高中人工智能课程

高中人工智能课程：－课标与教学资源主讲：张家华E-mail:[e-mail]浙江师范大学教师教育学院福建省高中新课程《信息技术》学科骨干教师省级培训什么是AI为何要开设AI课程AI课程的基本内容国内外AI教育现状高中AI课程的教学资源研修班计划主要内容什么是人工智能智能人们在处理复杂事务、解决困难问题时所表现出来的智慧与能力人工智能(ArtificialIntelligence，简称AI）用计算机来表示和执行人类的智能活动也称人工智慧AI的特征推理、学习、联想当代三大尖端技术：空间技术;能源技术;人工智能技术人工智能处于信息技术发展的前沿，反映了信息技术的发展方向。AI的研究领域与目标AI的研究领域知识表示、专家系统、自然语言理解、自动定理证明、自动程序设计、问题求解、博弈、计算机视觉、模式识别、智能机器人、人工神经网络、…………AI的研究目标近期——实现机器智能部分地或者在一定程度上实现机器的智能，从而使现有的计算机更灵活、更好用和更有用，成为人类的智能化信息处理工具。远期——制造智能机器要使计算机具有看、听、说、写等感知交互功能，具有联想、推理、理解、学习等高级思维能力，还要有分析问题、解决问题和发明创造的能力。为何要开设人工智能课程为何要开设AI课程？高中课程改革强调要适应时代发展需要，体现时代性特征。人工智能是信息技术的前沿领域，应当被关注！高中信息技术课程要有利于学生的个性发展。高中AI课程的背景与目标课程背景:适应时代发展需要，体现时代性特征。目标定位：了解信息技术发展的前沿，体验若干典型人工智能技术的应用，感受人工智能对学习和生活的影响，激发对信息技术未来的追求。高中开设AI课程的意义1、开设人工智能课程的教育价值◆提高信息素养◆培养多种思维能力和多样化问题解决能力◆提高学生的逻辑思维能力◆促进个性化学习，培养创新人才◆激发对信息技术未来的追求2、开设人工智能课程的必要性和可行性◆人工智能在社会各个领域的应用越来越广，越来越多的人需要了解和接触人工智能◆目前我国已基本具备了实施人工智能基础教育的条件从问题解决角度看AI教育的必要性IT教育的最终目的是让学生能够自如地应用IT解决问题。问题解决是所面对的问题得到解决的认知活动过程。问题的分类:1.结构化（structured）问题•能够通过形式化（或称公式化）方法描述和求解的问题•也称：定义完善的问题、良构问题•《算法与程序设计》课程要解决的问题2.非结构化（unstructured）问题•难以用确定的形式来描述，主要根据经验求解•也称：定义不完善的问题、劣构问题•《人工智能初步》课程要解决的问题3.半结构化（semi-structured）问题AI课程对于提升信息素养的作用对多种思维方式的培养和信息素养的综合锻炼◆求解结构化问题传统程序＝算法＋数据结构◆求解非结构化问题智能程序＝知识＋推理体验人类专家解决复杂问题的思路，提高学生的逻辑思维能力◆美国著名教育技术专家Jonassen认为：那些自行设计专家系统的学生将会在这种活动中受益匪浅，因为这是一个对所学知识进行深度加工的过程。了解信息技术发展的前沿，激发对信息技术未来的追求高中AI课程的基本内容高中AI课程的三大主题人工智能初步知识及其表达推理与专家系统人工智能语言与问题求解高中AI课程的内容体系1、基本概念能描述人工智能的概念与基本特点2、知识及其表达列举人工智能的主要应用领域掌握知识的概念、知识表达的基本方法3、推理与专家系统演示或使用简单的产生式专家系统软件知道专家系统正向、反向推理的基本原理学会使用一个简易的专家系统外壳4、人工智能语言与问题求解学会使用一种人工智能语言求解简单问题了解状态空间的概念与方法了解用盲目搜索技术进行搜索，知道启发式搜索AI课程内容举例：AI语言AI语言是一类适应于AI领域的、具有符号处理和逻辑推理能力的程序设计语言。典型的AI语言LISP——表处理语言Prolog——逻辑型语言（用来描述事物之间的逻辑关系，接近于人类的自然语言）AI课程内容举例：用智能搜索求解问题盲目搜索与启发式搜索计算机博弈AI课程内容举例：专家系统及其外壳学习一个简单的专家系统外壳Intermodeller它是一个适合中学生使用的软件作者为英国的Dr.TomConlon国内外人工智能教育现状我国高校的人工智能教育高校一直将AI作为计算机专业的必修课程“智能科学与技术”本科专业的建立北京大学（2004）北京邮电大学（2005）南开大学（2005）西安电子科技大学（2005）……（2006）……（2007）第一届全国人工智能教育学术研讨会（2002.北京）◆中国AI学会教育工作委员会主办◆首都师范大学信息工程学院承办我国中学的AI教育2004年之前尚未在中学设置独立的AI课程。奥林匹克信息学竞赛中一直包含AI的题目。近年开展的机器人竞赛及其相关活动中，已经在AI方面进行尝试。对青少年AI的启蒙教育，愈来愈受到重视。◆1997年清华大学出版，由时任教育部长陈至立任名誉主任、出版的计算机科普教育丛书《计算机与信息科学十万个为什么》（全套共12本）中，包括了《人工智能》一书。