人工智能融入高中信息技术课程的研究

【摘要】本文基于人工智能技术的快速发展，结合《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》的相关要求，论述人工智能融入高中信息技术课程教学的重要性、现状及存在问题，提出多方合力推动人工智能教育与高中信息技术课程融合、加强人工智能教育的硬件软件建设、加强人工智能教师队伍建设、创新人工智能教育教学方式、构建人工智能竞赛体系等实施策略。

【关键词】人工智能 信息技术课程 高中教育

【中图分类号】G63 【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2022）14-0071-04

随着高中新课程改革迈进“深水区”，高中信息技术课程逐渐由过去人们口中的“副科”变为必修课程，而作为信息技术重要组成部分的人工智能技术也逐渐为人们所知，进入了高中阶段教育教学范畴。人工智能技术的持续发展，离不开专业人才的培养，因此国家应该将前沿科学技术引入中小学教育，让中小学生尽早熟悉人工智能技术，为今后的学习和未来的职业发展打下坚实基础。早在2003年，国家便将人工智能作为高中信息技术课程的选修内容;2017年国务院发布《新一代人工智能发展规划》提出，逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程，推广编程教育，建设人工智能学科，形成我国人工智能人才高地。由此可见，在高中阶段开展人工智能教育具有必要性和迫切性。而且，高中生已经具备较为成熟的心智和思辨能力，能够应对和探究科学性问题，高中阶段是开展人工智能教育的最佳階段。

人工智能（简称AI）最早起源于美国，由计算机科学与人工智能之父艾伦·图灵在1950年发表的一篇名为《计算机器与智能》的论文中提出，文章提出这样的观点：既然人类可以通过有限的信息来解决问题并做出结论，那么计算机也应该具备同样的能力。这一理论对人工智能的发展产生了深远影响，在该理论的影响下，1956年在美国举办的达特茅斯会议正式宣告人工智能学科的诞生和人工智能领域的开辟。人工智能是计算机科学的一个分支，所研究的领域包括机器人、语言识别、图像识别、自然语言处理和专家系统等，是一门研究、开发相关技术然后用于模拟、延伸和扩展人的智能的新科学。

一、人工智能融入高中信息技术课程的意义

人工智能研究的领域十分广泛，如机器人、图像识别、视频识别、语音识别等都包含其中，其在生活中的用途也十分广，如广受人们欢迎的智能家居、在线购物、语音导航、无人驾驶等，都需要用到人工智能技术。如今，人工智能技术正逐渐渗透到各行各业，如“人工智能+教育”“人工智能+安防”“人工智能+零售”“人工智能+制造”，可以说人工智能深刻影响了我们的生活，甚至可以断言人类的未来生活将不可与人工智能分割。在这样的背景下，在高中阶段落实人工智能教育就具有了很强的现实意义。

（一）是落实国家教育政策的需要

在科学技术飞速发展的当下，可以这样认为：谁率先掌握了人工智能核心技术，谁便拥有更多话语权和主动权。为了增强我国在科技领域的先发优势，抢抓信息时代的新发展机遇，建设创新型国家和世界科技强国，国务院于2017年印发了《新一代人工智能发展规划》，指出从2018年秋季学期起，在高中信息技术课程中增加人工智能教育的内容，以科技创新教育助推人才培养，为国家培养更多具有中国心、世界眼、现代脑的创新复合型人才。

（二）是培养高新技术人才的需要

人才是国家发展和行业竞争的核心力量，随着互联网、大数据、人工智能、物联网等技术的发展，新型技术人才的需求量也逐渐增加，国家急需培养一批技能型新人才。但据2018年的一份数据显示：全球约有200万AI人才，其中有40%以上集中在美国，中国高端AI人才比例不足3%。面对我国高端人才紧缺的现实问题，培养AI专业人才就显得尤为迫切。因此，在高中阶段开展人工智能教育，既符合学生的认知规律，又能有效推动高中教育教学改革，更符合我国培养高新技术人才的需要。

（三）是发展学生综合能力的需要

高中信息技术课程具有综合性与人文性相统一的特点，旨在培养学生的良好信息素养、计算思维、数字化学习与创新等能力，增强学生的社会责任感。人工智能所研究的领域，除了科学技术方面的内容，还涉及社会研究、人文素养等内容，对培养学生的科学、创新素养，发展学生的人文情怀、为社会做贡献的意识，都具有积极意义。在高中信息技术课程中融入人工智能教育，有助于拓展学生思维的深度和广度，培养学生的编程能力和理性思维，让学生具备运用相关技术解决实际问题的能力，有利于促进学生创造力、实践能力的全面发展。

二、广西高中学校实施人工智能教育的现状及问题

目前，我国大部分省（自治区、直辖市）的高中学校都已开设了人工智能课程，如北京、上海、广东、山东、江苏、河南、甘肃等地。就广西的情况而言，虽然目前还没有从自治区层面推开人工智能课程的建设，但是也已经有部分高中学校开设了编程、3D打印技术、机器人、无人驾驶等与人工智能技术相关的课程，如南宁市第二中学、南宁市第三中学、柳州高级中学、桂林市第十八中学、南宁市第十四中学、南宁市新民中学等学校。通过对这些学校的相关课程进行统计分析，笔者认为，在高中学校开设人工智能课程，有助于提升学生的信息素养和综合能力。但由于各地、各学校对人工智能教育的重视程度不同，相关资金投入的力度不同，导致了广西高中阶段人工智能教育尚存在不少问题。

