i e s ， a n dd i s c u s s e st h ee d u c a t i o n a i v a l u e ， n e c e s s i t ya n df e a s i b i l i t yo fa ic u r r i c u l 眦i nh i g hs c h 0 0 1 c h 印t e rt w o a n a l y s e sa 1 1 dc o m p a r e st h ea ic u r r i c u l u ms t a n d a r do fh i g hs c h o o li n c h i n aw i t ht h eo n ei ns c o t l a n d c h 印t e r t 上1 r e ed i s c u s s e sm es t r a t e g yo f i m p l e m e n t i n ga ic u r r i c u l u mo fh i g hs c h 0 0 1f r o ms e v e r a la s p e c t ss u c ha s i i l 高中人工智能课程及其教学问题研究 ( 一) 问题的提出 绪论 以多媒体、网络化和智能化为特征的现代信息技术的飞速发展，使人类迈进 了信息化社会的大门。面对2 1 世纪信息化的浪潮，世界各国都在大力推进教育 信息化，把它作为整个教育改革的突破口。多媒体、网络、数据库等信息技术已 经深入到中小学教育领域中，呈现出勃勃生机，而人工智能这门处于前沿的信息 技术，却长期徘徊在中小学教育领域的门槛之外。教育信息化是教育领域全面、 深入地运用现代信息技术来促进教育改革的过程。2 1 世纪教育信息化的风起云 涌呼唤人工智能教育。 目前，不少发达国家已经意识到在中小学推广人工智能基础教育的重要性， 这些国家在中小学中采用不同方式来开展人工智能教育，有效地提高了学习者学 习人工智能知识和技术的积极性，培养了他们良好的问题求解能力。 我国教育部于2 0 0 3 年4 月正式颁布了普通高中技术课程标准( 实验) ， 首次在信息技术课程中设立了“人工智能初步”选修模块，从而迈出了我国高中 阶段开展人工智能教育的第一步，这也意味着我国的人工智能教育在大众化、普 及化层面上跃上了一个新的台阶。然而，我国人工智能教育起步较晚，人工智能 类课程仅在少数高校得以开设，相关的教学资源相对不足；而且，许多高中都存 在着信息技术课程师资不足、硬软件设施不完善等条件的制约，从而使得在高中 t 设人工智能课程显得困难重重。 针对以上情况，本文试图通过对国外中学人工智能教育的实施情况进行分析 和研究，提出在我国开展高中人工智能教学的途径和方法，并对目前存在的问题 提出了解决的办法，以期对中学一线信息技术教师提供定的参考和指导，为相 关研究人员提供一定的借鉴。 ( 二) 研究任务 本研究的主要任务包括： 1 、了解国外中学人工智能教育的发展和现状。包括实施的方法、途径和效 果等。重点了解中学人工智能课程的开设和实施情况。 2 、研究我国高中人工智能课程标准及其实施背景。结合国外现状和国内实 际情况为我国高中人工智能课程的实施提供一些启示和建议。 3 、探讨我国高中人工智能课程实施的途径和方法。结合高中人工智能课程 教学实验的开展和专题学习网站的建设，以及我国高中信息技术教育现状，提出 可行的方法和途径。 萋器娶卿譬耧薯；耍蒌 到驯型囊 交； 鸶芰彗肇要 i i 譬耋j 妻萋莹蠹毫 j 窒；蠢蠢萎薹鬟妻譬蔓乒毫i 童螽l 蘸摹妻笋l i 善l j ；霉餐毪! 雾喜莹墨皋喜孝j 薹 舞；“g 。i i ；i ；i 戮；琦j 州j 耋耄枷i 弼讨；l i 霸| 萼j ；塞曩；毫耋圩巾g 馨l 蓁 l l l ；i i 霉i i i 雠群j j 薹 萋薹i 0 并嚣孽s ：l 州j 莹零姜i 毒；j ；至；醚! 嚣氆i t ：眚掌囊馕 羹萎鬟擎i 美辇曩篓塞孽攀霉；i 羹萼喜0 鍪 誊- i 三蠹i ：j j ! 至 l 鑫蓦毒藿羹 = ；季 # 曩? ；萎i i i i 羹囊薛誊 i ；二| ；： 熏! 王雩j 毒壬影鼗；弹自傅羹薹萎蘩f 童 耋嚏鍪! ；：b 亍冀雾差 i 二遥耋i 誊j 霉嚣窭轰雾羹誊裂! 霭i 蠹目萋 碱r 妻神j ! j i 替一薹耄 毒i j l l 簿1 5 霎辱囊讣斗曩| i 妻i i 。