知识工程与中学人工智能教育

新课标下高中人工智能课程的实施及其反思报告人：张家华指导老师：张剑平教授浙江师范大学教师教育学院第三届教育技术博士生论坛1研究背景1.1国外中学人工智能教育的发展现状1.1.1、英国中学人工智能课程的开设情况英国是较早开展人工智能基础教育的国家之一。不少中学开设了人工智能课程，并通过组织和开展相关教育竞赛活动来扩展和延伸人工智能教育。苏格兰地区有专门的行政机构——苏格兰执行教育部组织相关部门（如SQA和LTScotlandOnlineService）通过网站等形式向中学师生提供包括人工智能在内的各类课程的教学材料和支持。英国的ICT课程与AI教育——以苏格兰地区为例ICT课程：计算（Computing）信息系统（InformationSystems）每门课包括三个层次：中级（Intermediate2）高级（Higher）高级提升（AdvHigher）每个层次包括两部分：必修单元（Mandatoryunits）选修单元（Optionalunits）计算（Computing）信息系统（InformationSystems）中级Intermediate2高级Higher高级提升AdvHigherInt2HigherAdvHigher先学课程一般等级或计算（Int1）一般等级计算（Int2）计算（Higher）一般等级计算研究或计算(Int1)一般等级计算研究或信息系统（Int2）信息系统（Higher）必修单元计算机系统软件开发计算机工程计算机系统软件开发软件开发计算机工程计算机应用软件(Int2)数据库系统(Int2)数据库系统(H)信息组织(H)数据库系统(AH)信息系统工程(AH)选修单元N/A人工智能程序设计计算机网络多媒体技术人工智能计算机系统数据通讯IT在社会中的应用(Int2)多媒体(Int2)因特网(Int2)计算机应用软件(H)专家系统(H)超媒体(H)多媒体(AH)自然语言处理(AH)系统分析与设计(AH)单元评价11小时10小时45分20小时6小时45分14小时30分18小时40分考核1小时30分2小时30分2小时30分1小时30分2小时30分2小时30分英国中学ICT课程的基本构成1.1国外中学人工智能教育的发展现状1.1.2美国中学人工智能课程的设置情况◆在美国中学信息技术课程中，“通过人工智能来进行训练与教学”曾被作为教育目标之一。◆在高中阶段，信息技术课程的内容包含了“人工智能概论”，要求“使学生认识人工智能的意义及其应用，....以及人工智能可能对人类社会造成的各种影响”。◆美国各州根据自身的教育特点和目标，对人工智能教育的内容有不同的要求。1.1.2美国中学人工智能课程的设置情况威斯康星州颁布的信息技术素养学术标准模型中，将人工智能教育的内容作为“媒体与技术”层面对12年级学生的一个要求，要求学生能够“认识代理、专家系统或者人工智能的例子（例如搜索引擎、语法检查器、语音识别、翻译机等）”。美国Chesterfield县公立中学AI课程设置在佛吉尼亚州Chesterfield县公立中学的信息网站上，列出了为该县十几所高中的在校学生提供的各类课程。在其中的“职业和技术教育类”课程中，人工智能是作为其中“信息系统技术”选修课程的一部分为优等生特别开设的。人工智能课程包括两个层次：ARTIFICIALINTELLIGENCE(EXPERTSYSTEMS)和ADVANCEDARTIFICIALINTELLIGENCE(EXPERTSYSTEMS)。1.1国外中学人工智能教育的发展现状1.1.3澳大利亚中学人工智能课程的开设情况◆部分中学开设了人工智能相关的课程，将其作为“信息处理与技术”（InformationProcessingandTechnology）课程的一部分。澳大利亚Marsden高中AI课程的设置澳大利亚昆士兰州的Marsden州立高中在开设的信息处理与技术（InformationProcessingandTechnology）课程中，人工智能、信息系统、算法和程序设计、社会和伦理道德、计算机系统作为5个主题共同构成了该课程的教学内容。在该课程的大纲中规定，人工智能部分的教学内容在高中第三学期为12年级的学生开设，教学时间为10周，课时为35小时，共计60堂课，其中核心教学内容的课时占2/3，拓展教学内容的课时占1/3。另外，在人工智能这一主题下，又分为人工智能I（专家系统）和人工智能II（人工智能的领域）两部分内容，课时安排分别为24和36堂课。Marsden高中开设的人工智能课程及其描述1.2我国人工智能基础教育的现状1.2.1我国高校的人工智能教育◆一直以来，我国高校把人工智能作为计算机、自动化等信息类专业的一门重要课程,开课对象为本科生和研究生。