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《人工智能初步》模块的理解和再认识—专题讲座-袁志平2015年2月


高中信息技术系列讲座

《人工智能初步》模块
在信息的获取、加工、存储、管理、发布与交流的信息处理过程中,使用的 所有技术,统称为信息技术。

图 1 信息技术

图 2 现代信息技术

现代信息技术则是指以微电子技术为基础的感测技术、通信技术、计算机技 术、控制技术的综合技术。 如果没有特殊说明的情况下,人们所说的“信息技术” ,通常是指“现代信 息技术” 。 信息技术学科是一个独立的学科分支,又是其他所有学科发展的基础。

一、课程模块
2003 年教育部颁发了《全日制普通高中信息技术课程标准》 (以下称《课标》 ) 。并 将《信息技术》的课程分成六个部分,即:一个基础模块、五个选修模块。

基础模块:①信息技术基础 选修模块:②算法与程序设计 ③多媒体技术应用 ④网络技术应用
⑤数据管理技术 ⑥人工智能初步

图 3 《普通高中(信息/通用)技术课程标准》

图 4 教科书(配光盘)

如今,各地区高中、初中和小学信息技术课程教材,是在融入了教育部《课 程标准》的精神和理念之后,参照、参考《信息技术基础》 《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》的“内 容标准”而编写的。 信息技术学科的课堂教学,也逐渐地形成了“以信息、信息处理为主线,以 提升学生信息素养为最终目标”的教学模式。

二、人工智能初步
人工智能技术是处于现代科学技术的发展过程中,正在不断地延伸、拓展的 边沿科学技术之一。 《人工智能初步》 模块是由于人工智能技术在求解策略和处理手段上,具有 独到之处,即: “将知识符号化、数据化后,输入到计算机等数码设备中,进行 信息处理。 ”而设置的普通高中信息技术课程中的选修模块。

⒈整体目标
①了解人工智能的一些基本概念。 ②初步学会使用人工智能语言,解决简单问题。 ③掌握使用简易的专家系统外壳,开发简单的专家系统。 ④体验人工智能技术的应用。认识到人工智能技术,对人类社会生产、生活 和学习的影响。 ⑤感受人工智能技术的魅力,增强对信息技术发展前景的向往,和对未来生 活的追求。

⒉内容标准
《人工智能初步》模块由三部分的组成:①知识及其表达 ②推理与专家系 统 ③人工智能语言与问题求解 ㈠知识及其表达 ①了解人工智能技术的基本概念、特点和发展。 ②知道人工智能技术是随着社会需求、科学技术进步而发展的。 ③了解人工智能主要应用领域,体验人工智能的应用。 ④掌握知识的概念;学会知识表达的基本方法。 ㈡推理与专家系统 ①学会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。 ②了解专家系统的基本结构。 ③知道专家系统正向、反向推理的基本原理。 ④掌握不精确推理的基本过程。 ⑤了解专家系统解释机制的基本概念,以及在专家系统中的重要作用。 ⑥了解专家系统外壳的概念。 ⑦学会使用简易的专家系统外壳,开发简单的专家系统。 信息技术的应用,经历了数值计算、数据处理、知识处理三个阶段。专家系 统属于知识处理阶段。 ㈢人工智能语言与问题求解 ①掌握人工智能语言的一些基本概念 ②了解人工智能语言的主要特征。以及基本数据结构、程序结构。 ③初步学会使用人工智能语言设计程序,求解简单问题。 ④了解状态空间的概念与方法。 ⑤学会使用状态空间方法描述待求解的问题。

⑤了解用盲目搜索技术,进行状态空间搜索的基本过程。 ⑥知道启发式搜索的基本思想,及其优越性。

三、教学策略
人工智能研究的主要目的就是让机器能够像人一样去解决问题。 而求解问题 的方法又是人工智能研究的核心。

⒈营造良好学习氛围
要创建学习《人工智能初步》的物质条件环境。注意营造良好的《人工智能 初步》模块学习氛围,良好的学习氛围是有效教学的前提。 任课教师要负责营造学习《人工智能初步》的课堂信息文化环境。 应在引导学生把握《人工智能初步》知识体系的基础上,适当放手,让学生 通过自主探索掌握操作方法与应用技巧。 在过程中认识和理解相关的概念和基本 方法,陶冶学生的心性,形成健康人格。 要做好指导和调控, 有计划地让每个学生初步学会知识的符号化;亲历与体 验使用“专家系统外壳” ,开发“专家系统” 。初步学会使用人工智能语言设计程 序,求解简单问题。感受搜索的基本思想。 例如:北京市陈经纶中学帝景分校的范晶老师的“第三节 专家系统及其设 计”的一节课。 范晶老师通过设置的“设计简单的水果识别专家系统 ”活动,使学生 在良好的课堂学习气氛下,激发出学生的好奇心,引起学生的学习兴趣。 在“设计简单的水果识别专家系统 ”主题活动的过程中,感受到人工 智能技术的丰富魅力,进而增强了对信息的分类、管理能力、逻辑思维能力及协 作解决问题能力, 并进一步增强学生对人工智能领域的认识,以及对人工智能技 术发展前景的向往,和对未来生活的追求。
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图 5 获奖留念

图 6 全国优质课展评获奖

参见附录:2015-02-05 52 附
—教学设计.doc

录范

晶《初识专家系统》北京市陈经纶中学帝景分校

例如:北京九中的潘立晶老师的“第四章 问题求解”的“第一节 用搜索解 决问题”的一节课。 学生在学习、生活中,接触过“走迷宫” “数字拼图”等问题。但是,对 于“用搜索解决问题”方面的知识, 还从未接触过。 潘立晶老师,设置并采用“重排九宫”的活动,贯穿教学过程的始终。鼓