躐；至霉薹妻毒i j i 羹i i i i i 善毒膳；i 茎t ；自；毳一囊r 誊i i i ? ；l li ! & l 。强i 妻 季 i 辱￥i i ! j j 耄l ；系$ ，j i ￥二：枣；辜女；i 塾i 女嚣! ；翌n n i ! j j j 童童亭亭毳；i # 呻；：薹! 尊尊季；i i 番番g ；雪| 0 薹e 琴善；l 垂l 雾l j li 霎薹i 葶 与 李? i ￥；萋 i i i i 擎i i b ；薹自；疆考二基誊i 专i ；i 雅；萼争女女瓤 ；i ；i i 囊l l l i ! 鼋i _ 1 3 9 ；造；。辇：童三：? = ：j j 郎露# | | 囊尘二i 董! ；! 高中人工智能课程及其教学问题研究 ( 一) 概念的界定 1 、人工智能 一、高中人工智能教育概述 人工智能兴起于二十世纪五十年代后期。作为一门新兴学科，人工智能至今 尚无统一的定义。以下是几种代表性的定义： 辞海：所谓人工智能，是指利用电子计算机模拟人类智力活动的科研领 域。即由计算机代替人的智能来完成某项工作。人工智能的研究对于人类的学习、 记忆和思维活动提供了新的研究方法及理论。因此不少人认为这是一门研究智能 的科学。o 世界知识大辞典：人工智能是指利用电子计算机模拟人类智力活动，研 究智能的。一门科学。它包括应用和理论两个方面的研究。应用研究的目的在于扩 大计算机应用，被称为应用人工智能学，理论研究的目的在于发现智力活动的规 律，被称为理论人工智能学。 简明不列颠百科全书：人工智能是指研究解决某些通常被认为要用智力 才能解决的问题的计算机技术。人工智能是一门实验科学，大多数人工智能方面 的研究工作可以分成或者是与现实世界有关的工作( 如语言、视觉、机器人等) ， 或者是在抽象领域方面的工作( 如定理证明、自动程序设计、问题求解、归纳推 理等) 。 人工智能技术导论：作为学科，人工智能研究的是如何使机器( 计算机) 具有智能的科学和技术，特别是自然智能如何在计算机上实现或再现的科学和技 术。当前的人工智能是计算机科学的一个分支，但它的研究还涉及到认知科学、 行为科学、生命科学、信息论、控制论和系统论等学科领域，因此它是一门综合 性的交叉学科和边缘学科。 综上所述，对于人工智能本质的看法，主要有三个方面：即认为人工智能是 一门技术，是一门学科( 或科学) ，是一个领域。本研究涉及的高中人工智能课 程及其教学，主要是从学科的角度进行论述的。 2 、高中人工智能课程 教育大辞典将课程定义为实现学校教育目标而选择的教育内容的称谓。 。辞海编辑委员会辞海【m 】i ：海：上海辞书f l 版社1 9 7 9 ：6 9 7 。i ! 克勤世界知识人辞典 m 】北京：世界知识出版社，1 9 8 8 ：6 ”中羹联合编审委员会简明不列颠百科争书 m 】北京：中国犬西科全书出版社，1 9 8 6 ：7 4 6 “臁师友- 人工智能技术导论( 第二版) m 】西安；西安电子科技人学出版杜，2 0 0 2 ：i 塑坚堕蔓查堂堡圭兰垡堡奎一 我国学者对课程的定义，可以归纳为三种：即“学科”说、“进程”说和“教学 内容，说。本文所讨论的高中人工智能课程，采用的是狭义的学科说，是指针 对我国基础教育课程改革与发展的需要，依据普通高中技术课程标准的要求，在 高中信息技术课程中所设立的“人工智能初步”这一模块。 3 、课程实施和教学 课程实施是指把课程计薹；终睡醵9 叠一浦；搿鬣蓬郓鬻疆鬈鼋焉鬟茹薹矍鼙 年闽驻衙獯哨寒魈湾珞臻巅j 蓄德岛稀溯基霞诤舔曩蕊鞘旁到瓤霪宙棼j 畸翠直鲕美于奉丰古蕊暖本；纠- d 晒阿塑嚣孔灌兹蠡参掣罕：。鬻弘篓崽霉 蔷援一蔗慵坝j 功囊嚣菱二i 裂稀强蕊姚祭掣p 萋| l 始螃鸲缱舅搴霎群雏蜓醵璧。群蠹一褥兹 稆尘警銎蕊瞰有理罄景；暑品带翥釜彰篓囊冀孬尊i 蔓妻囊霉囊蘑了雾捌番引； 奏雨群荠莹 功能文件最后一次更新的时间工具列每2 4 小时就会 自动检查一次是否有所更新。 验证i c t r l+ a l t + 1 一篁墼。 功能 描述 w3 c h t m l 验证程序 。 验证h t m l o验证h t m l ( 开启新窗口) o验证h t m l ( 档案上传) 。 验证内含框架的页面 用w 3 c h n m 验证程序来检查目前页面的 ht m l 源码。