◆随着人工智能技术在社会各领域的应用越来越广，一些非工科院校开始设置人工智能相关的专业，开设更多的、系列的人工智能相关课程供学生学习。1.2.1我国高校的人工智能教育2004年，北京大学率先成立了“智能科学与技术”本科专业，开设人工智能概论、智能控制导论、机器感知理论、机器人学、脑与认知科学、智能系统设计等课程。随后，北京邮电大学、南开大学、西安电子科技大学等也相继成立“智能科学与技术”专业，积极推动了我国人工智能教育的快速发展。此外，中国人工智能学会教育工作委员会一直也在努力推动我国的人工智能教育。自2002以来，已经召开了几届全国人工智能教育学术研讨会，汇集国内人工智能教育的专家学者，为加强我国人工智能学科建设、促进我国人工智能教育的发展出谋划策。1.2.2我国中小学的人工智能教育2004年之前，我国尚未在中学设置独立的人工智能课程。在我国中学的奥林匹克信息学竞赛中含有人工智能相关的题目。一批针对青少年进行人工智能启蒙教育的科普丛书陆续出版。在发达地区，一些部门、公司、学校开展的机器人竞赛等活动，在人工智能基础教育方面进行了尝试。不少条件较好的中小学开展了机器人教育。部分学校还根据自身的特色开设了人工智能（或机器人）校本课程。1.2.3我国高中人工智能课程标准我国教育部于2003年4月正式颁布《普通高中技术课程标准（实验）》，首次在信息技术课程中设立“人工智能初步”选修模块。目前已经出版了5套教材，包括教科版、粤教版、地图版、上海科教版和浙教版等，部分教材已在实验省份的某些地区开始试用。国内已开发和建设了一些适合中学生学习与体验的人工智能软件和网络资源。2高中人工智能课程的实施情况随着我国教育投资的加大和教学设施的改善，部分中学已逐步开展了人工智能相关的教学或实验。浙江师大附中：人工智能教学实验华南师大附中：正式开设人工智能选修课程一系列有关高中人工智能选修课程的国家级、省级培训和研讨活动日益展开。2.1浙师大附中《AI初步》实验的开展时间：2004年9月－11月实验实施人：浙江师大研究生实验对象：金华二中高三实验班，该班级为大学直升班，共有40名同学，基础相对较好。实验教材：教育科学出版社2004年出版的新课标教材《人工智能初步》配套网站：人工智能教育网实验内容：2个月共实施了6次授课，总计12课时，完成了整门课程的1/3的教学内容。2.2华南师大附中《AI初步》教学的开展2004年，广东成为首批新课程实验区，华南师大附中全面实施高中新课程。信息技术课每周2节连堂授课，高一完成必修和选修模块的教学。选修模块开设了多媒体技术应用、网络技术应用和人工智能初步。2005年，新课程改革的实验继续推进。选修模块开设了多媒体技术应用、网络技术应用、算法与程序设计和人工智能初步，共4个模块。2006年，再次开设了人工智能初步选修课程。华南师大附中《AI初步》课程开设情况授课对象：高一级奥林匹克班学生（1个班）上课时间：常规课时，每周2节连堂。选用教材：粤教版、教科版相结合实际授课时间：28课时（课程标准要求36课时，因中考和高考安排影响实际课时数）教学内容基本结构：◆人工智能基础概念◆知识的表示◆Prolog智能程序语言◆问题求解技术◆专家系统初步３高中人工智能课程实施的反思及问题3.1教学体会和反思◆有针对的选择教学对象是有效开展教学的前提。◆有效激发学习兴趣是保证教学效果的重要条件。◆及时进行检测是巩固教学效果的有效手段。◆具备良好的软硬件条件是顺利开展教学的基础。３高中人工智能课程实施的反思及问题3.2其他潜在的问题◆思想观念问题对AI课程的认识还存在许多误区，课程的价值不够明确，高考下IT课程（包括AI）的生存问题不容乐观。◆师资建设问题大多教师对此课程还知之甚少，有关的国家级、省级、地区级的培训还不够。◆教材建设问题教材与高中教学实际的融合还不够理想,课改所倡导的教学新理念的贯彻不够深入，未能得到充分体现。4高中人工智能课程实施的策略与建议4.1教学策略◆注意教学对象的选择，强调兴趣+基础◆合理组织“讲授课”和“探究性、自主性学习”◆充分发挥网上信息资源和网上软件资源的作用4高中人工智能课程实施的策略与建议4.2实施建议◆端正认识，增强支持◆加强师资培训，促进交流合作◆理论联系实际，融合先进理念◆抓住教学重点，多种方式结合◆加强资源建设，争取设备投入◆与其他相关课程进行有机整合5结语新课改推进已有三年，我国高中技术教育中选修课程（包括AI）的开展现状不容乐观。新课程改革的顺利推行，不仅需要教育主管部门的政策方针，更需要广大的一线教师和教研人员全力投入，以及高校的大力配合。高中人工智能教育的实施，在我国还有很长的路要走。