高中人工智能课程教学方法与实践.

高中人工智能课程：－教学方法与实践主讲：张家华E-mail:[e-mail]浙江师范大学教师教育学院主要内容高中AI课程的教学与评价方法◆高中AI课程的教学方法◆高中AI课程的评价方法高中AI课程的教学案例◆认识专家系统◆Crosswords问题的智能程序实现◆“五座房子”逻辑推理问题的智能程序实现◆启发式搜索与人机博弈高中AI课程实施及其问题与对策高中AI课程的教学方法基于问题的学习◆新课标将“培养解决问题的能力”作为课程的基本理念之一◆问题解决与人工智能有天然的密切联系◆基于问题的学习是让学生围绕着解决一些结构不良的、真实的问题而进行的一种有针对性的、实践性的学习基于(因特网)资源的学习◆新课标中多次出现了利用网络资源进行自主或合作学习的例子和活动建议◆学生主要利用因特网信息资源进行自主学习，伴随着学习过程学生将同时获得解决问题的基本思路与体验创设情境提出问题分析问题组织分工开展探究解决问题展示结果成果汇总结果评价学习反思确定问题与目标提供资源和工具搜集、分析、组织信息，发布成果评价展示学习结果各主题可以使用的教学方法知识表示◆讲授、任务驱动式Prolog语言◆任务驱动、小组合作学习问题求解◆讲授、研究性学习专家系统◆WebQuest、小组合作学习高中AI课程的评价方法过程性评价◆新课标提倡“综合应用多种过程性评价方式，全面考察学生信息素养的养成过程”◆过程性评价采取目标与过程并重的价值取向，对学习的效果、过程以及与学习密切相关的非智力因素进行全面的评价。◆过程性评价的常见形式包括：学生档案袋或成长记录、课堂日志或现场笔记、学生自我总结、教师评语等表现性评价◆要求学生通过实际操作某些任务或一系列任务来表现出他们的理解水平和操作技能水平的评价，它属于过程性评价的一种◆强调在完成实际任务的过程中评价学生的发展。不仅要评价知识技能的掌握情况，更要评价创新、实践、与人合作的能力，以及健康情感、积极态度、科学价值观等◆新课标建议：在进行过程性评价时，“应针对不同评价内容和相应的课程目标，适当选择和灵活应用评价形式，适当渗透表现性评价的理念”纸笔测试和作品评价相结合高中AI课程的教学案例高中人工智能课程的教学设计案例◆认识专家系统◆Crosswords问题的智能程序实现◆“五座房子”逻辑推理问题的智能程序实现◆启发式搜索与人机博弈高中AI课程的教学实施浙江师大附中《人工智能初步》教学实验的开展◆2004年9月，浙江师范大学附属中学——金华二中在高三班级中选取了一个实验班，开展了为期2个月的人工智能课程的教学实验，获得了一定的经验教训。华南师大附中《人工智能初步》教学的开展◆2005年上半年，华南师范大学附属中学在高一年级开设了“人工智能初步”课程，成为国内首家在高中正式开设该选修课程的学校，对其他课改实验区的学校起到了良好的示范作用。◆通过学科组讨论和学生志愿选择，40余名奥林匹克班学生参加了“人工智能初步”课程一个学期的学习。◆在总结教学经验教训的基础上，该校于2006年上半年继续开设了“人工智能初步”选修课程，进一步对该课程的教学进行探索和研究。教学实验基本情况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个月的教学实验中，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。教学实验反思丰富的一线高中教学经验非常重要。学习兴趣的有效激发是保证教学效果的重要条件。对课程要有正确的认识，并保证一定的教学条件。华南师范大学附属中学高中信息技术课程实施情况2003年，学习高中课程标准，参与粤教版教材的开发。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。