注：验证h t m l ( 档案上传) 如 果您在匝中透过档案 开启的对话框开启了自 己计算机里的h r n m ，档案，( 而不是网站服务 器上的档案) 【像是c ：e x a m p l e h 咖1 的话，启用 这个档案上传功能时，就会自动地把这个档案 的h f m l 源码送往验证程序。 w3 c c s s 验证程序 。 验证c s s o验证c s s ( 开启新窗口) 用w 3 c c s s 验证程序来检查目前页面里的c s s 源码。 w 3 c h t m l 美容程序( t i d y ) o检查及修复h t m l o检查及修复h t m l ( 开启新窗口) 使用h t m l 美容程序( t i d v ) 来检查目前页面 塑竖堕蔓查兰堡主兰垡笙苎 2 、课程内容及学习要点 以下是课标中规定的主要内容和学习要点： ( 1 ) 知识及其表达 能描述人工智能的概念与基本特点；知道人工智能技术随着计算机硬、软 件技术的进步和应用需求而发展的事实奔客观规律。 列举人工智能的主要应用领域；通过演示或实际操作，体验人工智能的若 干典型应用，知道其发展现状。 掌握知识的概念；学会知识表达的基本方法。 ( 2 ) 推理与专家系统 演示或使用简单的产生式专家系统软件，感受用专家系统解决问题的基本 过程：了解专家系统的基本结构。 通过实例分析，知道专家系统正向、反向推理的基本原理；会描述一种常 用的不精确推理的基本过程。 了解专家系统解释机制的基本概念及其在专家系统中的重要作用。 ，了解专家系统外壳的概念；学会使用一个简易的专家系统外壳，并能用它 开发简单的专家系统。 ( 3 ) 人工智能语言与问题求解 了解一种人工智能语言的基本数据结构和程序结构，掌握相关概念，知道 人工智能语言的主要特征。 初步学会使用该语言设计程序求解简单问题，并能够上机调试、执行相应 的程序。 了解状态空间的概念与方法，学会 椿 28 4271 24 8 263 8 71 9 高中人工智能课程及其教学问题研究 表2 2 英国苏格兰地区中学人工智能课程的设置情况 课程系列计算信息系统 课程等级中级2 等高级高级提升中级2 等 高级高级提升 谍程名称人丁智能人工翼y群簦警誊墓嚣喜r 巍劁羹鑫 孽囊霪囊堕 霪蚕塞墼p ! 叼曦e 薹幕9 蕈篓”二鎏幕一裳_ nl ir 飘 型墓攀茸 ；誊薹? 喜凄；璧孽；蹲舞；叫嚏l 婵蠹 毒囊蓦磊鼎需墨j ；嚣望a ，要蠢 127 不合格 2 04 7 315412l2 8124 3 5 92 1 9 1 13 7 8 61 2 l2 05 1 031 2 l1 11 1 不合格 3 6 0231 25 1 26 2 2 31 96 7 538 11 2 浙江师范大学硕士学位论文 学习目标2 ：分析知识的表示以及搜索知识的方法。 行为标准：( a ) 准确有效地表示不同类型的知识。( b ) 正确说明几种搜索方 法，比较它们效率的不同，解释组合爆炸现象。( c ) 正确说明搜索技术的应用。 ( d ) 正确地应用搜索技术解决简单的问题。 学习要点： 知识及其类型：搜索树；逻辑；语义网络；框架。 搜索技术：穷举式搜索；启发式搜索。 应用：自然语言处理；视觉；机器人技术。 学习目标3 ：评价专家系统外壳的特点。 行为标准：( a ) 正确描述专家系统外壳的特征。( b ) 使用不同的外壳来实现 专家系统，并依据适当的标准对它们进行比较。 学习要点： 专家系统外壳：不支持不确定性；支持不确定性。 特点：搜索技术；推理机；构建知识库的方法。 标准：建造知识库的难易度；用户界面的友好度；解释功能的优劣：不同 搜索技术的效果：不确定性效果。 ( 三) 中英高中人工智能课程标准的比较 1 、课程结构的e e 较 通过对比可以看出，两国都将人工智能作为高中信息技术课程的选修模块加 以开设，以供有兴趣的学生有更多选择。我国高中课程标准仅设置了“人工智能 初步”一门选修课程，而在英国中学课程标准中，除了在“计算”系列开设中级、 高级、高级提升三个层面的人工智能课程以外，还将“专家系统”、“自然语言处 理”这两部分内容单独设课，作为“信息系统”系列的选修课程。因此，英国中 学人工智能课程的结构比我国的要庞大和复杂。不过，英国中学人工智能教育目 前仍处于尝试与探索阶段。从1 9 9 9 年开始，英国至今已开展了6 年以上的中学 人工智能教学实践，相关的课程标准经过多次修订，课程结构也发生了一些细微 的变化。