◆2000年清华大学出版，由李衍达院士主编的青少年科学教育丛书信息科学与技术系列一套8本中，也包含有《人类智慧与人工智能》一书。…………2003年颁布的普通高中信息技术课标中，将AI作为选修模块。◆目前已经出版5套教材，并在实验省份的部分地区开展教学。国外中学AI课程的发展和现状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。2、美国中学人工智能课程的开展情况◆在美国现行的中学信息技术课程中，部分学校将人工智能作为必修或选修课程加以开设。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。3、澳大利亚中学人工智能课程的开设情况◆部分中学在信息处理与技术课程中也开设了人工智能相关的课程。国外中学的AI教育以美国为例，在将信息技术作为独立课程进行设置与教学的学区中，信息技术课程的内容通常包括：◆（1）旨在培养学生信息技术技能与意识的内容。信息加工与应用。信息技术系统概论。人工智能概论。使学生认识人工智能的意义及其应用，并介绍自动化系统、机器人、虚拟现实技术等。使学生认识信息技术的大量运用以及人工智能的产生与发展可能对人类社会造成的各种影响。◆（2）计算机程序设计的内容◆……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)。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）英国中学ICT课程的基本构成计算（Computing）信息系统（InformationSystems）中级Intermediate2高级Higher高级提升AdvHigherInt2HigherAdvHigher起步水平标准等级(Generallevel)或计算（Int1）标准等级(Creditlevel)或计算（Int2）计算（Higher）标准等级(Generallevel)计算研究或计算(Int1)标准等级(Creditlevel)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项目计算机系统软件开发软件开发(20小时)计算机项目(60小时)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)（20小时)信息系统项目(AH)（60小时)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JamesGillespies中学的AI教学澳大利亚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。高中人工智能课程的教学资源国内中学AI课程建设的现状1、教材及相关读物的编写◆一些相关科普丛书先后出版，成为中学人工智能教育的参考书籍◆多家出版社组织编写了《人工智能初步》新教材，并开发了配套的教辅材料2、人工智能教育网络资源的建设◆国内已经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3、人工智能教育活动和赛事的举办◆部分发达地区，一些部门、公司、学校早已开展了许多与人工智能教育相关的活动4、中小学人工智能教学和实验的开展◆在我国比较发达的地区，不少条件较好的中小学都开展了机器人教育◆少数高中（广州、金华、武汉等）在新课标颁布后开展了人工智能教学实验当前国内的高中AI教材普通高中课程标准实验教科书信息技术（选修5）《人工智能初步》教育科学出版社，张剑平主编，2004年第1版中国地图出版社，祝智庭主编，2005年第1版上海科技教育出版社，应吉康主编，2005年第1版广东教育出版社，李冠英主编，2005年第1版浙江教育出版社，陶增乐主编，2006年第1版教科版《人工智能初步》第1章初识人工智能1.1什么是人工智能1.2人工智能可以为我们做什么第2章了解人工智能语言2.1了解Prolog2.2使用Prolog2.3人工智能语言第3章用计算机表示知识3.1知识及其类型3.2知识表示入门3.3知识表示的常用方法第4章用计算机推理4.1什么是专家系统4.2专家系统如何工作4.3如何开发专家系统第5章用智能搜索解决问题5.1可以通过搜索求解的问题5.2穷举式搜索5.3启发式搜索与博弈第六章人工智能的发展与未来6.1人工智能的发展6.2人工智能的未来张剑平主编教育科学出版社2004当前国内的高中AI教材的比较高中AI专题学习网站的建设专题学习网站的意义◆当前有关高中人工智能教育、教学的专题学习网站非常缺乏，筹建一个专门针对高中人工智能教育教学的专题学习网站十分必要。专题学习网站的规划和建设◆浙江师大教育技术系从2003年9月开始筹建该专题网站，经过三年多来的持续努力和不断建设，一个内容丰富、针对性强的专题学习网站已经初步建成，并逐渐成为相关师生的重要网络参考资源。◆华南师大附中在2005年上半年开设人工智能课程时，同步开发了支持教学的专题学习网站，为师生提供了较为丰富的网络资