人工智能进入高中信息技术课堂的探索与实践

熊雪亭

人工智能正在全球范围内蓬勃兴起。它已经上升到国家战略范畴，成为国际竞争的新领域、新焦点。为抓住这一难得的发展机遇，各国正在加紧部署，助推人工智能的发展。人工智能专家认为：未来10年到20年，越来越成熟的人工智能技术将大规模进入市场，未来社会需要大量的人工智能专业人才。普及人工智能教育，培养未来社会需要的人工智能人才，是全球各国面临的急迫问题。

人工智能进课堂关键在于落实

普及人工智能教育的关键在于落实。而落实的主渠道在于学校，在于信息技术课堂。人工智能教育进入高中信息技术课程既是时代的需求，同时又得到了国家和教育部门的支持。2017年底教育部颁布的高中课程标准，更为人工智能进入高中信息技术课程提供了标准和依据。高中新课程标准是高中学科教学的总依据。新的课程标准已明确将人工智能内容纳入课程中，课标中指出：通过学习，学生能够了解人工智能的概念及发展历程，能描述典型人工智能算法的实现过程，能够亲历设计与实现简单智能系统的基本过程和方法，增强学生利用智能技术服务人类发展的能力及责任感。

提起落实，北京市西城区实际上是有人工智能教育教学的“基因”的。早在10多年前，上一轮高中课程改革之时，高中信息技术学科就已经设置《初识人工智能》选修模块同时也配有教材，当时已经有部分学校和教师开始尝试将人工智能内容引入高中信息技术课程，人工智能元素就已经逐渐渗透到高中信息技术教学之中。

而新一轮课程改革，人工智能内容要求更高，力度更大。当然，落实起来难度也大。面临这一难题，作为教研员，我深入思考、积极行动，联合社会多方力量，共同推进人工智能教育在高中信息技术课程中的开展。

借助校外力量，破解专业知识缺乏难题

落实过程中，首要的难题是缺乏具有人工智能专业知识与技能的教师。原有的信息技术教师虽然具有一定的计算机专业背景，但普遍没有人工智能专业功底。作为教研员，我适时发挥自身优势，与高校和科研院所建立联系，为教师们开展系列专题培训，专题内容涵盖人工智能的发展与应用、人工智能现状和趋势、解析人工智能、机器学习概述、智能感知与模式识别的概述等。这些专题讲座，由浅入深、从整体出发再聚焦到局部，使信息技术教师对人工智能有了整体的认知，了解人工智能发展历程，知晓人工智能研究的主要内容。这些专题讲座极大地丰富了信息技术教师的人工智能专业理论知识。

我们还依托社会教育机构，争取到智能平台及相关设备支持，开展技术专题研修活动，如开展百度智慧课堂在教学中的应用、开源硬件的认识与使用——以树莓派为例、基于树莓派的人工智能简单应用等活动。最近，我区信息技术特级教师张军教师还组织本区几十位教师利用业余时间完成了两期“人工智能感知部分”专题培训课程。这些丰富多彩的技术专题研修活动，理论结合动手实践，迅速地让教师们熟悉了技术应用场景和设备的使用，提升了教师的硬件常识及动手能力。这些活动的开展，大力提升了我区高中信息技术教师队伍的人工智能综合素养。

示范引领，以点带面，让人工智能内容落地

人工智能具体内容如何在高中信息技术课堂中落地生根，这是摆在我及众多教师面前的又一大难题。考虑到区内各校差异较大，短时间内全部开设人工智能专业课程不太可能。我决定采取示范引领、以点带面策略。选择一两所实力强、精力够的学校先期进行教学改革试验，然后再示范引领更多的学校加入。

1.研发课程方案，分层教学

北京师范大学附属实验中学的校领导非常重视和支持人工智能课程的建设和开展。信息技术教研团队也积极响应，及时应对。但人工智能在课堂中如何落实、课程如何开设，具体内容是什么、以什么方式开，涉及的专业理论有哪些、进行到什么深度等一系列具体而实际的问题摆在眼前。下校调研时，我恰巧得知了他们的困惑，想方设法与其共同商讨解决方案。针对教师们提出的人工智能方面的具体技术问题，特意请来相关技术人员为其现场演示并解决;针对教师们缺乏人工智能接口和平台的现状，想办法开通某平台账号，平台中的海量人工智能课程、人工智能程序编码为之开放;针对教师们提出的硬件需求和技术问题，寻找社会力量为其推荐和演示相关的人工智能教学设备，解决相应的技术难题。经过一段时间的深入探讨、思想的火花随之迸发，课程方案逐渐浮出水面。