例如，从2 0 0 4 年5 月开始，新课标在“计算”系列的中级层面新增内 容更为基础的“人工智能”课程；而从2 0 0 6 年7 月开始，“信息系统”系列高级 层面中原有的“自然语言处理”课程因难度偏高将不再开设。 “1 s q ac o m p u t i n gr e v i s 州a r r a n g e m e n t sd o c u m e n t sv a i i d 打o m2 0 0 4 ，0 5 d b ，ol 1 1 1 【l p w w s q ao 聘u “s q “s q t - n u - d i s p l a y j s p ? p c o n l e n t i d ；2 4 9 9 p _ a p i c = c c c p - s e r v i c e = c o n t e n ts h o w 2 0 0 6 - l - 2 0 。s q a ，l n f o r m a 【i o ns y s t e m s ：r e v i s e d a r a n g c “转柏；d o c 口m e n t sv a l i d f r o m 2 0 0 纠7 e d 聊o l 】 h t t p ，w w w s q ao r g u k ，s q 如q a _ n u d l s p i a y j s p ? p c o n t e n t i d s 2 51 0 p _ a p p 【i c ：c c c p s e r v i c 萨c o n t e n t s h o w 1 4 高中人- t 智能课程及其教学问题研究 2 、内容设置的比较 从课程标准本身来看，虽然二者的文字表述不完全一致，但是就教学目标、 教学内容而言基本上是相仿的。例如，两国课标的教学内容中都包括了知识表示、 专家系统、问题求解；对于专家系统，两国的标准都把利用现有的专家系统外壳 丌发简币的应用系统作为学习目标。然而，英国中学人工智能课程的教学内容比 我国的要广，涉及到某一具体内容时要更加详尽和深入，教学目标也相对高于我 国的要求。另外，根据几年来的教学实践，英国课标中设置的教学内容一直处于 不断调整之中，有些教学内容被分解到不同层面的课程中分阶段来完成，部分难 度偏高的教学内容或者取消，或者降低了难度。其课标总的变化趋势为：内容越 来越细致，越来越基础，更加偏重应用，注重学生实践技能的培养。 3 、启示与借鉴 从英国中学人工智能教学的开展情况来看，以下几点是值褥我们借鉴的。 ( 1 ) 找准课程定位，有针对性地开设课程 人工智能课程在高中开设是必要的，但这并不意味着所有的学习者都要学习 人工智能。在英国课标的要求中，人工智能是作为信息技术课程的选修单元加以 开设的，主要面向的对象是对人工智能有一定兴趣的学习者，且最好有一定的基 础。事实上，相对于信息技术其他模块，选择人工智能课程的学生并不是很多。 另外，开设该课程对学校各方面条件的要求也比较高。因此，结合我国目前的情 况，要求在高中普遍开设人工智能课程是不现实的，但可以考虑优先在发达地区 条件较好的部分学校开设，再进一步利用其示范作用，以点带面，逐步铺丌培训、 指导、交流的规模和影响面，积极稳妥地推进高中人工智能课程的建设。 ( 2 ) 重视课程教学资源的积累和建设。 中学人工智能课程的学习提倡采用以学习者为中心、基于资源的学习方式， 因此教学资源的积累和建设事关重要。英国在这一方面做的比较好：经过历年的 教学实践，将积累所得的数据、材料加以整理，并分门别类地放到网上供学习者 使用和下载。例如，仅苏格兰地区就有好几家官方机构和网站提供了丰富的人工 智能教学材料和学习资源。由苏格兰执行教育部主办的苏格兰资格署s o a 和苏 格兰学与教在线服务机构l ts c o t l a n d 通过它们的网站( h t t p ：h ，、v 砒s q a o r g u “， h t 【p ：n v w l t s c o t l a n d o 唱u “) 为广大中学教研人员和学习者提供了各类实用的支 持材料和教学包。其中包括了课标、教材、往年试题、阅读材料等，也不乏经典 的问题、教学和学习方法指导、课程评价量表、网上学习资源等。这些无疑为广 大学习者提供了极大的便利，使人工智能教学的开展不再是无米之炊、无源之水。 ( 3 ) 加强对学科教师的培训和指导力度 师资问题是开设一门新课程所要解决的重要问题，而英国在这方面历来比 较重视，最典型的莫过于英国政府组织的“国家学习网络( n g f l ) ”和“新机会教 师培训( n o f ) ”项目。通过这些培训项目，政府为全国中小学教师提供了教育资 ”张剑f ，张家华中英两国高中人t 智能课程标准之比较 j 中小学电教2 0 0 5 ，( g ) ：7 8 浙江师范大学硕士学位论文 源和教学指导，并帮助教师提高了在教学中使用i c t 的能力。而我国人工智能课 程目前存在的最大问题就是师资问题。根据笔者对部分一线中学信息技术教师的 访谈得知，硝；少中学在一般的软硬件设备方面已经基本达到要求，关键问题是教 师对该课程的内容不熟悉，对教学方法不了解。作为课程编制人员和相关专家， 应积极开展培训、交流活动，以务实的态度来指导学科教师。教师在熟悉了相关 内容，对课程心中有底以后，才有能力去开设课程。相关部门可以在进行调研的 基础上，有针对性地组织若干人工智能课程的培训活动，邀请有条件的学校、有 兴趣的教师参与，了解该课程的内容、教法，提供一些明确的、可操作的指导、 建议和支持。也可以开展优秀教学案例的征集、观摩、点评、评奖活动，或吸纳 中学教师参与有关该课程教学问题的研究课题，提高教师的积极性。只有解决了 师资问题，才能进一步对课程的其他问题进行深入研究和探讨。 ( 4 ) 采用灵活的、人性化的评价方法 人工智能作为一门选修课程，旨在让学生通过学习获得对人工智能及其应用 的初步体验和了解，因此，过程评价与结果评价、定性评价与定量评价相结合的 课程评价方法就显得十分重要。例如，英国的课程标准规定，课程考核时若学习 者未能成功达到学习目标，应及时提供辅导和补救措施，并重新评价；学生在某 一环节的考查中末通过，下次重考时可从上次未通过的地方开始，这样就大大减 轻了学生的压力。英国的课程标准也多次提到，评价活动要与教学活动结合起来。 特别是在对技能掌握情况进行评价时，更要注意和教学、活动过程相结合。评价 可穿插在教学过程中，而不一定要以单独的正式评价活动出现。在平时的教学评 价中，学习者在完成学习任务时，允许参考书本、笔记或在线帮助。而对于那些 偏重原理性的知识，则可以采用闭卷测试的形式进行。另夕 ，为了便于评价，还 可采用事先制定好的量表或其他工具来帮助教师形成客观、全面的评价。 ( 5 ) 高等学校与中学协作开展教学。 英国中学人工智能课程的师资，既有中学里自己的教师，也有来自高校的实 习教师。有些大学通过远程教育手段与中学合作开展人工智能教学，例如位于爱 丁堡的h e r i o t w a t t 大学就开发了一门专供中学生学习人工智能课程的教学网站， 人学负责网站的建立和维护，主持与中小学的讨论和答疑，并向中学统一收取一 定的费用。大学与中学的合作，加快了中学人工智能课程建设的步伐，也在一定 程度上提高了课程的教学质量。我国的高中人工智能教学也可以借鉴这种做法， 让一些致力于高中人工智能课程研究的高等院校和部分条件较好的中学联合起 来，一方面高校课程研究人员可以为中学教师提供教学指导和建议，以及必要的 技术和资源支持；另一方面，中学的教学实践也能促使研究人员更有效地开展教 学研究。 。s q a a d v a n 。! h i g h e r a r a n g e m e n t sd o c u m e n t m 】s c 。t t i s hq u a l i 疗c a t i o n sa u t h 。r i i y ，1 9 9 9 ：j 5 。张剑n 张家华中英两国高中人工智能谍程标推之比较 j 中小学电教，2 0 0 5 ，( g ) ：7 8 高中人工智能课程及其教学问题研究 三、高中人工智能课程的实施及其策略 ( 一) 高中人工智能课程的教学方法 1 、教学方法概述 教学方法是指向特定课程与教学目标、受特定课程内容所制约、为师生所共 同遵循的教与学的操作规范和步骤o 。信息技术课程的常用教学方法有：讲授法、 教练法、讨论法、任务驱动法、范例教学法、w 如q u e s t 教学法、基于问题的学 习等。而作为信息技术课程的选修模块之一，高中人工智能课程完全可以借鉴 上述各种方法。开展多样化的教学。