华南师大附中人工智能初步（模块6）课程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◆专家系统初步教学实施要点介绍（一）知识的表示◆教学重点与难点：一阶谓词逻辑◆教学策略：◆主要教学方法：讲授课，任务驱教学法Prolog智能程序设计◆教学重点与难点：Prolog程序的结构与语法递归与回溯算法基本算术运算◆主要教学方法：任务驱教学法，小组合作学习教学实施要点介绍（二）问题求解技术◆教学重点与难点：搜索算法◆主要教学方法：讲授课，研究性学习专家系统初步◆教学重点与难点：专家系统的基本工作原理专家系统外壳简易的专用型专家系统知识库的构建◆主要教学方法：WebQuest，小组合作学习两年的教学反思与小结满足学生兴趣和发展的需求，积极开设选修模块。选修模块的教学不应仅停留在体验和了解的水平，应强调学生动手实践，“做中学”。◆应加强智能程序设计部分的内容◆建议与简易机器人整合以学生认知水平为依据，内容的取舍要适度。◆例如，适度添加一阶谓词逻辑的知识，对于高一的学生是可以接受的，也为更好学习Prolog智能语言打好基础。（取）◆例如，体验“启发式搜索”，知道启发函数的作用。（舍）两年的教学反思与小结通过综合实践活动激发学生的学习兴趣。◆辩论赛专家系统的规则库构建◆智能反病毒专家系统的规则库构建◆化学类的、物理类的和数学类的专家系统规则库构建◆综合实践活动有利于提升学生的综合素养。教师需要花费大量的时间进行备课和教堂资源的收集和整理。教学资源以专题学习网站方式提供，便于学生开展自主学习和合作学习。避免纯粹讲授课所造成的负面影响。教学评价建议以纸笔测试与作品评价结合。高中AI课程的实施策略充分考虑高中生的认知特点，选择那些与他们学习、生活关系密切的，看得见、摸的着的AI应用问题作为案例展开教学。将课程目标定位在了解和体验。根据中学生的特点进行AI语言教学，只介绍其主要特征和最为简单的应用方法。◆例如了解Prolog，能用递归方法编写简单程序。充分发挥网上信息资源和网上软件资源的作用。◆例如，在线进行专家系统、符号运算、机器翻译等内容的教学与实验。高中AI课程的实施建议注意教学对象的选择：兴趣+基础，努力激发和保持学生的学习兴趣。合理组织“讲授课”和“探究性、自主性学习”。要及时了解学习效果。考虑将本课程与其他相关课程进行整合。例如，作为“通用技术”中简易机器人模块的软件基础或加以整合；可以尝试作为校本选修。根据学生情况适当安排大的“课程设计”任务。当前高中AI课程实施中存在的问题思想认识问题◆对人工智能的认识存在误区，对人工智能课程理解不够，对课程开设目的不明教学师资问题◆熟悉、了解人工智能教学内容的教师太少，缺乏专门的师资力量教材建设问题◆教材与高中教学实际的融合不够理想，新教学理念的贯彻不够深入，与其他人工智能教育方式的结合不够密切教学方法问题◆课时较少，内容较多，教学方法较为陈旧问题的对策端正认识，增强支持加强师资培训和研修，促进交流合作理论联系实际，融合先进教学理念抓住重点，多种教学方式相结合与中小学机器人教育有机结合高中AI课程有待探索的问题教学的内容选择、深度确定适合中学生学习的教材编写教学设计与教学方法数字化教学资源的建设与利用高校信息技术教育专业的建设关于人工智能与机器人教育的有机结合从国外情况看，英、美等发达国家包括人工智能和机器人在内的中小学信息技术教育正呈现多样化发展的格局。人工智能与机器人之间的关系密切,有必要将它们有机结合◆从知识和技术的系统性角度看◆从信息技术师资的培养角度看应当将AI&R教育与基础教育课程改革相结合◆小学和初中阶段，在“综合实践活动”课程中开展机器人教育，在此过程中让学生初步了解人工智能的相关知识；◆高中阶段，可以将教育机器人与“人工智能初步”、“算法与程序设计”、“简易机器人制作”、“电子控制技术”等技术类课程有机结合开设“人工智能与机器人”校本课程。◆对不同层次的学生，应当有不同的教学目标应当提高机器人的智能程度例如：可以把简单的实时专家系统平台软件嵌入机器人，提供友善的人机接口，小学生只需用文本格式建立知识库，即可驱动机器人进行相应的智能活动。下一步的工作深入开展高中人工智能课程教学实验从认识论的角度去充分研究和分析广大一线信息技术教师和学生对该课程的需求、认识和建议构建大学——中学共同体人工智能与中小学机器人教育有机结合