励学生在教学互动的过程中,积极思维、大胆想象、勇于创新。形成了良好的教 学氛围。 寓教于乐,激发了学习兴趣,使学生在游戏中,掌握了用“用搜索解决问

题”的思路和过程。通过举一反三的引申思考,为今后,解决生活中的类似问
题,提供了启发和帮助。 参见附录:2015-02-05 41 潘立晶《第四章 问题求解 第一节 用搜索解决问题》北京市第
九中学—教学设计.doc

教师设置情境,让学生自己发现问题(情景教学) 。教师要站在学生的角度,与 学生一起分析问题,提出解决问题的方案(师生共同学习、研究、探讨) 。 让学生亲身经历处理信息、开展交流、相互合作解决问题的过程(亲历、合作学 习) 。

⒉设置活动主题达成隐含目标
不止在《人工智能初步》模块中,在所有的必修、选修的模块,以及所有学 科中,任课教师都会的课堂教学中,设置一些相应的活动主题。 活动主题通常是在一节课中,教师所设计的教学活动任务主题。而隐含目标 是指在课堂教学的教案、教学设计中,通常是不能写出来的目标。 隐含目标所涉及的内容,就是“教书育人”中的“育人”问题。这些年,课 堂教学中的育人问题,没有引起足够的重视。 隐含目标的一些内容: 例如:辩证唯物主义思想和唯物辩证法灌输;热爱中国共产党、热爱社会主 义祖国、热爱中华民族;热爱中华民族的传统文化;团结友爱的集体主义精神; 爱护野生动物、保护地球环境等。 教师要根据教学内容, 结合不同时期的不同内容,设计课堂教学中的活动主 题。通过活动主题,来实现隐含目标。 在《人工智能初步》模块教学中,如何利用活动主题,将隐含目标融入课堂 教学之中呢? 例如:北京九中的潘立晶老师的“第四章 问题求解”的“第一节 用搜索解 决问题”的一节课中,设置的“走迷宫”活动,很好地将中国的传统文化中的 “八卦” ,蕴含在无形之中。让学生在学习“搜索”走出迷宫的过程中,感受到 中国传统的文化。 例如:北京市苹果园中学李乘老师的《人工智能的基本内容》的教学中,就 通过主题活动“射箭机器人” “人机对弈” “机器人解魔方”等小活动,让 学生感受到现代科学技术的飞速发展,认识到学习科学技术的重要性。 参见附录:2015-02-05 51 附 录李 乘《人工智能的基本内容》北京市苹果园中学—
教学设计.doc

例如:北京九中的潘立晶老师的“第四章 问题求解”的“第一节 用搜索解 决问题”的一节课,设置的“走迷宫” “数字拼图”活动,植入了中国古文化 和趣味数学知识的内容, 例如:北京市陈经纶中学帝景分校的范晶老师的“第三节 专家系统及其设 计”的一节课中,设置鉴别“大熊猫”的专家系统主题活动,让学生在学习专 家系统的同时,进一步地感受中国青藏高原的丰富动植物资源。

教书育人是教师的天职,也是教师的基本使命和主要工作。 教师面对的对象就是学生,教书是指教学生,育人是指培养学生。教师的基 本准则是为人师表,要当学生为人处事的楷模。从这个角度来讲,教师与学生的 关系是师生关系。 师生关系是教师必须面对和需要审慎处理的主要人际关系。 参见附录:2015-02-05 91 附 录《教书更重育人》.doc

四、模块评价
《人工智能初步》等五个选修模块,通常不单独考试。而是采用与《信息技 术基础》模块,进行年度合格达标考试。 各地区教委考试办公室、基础教育科、教研室等负责考试的部门,自不同的 时期,会相应地发布各个学科的《考试说明》文件。指定教研室中的学科教研员 等一些教学骨干教师来出笔试试题。 在符合《课程标准》 《考试说明》 《考试方案》的要求,符合教科书教材内容 标准的基础之上,结合信息技术学科各个学校的实施教学的情况,设计试题。

⒈笔试与上机
信息技术学科的考试(学年末、结业考试)通常会有两种形式。一是书面的笔试。 二是上机操作考试。 信息技术笔试试题可以采用多种类型,例如:填空题、选择题、连线题、排 序题、判断题、简答题等。 设计不同类型的试题,有不同的出题方式、方法和标准要求。 参见附录:
2015-02-05 53 附录 2010~2011 年北京市石景山区普通高中信息技术 《信息技术基础》 《人工智能初步》笔试试题——参考答案及要点.docx 2015-02-05 54 附录 2010~2011 年北京市石景山区普通高中信息技术 《人工智能初步》 上机试题.docx 2015-02-05 55 附录 2010~2011 年北京市石景山区普通高中信息技术 《人工智能初步》 上机试题答案.docx

⒉成绩统计与分析报告
将笔试试题的成绩和上机考试成绩,再结合平时成绩进行综合统计,根据统 计的结果,写出信息技术学科教学质量的分析报告。 参见附录: 2015-02-05 56 附录普通高中信息技术 《信息技术基础》 笔试成绩——统计表.doc

五、模块的思考
2007 年 9 月,北京市普通高中信息技术进入课程改革,使用符合《课程标 准》的教科书。 在七年之多的教学、教研过程中,对于《人工智能初步》选修模块,有一个 新的思考: 如果能将《人工智能初步》选修模块,续接在《算法与程序设计》选修模块 的后边,让人们认识到《人工智能初步》是《算法与程序设计》继续。这样,可 以将两个模块,有机地结合在一起。 根据算法分析, 可以来设计一般的计算机程序, 还可以来设计人工智能程序。


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