例如，对于人工智能课程中涉及的许多概念、 原理，采用最常规的课堂讲授法是比较有效的：另外，应用当前比较流行的任务 驱动教学法于人工智能课程的教学，对于激发学生的学习兴趣，培养学生分析问 题和解决问题的能力，也是十分有益的。然而，任何一种教学方法都有其适用的 场合和一定的要求，也有其不足之处。作为一门课程的教学和研究人员，需要认 真研究、思考该课程的特点，选取恰当的教学方法有效开展教学工作。人工智能 课程有其自身的特色，而且相比其他课程，需要克服更多的困难。结合高中人工 智能课程标准，并考虑到该课程所涉及问题的特点和我国中学的现有条件，本文 认为，采用基于问题的学习和基于因特网的资源型学习，比较适合人工智能课程 的教学开展，因此下文将重点论述这两种教学方法。 2 、基于问题的学习 人们在学习和生活中会遇到各种各样的问题，因此学习解决问题是每个人都 不可缺少的能力。在学校教育和教学中，培养学生的问题解决能力，并促进其思 维的发展，已经成为各国教育改革中倍受关注的重大问题。我国颁布的高中信息 技术新课标也将“培养解决问题的能力”作为课程的基本理念之一，强调要“结 合高中学生的生活和学习设计问题，让学生在活动过程中掌握应用信息技术解决 问题的思想和方法”。在针对课程的教学建议中，课标指出要“从问题解决出发， 让学生亲历处理信息、开展交流、相互合作的过程”。 对于高中人工智能课程而言，问题解决是一种十分重要的教学思想。考察问 题解决的应用领域，不难发现它与人工智能有着天然的密切联系，人工智能领域 的许多研究都离不开问题解决的思想。而在我国高中“人工智能初步”课程标准 中，“人工智能语言与问题求解”作为该课程的三大主题之一，更是强调了问题 解决的重要性。因此，以问题解决为核心的学习方式- 基于问题的学习，应成 为高中人工智能课程的一种重要教学方式。 。张4 产课程i ：j 教学论 m 1 ，上海：上海教育出版社，2 0 0 l ：2 1 0 2 1 l ， 。李艺情息技术课程与教学【m 北京：高等教育版社，2 0 0 5 ：1 0 9 ”教育部普通新中技术课程标准( 实验) 【m 】北京：人民教育出版礼，2 0 0 3 ：5 ，3 9 1 7 浙江师范大学硕士学位论文 基于问题的学习( p m b l e m b a s e dl e a m i n g ) 是让学生围绕着解决一些结构不 良的、真实的问题而进行的一种有针对性的、实践性的学习。它把学习置于复杂 的、有意义的、真实的问题情境中，通过让学生合作解决真实的问题，来学习隐 含于问题背后的科学知识。它是一种新的教学方式，其独到之处在于，通过让学 生在真实的问题情境( 包括模拟的真实情境) 中学习，能够自然地把学校里的学 习与实际生活中的问题联系起来，做到活学活用，提高学生的综合思维能力，使 学生成为自我指导、自主学习的学生。 基于问题的学习其教学过程一般包括五个环节，如表3 1 所示：。 表3 1 基于问题的学习的教学过程 环节描述任务 创设情境， 创设个与学生生活密切相关、能够引起学生兴趣的情境。教师提 出一些引导性的问题，引导学生髓忆该问题情境的个人体会，加深 提出问题 对问题的理解。 分析问题，仔细分析情境背后的问题实质，必要时将全班同学分成小组，提出 一 组织分1 ：解决问题的假发明确小组成员的分i 。 开展探究，首先尝试利j 【 j 原有知识解决问题，若不能则需通过各种途径搜集相 解决问题 关信息，并进行汇总、分析和整理，讨论解决方案直至最终解决。 四 展示结果， 展示小组解决问题的方案，鼓励学生简单阐述自己解决问题的过 成果汇总 程。小组之间相互交流、讨论问题解决的情况和尚存在的困惑。 结果评价，采取多种方式对学生进行评价，并对小组的合作情况、活动开展、 元 学习反恐 个人表现进行评价。引导学生对学习内容利学习过程进行反思。 有关学者指出，在人工智能教学中采用基于问题的学习，实质上就是将人工 智能的学习内容转换为问题案例，从计算机对问题的表征、求解策略和算法选择 出发，应用人： 智能相关概念和人工智能语言，设计和解决些简单的问题。 在 高中人工智能教学中，通过合理地创设一定的情境，设计一些结构不良的、较为 复杂且比较真实的问题让学生参与解决，激发他们的学习动机，增强他们的学习 兴趣，培养学生良好的问题解决能力和自主学习能力。 