目前，这所学校已开发出本校的高中信息技术分层走班课程体系。在人工智能方面，考虑到学生基础差异较大，采取分层教学方式，开设注重技术应用的《人工智能初步》和注重算法实现的《现代人工智能》，课程覆盖从零起点到编程高手的不同学生。《人工智能初步》课程，主要是针对基础薄弱的学生，课程主要通过语音识别、图像识别、机器学习、深度学习等一个个难易适当的项目的完成，真正给学生搭建起以学生为中心的学习环境，让学生在解决问题的过程中，成为学习的主导者。而《现代人工智能》课程，更适合于有一定算法和编程基础的学生，通过学生自主编写棋类程序、车牌识别、物体跟踪等程序，并在学习过程中不断完善和优化算法，深层次地掌握人工智能更高端的技术。

2.根据学情，把控人工智能原理挖掘的程度

前段时间，北京师范大学附属实验中学承接北京市高中信息技术观摩活动，展示了六节各具特色的信息技术课。其中，“初识语音识别”是选自《人工智能初步》模块的一节课。这节课，通过创设情境与师生互动来导入新课，利用动画视频的演示让学生们带着问题思考语音识别的过程。然后让学生借助百度AI开放平台，利用硬件搭建简易智能系统，编写Python程序，从而实现语音识别任务。结合硬件搭建简易智能系统的实践活动使得学生参与其中，促进了学生对语音识别技术背后原理的进一步理解。

前期与授课教师备课、磨课时，我们意识到，人工智能进入高中信息技术课程，教师们特别要注意的是掌握好火候——人工智能原理的挖掘与分析到达什么样的深度，即原理介绍的程度。火候太小，高中生感觉没有收获;火候太猛，学生一脸茫然，犹如天书，会打击他们学习的兴趣。对于语音识别技术，如果仅仅安排技术体验显然对于高中生来说太过容易。高中学生需要透过现象思考其背后的原理，但这些原理如果完全地呈现给学生，又太难，涉及大学以上的数学、物理、算法等学科专业知识。这就需要设计课程的教师根据学情，把控难度，将难度控制到大部分学生跳一跳能接受的程度。

3.不同的学校采用不同的思路

不同的学校具体在落实时会有不同的思路和需求。作为教研员，我需要经常下校，与教师们做深入地沟通，并根据教师们的需要，给予及时地指导和有针对性的帮助。

研修活动中，精彩的人工智能专题课程使得北京师范大学第二附属中学的高中信息技术教师深深地迷上人工智能教学。有位教师认为人工智能教学需要实干，因为人工智能知识体系太深，如果不去趟趟路，就不能消化，也就找不到教学的逻辑起点。但开展人工智能课程，仅靠个人力量显然不能达成目标。我及时帮助这位教师与人工智能专家建立联系，通过定期与专家分析、研讨、设计和尝试，合作开发人工智能课程。人工智能专家适时的带领和助推，能够让一线教师更快更好地落实课程的实施。

目前，此学校正在推动适配的课程合作建设，在最近一年多时间，这位教师以深度实践探索方式，先后自主研发、合作研发并实践了“遇见人工智能”“人工智能探秘”“人工智能——博弈论基础”“高中计算机视觉基础”“智能感知与生物特征识别（以虹膜为例）”“机器学习（以手写数字识别为例）”“深度学习（以人脸识别为例）”等多层次、多角度的人工智能课程。多层次体现在课程中有适合全体学生的通识课和基础课、有较专业地适合学生深入学习的拓展课、有适合基础较好学生的拔尖课和高端研修课。多角度体现在有博弈论、视觉基础、智能感知与生物特征识别、机器学习、深度学习等不同方向的人工智能课程。

目前，我区以上述两所学校为代表的实验校逐渐形成适合自己学校的人工智能课程体系。在这些学校的示范引领下，区内其他学校的教师们也正在不断学习，不断尝试，努力前行。

我们鼓励各校信息技术教师脚踏实地落实好人工智能的预备知识和基础内容的前提下，结合学校和自身的优势，结合本校学生的特点，设计并研发落实方案，积极进行人工智能课程改革实验，不断尝试、不断调整和完善，逐渐形成各校的特色。相信未来的几年，我区高中信息技术课程中人工智能教学方面会有更为丰硕的成果。

作者單位：北京市西城区教育研修学院