（一）对人工智能存在认识上的偏差

虽然新课程改革要求落实素质教育，注重学生各学科的全面发展，但是只重视语文、数学、英语等高考科目的传统教育观念仍然扎根在人们心中，因此无论是教师还是学生、家长，对人工智能的认识都存在一定的偏差。于学生而言，他们认为人工智能具有很强的逻辑性和抽象性，难以理解和掌握，因此对学习人工智能不感兴趣;于教师而言，他们认为人工智能作为信息技术的前沿学科，理论性强，艰深晦涩、枯燥乏味，不适合高中生学习;于家长而言，他们认为高考不涉及人工智能的内容，没必要费时费力学习，而且课程内容复杂，应该是大学课程的教学内容，在高中阶段学习则为时过早。以南宁市为例，目前有70%以上的高中学校对人工智能融入信息技术课程存在认识偏差。

（二）专业师资力量比较薄弱

笔者对我国各大高等院校的专业设置进行了比较系统的分析，发现开设有人工智能专业的大学并不多，所以该专业的高质量人才就很少，高中学校能招到专业人才就更少，这是导致高中学校人工智能教育师资力量薄弱的一个主要原因。以南宁市的高中学校为例，绝大部分从事信息技术教学的教师是非专科出身，多是从其他学科教师转型而来，没有经历过专业的人工智能教育，也没有接受过专门的人工智能培训，教师对該学科知识的掌握、实践动手能力都不足，导致高中学校人工智能教育存在教学目标、教学重点不明确等问题，完全无法满足高中学校开展人工智能教育的需求。

（三）硬件、软件设施比较落后

人工智能是一种前沿科学技术，因此人工智能教育对硬件、软件设备的要求非常高。要想深入开展人工智能教育，达到预期的教育教学效果，高中学校必须建设较为先进的实验室，配备优良、齐全的硬件和软件设施设备，才能确保教育教学工作的顺利开展。但是，由于各地经济发展水平不同，就目前大多数高中学校而言，不少高中学校还存在教学机房机器老旧、网络不畅等问题，只有极少学校建有人工智能实验室，总体上说，大部分高中学校的硬件、软件设施设备还无法满足人工智能教育的需求。

三、人工智能教育融入高中信息技术课程的策略

（一）多方合力推动人工智能教育与高中信息技术课程融合

教材是课程教学基础要素，2018年华东师范大学出版我国首本面向高中生的人工智能教材《人工智能基础（高中版）》，高中学校人工智能教育从此拥有了专门、系统的教材;2020年清华大学教授李国良组织编写了《人工智能中学生入门》，进一步完善了中学人工智能教育教材。但是，由于各地、各学校的条件不同，这两套教材在各学校的适用度还有待提高，因此需要更多大学机构、各地政府等参与教材研发，编写出更多更适合各类学校使用的教材。另一方面，目前《普通高中信息技术课程标准（2017年版2020年修订）》对人工智能课程的开展目的、方式和内容没有明确要求，导致课程开设缺乏方向性。为此，首先是各相关部门应尽快完善课程标准，明确人工智能教育的目的、要求等内容，为学校开展相关工作提供方向和指导;其次是各高中学校要组织教师团队对人工智能进行较为深入的研究，结合校情、生情确定教学内容、教学形式，研发校本课程;再次是各级政府要为学校开展人工智能教育提供政策、资金等方面的支持，并组织专家团队研究制定相关教学指导文件。

（二）加强人工智能教育的硬件软件建设

要想顺利开展人工智能教育，就需要优质的硬件、软件资源作为支撑，因此各地、各学校应不断加大相关硬件、软件设施设备的建设力度，为学校开展人工智能教育营造优良的环境。从学校层面来说，首先是高中学校要制订相应措施，从学校公用经费中设立人工智能教育的专项经费，以完善硬件、软件设施的配套，为工作开展提供基本保障;其次是教师要根据教学实际情况，充分利用本地、本校资源整合并研发人工智能教育的数字化教学资源，包括教学实录、教学案例（项目）、学习素材、学习工具等，为课程教学的有效落实提供保障。资源平台的搭建不仅可以拓展学生的学习空间，还可以引导学生进行自主学习，通过共建共享优秀课例和实践活动案例，实现资源共享与经验辐射。从政府层面来说，各地政府可采取“试点推进、以点带面”的工作方式，首先由各地市推荐学校申报试点校，然后由省（自治区、直辖市）层面根据学校实际条件确定试点校名单，然后由省（自治区、直辖市）从财政中划拨专项经费支持试点校完善教学设施设备建设，或通过省（自治区、直辖市）财政和地市财政共同建设智能实验室，从社会层面营造浓厚的人工智能教育氛围。