3 、基于因特网的资源型学习 随着因特网技术的发展和网上信息资源的迅速增加，出现了一种新型学习模 式基于因特网的资源型学习，在这种模式中，学生主要利用因特网信息资源 进行自主学习，伴随着学习过程学生将同时获得解决问题的基本思路与体验。 ”l i n d a t o r p ，s a r as a g e 基于问题的学习一让学习变得轻松而有趣【m 】刘孝群，李小平译北京：中国 轻工业j 版社，2 0 0 4 ：2 l 。李艺信息技术课程与教学【m 】北京：高等教育出版社，2 0 0 5 ：1 2 2 。州跃良，张燕人工智能的理论基础放教学组织【j 】，中小学信息技术教育2 0 0 3 ，( 1 0 ) ：1 2 。张剑i f 现代教育技术理论与应用【m 】，北京：高等教育出版衽，2 0 0 3 ：1 4 8 塞圭三塑簦堡望垦茎墼堂塑望翌塞 握评价的方法，作为与终身学习相呼应的一个方面，实现终身的可持续发展。 注重过程是第八次基础教育课程改革的评价理念的基本特点之一。传统的只 注重结果的评价将注意力集中在学生对问题解答的答案上，忽略了学生在解决问 题的过程中，思考问题的方法、认识问题的态度等一系列潜在的东西。另外，只 关注结果的评价在学科为本、知识为本的课程理念下，仅仅对知识和技能方面的 结果给予关注，忽略了对学生的人文关怀。而作为新课程的评价理念而提出的 过程性评价，其“过程”不仅包括课程实施意义上的过程，也包括学生通过课程 活动获得发展的过程。这样的过程不仅有延续性的一面，也有阶段性的一面。评 价既关注了在发展过程中的情感态度和行为表现，也关注了每一阶段的学习效 果，包括智能的与情态的效果。 过程性评价的常见形式包括：学生档案袋或成长记录：以汜录卡的形式记 录学生遇到的疑难问题及解决情况，或者是在探究活动中的出色表现，以及学生 所完成的学习作品如小制作、小论文等。课堂f | 志或现场笔记：窖观地观察、 记录学生在课嫩教学或自然情境中的行为、表现，并进行相应的说明。学生自 我总结：教师引导学生通过自我反思和自我评价了解自身的优势和不足，以评价 促进学习。教师评语：教师对学生学习过程中的学习情况和行为表现进行的口 头或书面的评语。另外，各种评价表、量表，甚至教师或同学的许多即时的、 口头的肯定赞扬或否定批评，都属于过程性评价的形式。 过程性评价的一般过程包括三大步骤，如表3 3 所示： 表3 3 过程性评价的一般过程 步骤描述任务 制定评价标准根据课程培养目标制定评价标准，合理划分评价内容，制定详 或评价量规细、客观、多纬度的评价量规。 通过多种开放的质性评价方法，在学生学习过程中系统客观地 记录学生在学习的自然情境中的真实表现；设置一定的作品设 收集评价资料 计作业和实践活动引发学生的特定行为，观察活动过程和作品 完成情况，收集有价值的评价资料。 根据所收集的资料，对学生的整体表现或者在不同方面的表现 处理评价结果 进行全面分析。确保评价结果在学生学业成绩中1 1 i 有合理比重。 3 、表现性评价 表现性评价是指要求学生通过实际操作某些任务或一系列任务来表现出他 们的理解水平和操作技能水平的评价，它属于过程性评价的一种方法。表现性 “1 高凌飚，关于过程性评价的思考【j 1 课程教寿才- 教法，2 0 0 4 ，( 1 0 ) ：1 7 。李艺信息技术课程与教学【m 】北京：高等教育出版社，2 0 0 5 ：1 8 7 。舟凌飚，钟媚过程性评价：概念、范围与实施明上海教育科研，2 0 0 5 ，( 9 ) ：5 & “：陈冬梅过程性评价f d b ，o l 】h t t p ：，w w w 舢c u l u mc o r nc n p s c u 棚e “c h e “p t p p t ，2 0 0 5 - 6 - 1 0 。李岂信息披术课程2 j 教学 m 北京：高等教育小版社2 0 0 5 ：1 8 8 2 1 浙江师范大学硕士学位论文 评价运用真实的生活或模拟的评价练习来引发始发行为，由评定者按照一定的标 准进行直接观察、评判，其形式主要包括建构式反应题、书面报告、作文、演说、 操作、实验、资料收集、作品展示等。 表现性评价和传统评价不同在于重视过程性评价、重视质性评价、重视非学 业评价的特征。表现性评价强调在完成实际任务的过程中评价学生的发展，不仅 要评价学生知识技能的掌握情况，更要通过对学生表现的观察分析，评价学生在 创新能力、实践能力、与人合作的能力以及健康情感、积极态度、科学价值观等 方面的情况。要根据每个学科，制定每个学科的评价标准和具体评分细则。9 表现性评价既有很多优点，也有不少局限性。例如，评价的主观性强，信 度较低，评估费时费力等。所以，在运用表现性评价时要根据具体情况来判断是 否合适，避免盲目滥用。目前，在高中阶段采用表现性评价作为对客观性测验的 补充，是必要的。由于表现性评价更加尊重教育目标的整体性和广泛性，可以让 学生更充分地、多方位地表现自己因此，从促进学生全面发展的课改理念出发， 表现性评价理应成为高中人工智能课程教学中值得倡导的一种评价方法。 同样需要说明的是，在高中人工智能课程中提倡运用各种过程性评价方式， 要求适当渗透表现性评价的理念，并不是排斥传统的评价力式。要注意不能在方 法上将过程性评价与终结性评价对立起来，认为非此即彼；也不能把对学习效果 的评价排除在过程性评价之外。更不能因课标的建议而过分夸大过程性评价的功 能。过程性评价作为一个新生事物，人们对它的认识还很不足，有待于不断地对 其加以研究，设计更多更好的评价工具，恰当地在实践中加以运用。 ( 三) 高中人工智能课程的教学设计 1 、教学设计思路 人工智能课程涉及较多的概念、原理性知识，传统的做法多采用讲授法教授 此类内容。然而，教学实践证明，该做法虽然效率较高，但教学效果不太理想： 学习者多处于被动接受知识的状态，容易失去注意力，降低学习兴趣。基于上述 观点，本文认为，在高中人工智能课程的教学中，适当考虑采用基于问题的学习 模式，有助于学习者积极参与学习活动，保持学习兴趣，顺利达到学习目标。授 课教师可以巧妙地设置一定的学习情境，根据学习目标提出相应的问题，要求学 习者通过合作探究解决问题。下面以“初识专家系统”一堂课为例，探索高中人 工智能课程的教学设计。 专家系统是人工智能技术在实践中最为成功的应用，也是高中人工智能课程 的典型教学内容。本章内容不仅涉及较多的概念、原理等知识，也涉及相关软件 的操作技能，而且，通过探讨专家系统在人类社会中的应用也有助于培养学生的 情感和价值观。作者选取了本章第一节“认识专家系统”设计了本教学案例。 “。伍岳，陈晓玲表现性评价及其实施策略【刀，江西教育，2 0 0 5 ( 1 2 ) ：6 。李梅体验学习2 l 世纪重要的学习方式【d 】广州：华南师范大学2 0 0 4 。i 岛凌飚，关于过程性评价的思考 j 课程教材教法，2 0 0 4 ，( 1 0 ) ：1 8 1 9 高中人工智能课程及其教学问题研究 本案例的教学设计思路是：采用以问题解决为中心的教学方式，适当渗透表 现性评价的理念。根据“人工智能初步”课程教学的特点突出问题解决学习， 培养学生问题解决能力的理念，进行整体的设计。在前期分析的基础上，结合课 标制定学习目标，选择问题解决与基于网络的资源型学习、小组合作与自主学习 并进的教学策略，确定了过程与结果并重的评价方法。 基于问题的学习通常的做法是先让学生熟悉问题，然后制定解决问题的方 案。可以采用的方式有：组内解决问题：学生在小组内协作，确定并解决问题： 组间解决问题：学生跨组讨论如何解决问题；个人解决问题：学生独立思考 解决问题的方法。也可以由教师和学生共同提出问题，带着这个问题及由此产生 的一系列后续问题，通过网络资源、图书馆资料等进行探究学习和合作学习，从 中寻找解决问题的途径。 表现性评价强调让学生在具体的、真实或模拟的生活情景中，完成一定的任 务，通过对学生在任务过程中的具体表现和完成任务的成果来评价学生。在本案 例的评价标准中，通过对学生任务完成情况进行评测，既考查了学生对专家系统 的概念、组成、分类等知识性要素的掌握情况，也考查了学生在学习过程中对信 息的检索、加工和处理能力以及对教学软件的操作技能，另外，对学习过程中学 生的情感性要素也进行了评价。 整堂课将围绕问题解决的理念进行教学，并结合自我评价、组内评价和教师 评价等方式综合考查学生的学习表现。 2 、初识专家系统教学设计 初识专家系统 多媒体技术和网络技术在教育领域的应用，为教学过程的优化提供了新的思 维和新的视角，特别是为实现素质教育提供了良好的途径。“初识专家系统”一课， 是在“问题解决”教学思想的指导下，利用多媒体网络教室及因特网资源来组织 学习，使教学过程得到优化。 ( 1 ) 学习任务分析 本节教学内容是学生进入“人工智能初步”选修课程的三大主题之一“推 理与专家系统”的第一课，主