（三）加强人工智能教师队伍建设

加强教师队伍建设是提升人工智能教育有效性的关键，任何教育工作的实施与评价都离不开教师，教师作为教学的组织者、引导者，教师的知识储备、授课水平会直接影响教育教学的实际效果。尤其是对人工智能教育而言，人工智能本身的跨学科性与前沿性对教师的能力有更高的要求，因此开展人工智能教育，更需要打造一支具备专业技能和钻研精神的高素质教师队伍，才能取得预期的教育教学效果。各级政府、教育部门和各高中学校不仅要为教师搭建专业培训平台和提供研修的机会，还需要聘请相关专家进校为教师做专业培训、指导，对学校教学工作进行“问诊把脉”，提出完善、改进的建议和意见，不断提高教师队伍的综合素养。近年来，广西逐年加大人工智能教育教师团队的培养力度，形成了自治区、地市、县（市、区）、校四级联动的人工智能教育教师队伍培养机制，并在职称评审、评优评先等方面予以相应支持，培养了一批职业素养较高的教师，有效缓解了人工智能教育师资紧缺的问题。

（四）创新人工智能教育教学方式

在高中阶段开展人工智能教育，目的是培养学生的计算思维，提高学生看待问题、分析问题、解决问题的能力。笔者认为，在高中信息技术课程中融入人工智能教育，可采用案例导学法、问题导学法、任务驱动法等教学方法，不断创新人工智能教育教学模式，提高人工智能教育效果。案例导学法主要是指选取日常生活中比较成熟的人工智能案例，将人工智能教育与日常生活进行有效对接，以学生看得见、摸得着、可实践的方式，增强学生学习人工智能的兴趣。如教授算法的内容时，教师可通过商旅问题案例，引导学生从实际生活出发认识、学习相关算法，了解基本的计算模式，然后再引导学生运用所学方法完成商旅问题中的相关计算，从而提高学生的计算能力，以及分析实际问题、解决实际问题的能力。问题导学法主要是为了培养学生的问题意识，教师要基于高中生的学习能力、接受能力，选取便于学生理解的教学素材，设计有梯度、具有启发意义的问题，不断激发学生思考、探究的兴趣。如以开展制作有声书籍的教学为例，教师可先向学生推荐“伴鱼绘本”App，然后围绕这一App提出关于如何制作、如何设计页面、如何安排内容、为何开发App等一系列问题，引导学生学习有声书籍制作技术，让学生了解人工智能的工作原理、基本知识等内容，促使学生观察生活、思考生活，培养其良好的探究、学习能力。

教师还可以采用任务驱动法，这一教学方法主要是为了培养学生的动手实践能力。所谓任务驱动法，就是结合教学内容设计一个或多个学习项目，学生以小组为单位自主选择学习项目，进行项目探究式学习。如教师可设计“探究课桌表面光照强度的變化”这一学习项目，首先向学生讲解光的知识、影响光照强度的因素、项目学习方法等内容，然后让学生根据项目学习目的制订实施方案，并根据方案观察课桌表面光照强度的变化、测定光照强度，做好相关数据、现象的记录，各学习小组学生自主完成项目学习报告、撰写学习心得体会，然后以小组为单位进行班级展示。在整个教学过程中，学生为学习的主体，教师为教学的引导者、点拨者，在项目学习任务的驱动下，学生对光、光照强度等做了较为深入的探究，不仅有效完成了相关技术的学习，还提高了自身分析、探究、总结的能力。

（五）构建人工智能竞赛体系

人工智能是一种应用型技术，因此除了理论教学，高中学校还应大力开展实践教学，竞技比赛是促使学生将理论知识转化为应用技术的有效途径。从学校层面而言，各高中学校可以学年为单位举办校内人工智能比赛，从中选拔优秀苗子并向上推荐参加由政府举办的各级比赛;从政府层面而言，各级政府应该结合当地实际，以学期为单位举办各级人工智能比赛，或是开展人工智能展览活动，从而达到以赛促学、以赛促用的目的。如由广西壮族自治区教育厅主办的学生信息素养提升实践活动，目前已经成为全国性的以提升师生信息技术素养为目标的品牌活动。人工智能竞赛项目是这一活动的重要内容之一，比赛涉及机器学习、自然语言理解、计算机视觉、自动程序设计、感知系统等内容，比赛项目旨在让学生深入了解人工智能领域的基础知识和主要算法，并学会运用相关知识解决生活实际问题，以培养学生科学看待问题、解决问题的能力，提高学生综合素质，发展其创新思维和能力。

总而言之，在高中阶段落实人工智能教育，不仅能够有效发展学生的创新思维、创造能力，为我国科技发展培养一批优秀苗子，同时能够有效提高教师队伍的教学水平、科研能力，为推进学校教育教学深度改革提供人才保障。要想充分发挥人工智能的育人功能，首先需要构建政府、学校、社会“三位一体”的教育合力，其次要打造一支具备较高专业水准的人工智能教育教师队伍。

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作者简介：杨红梅（1983— ），河南罗山人，硕士研究生学历，主要研究方向为人工智能、教育技术、教育管理。