高中人工智能教材的特征、反思与改进

　　摘要：人工智能技术的迅速发展及其广泛应用，对高中人工智能教材的编写提出了更高要求。基于此，文章首先筛选出六本目前市面上较受欢迎的高中人工智能教材，提出了高中人工智能教材的分析框架。运用此分析框架，文章从编写背景、教材目标、内容框架、活动环节、学习评价等方面分析了高中人工智能教材的特征。随后，文章反思了高中人工智能教材在教材目标、教材内容、活动设计和评价设计等方面的不足。最后，文章提出了高中人工智能教材的改进建议，以期为开展高中人工智能教育、推动人工智能技术融入课堂提供参考。

　　关键词：人工智能;高中教材;比较分析;学习评价

　　近年来，由于人工智能技术的迅速发展及其广泛应用，越来越多的国家将其作为提升综合国力的一种重要方式。如2016年，美国发布了《国家人工智能研究和发展战略计划》(NationalArtificialIntelligenceResearchandDevelopmentStrategicPlan);2017年，日本制定了《人工智能的研究开发目标和产业化路线图》;2018年，欧盟发表了《欧盟人工智能》(ArtificialIntelligenceforEurope)报告，并制定了“欧盟人工智能行动计划”。

　　2017年，我国颁布《新一代人工智能发展规划》，提倡人工智能相关课程进入课堂，建设人工智能学科与高端人才队伍。当前，我国人工智能课程刚刚起步，在教学理念、课程资源、教学方法等方面都有待提升[1]。其中，作为人工智能课程的载体，教材对人工智能教育的质量有重要影响。尤其是在高中阶段，人工智能教材不仅是教师开展人工智能教学的重要依据，更是学生学习人工智能知识的主要来源。目前，市面上已出现了不同版本的高中人工智能教材，但质量参差不齐。基于此，本研究以高中人工智能教材为研究对象，通过比较分析来反思其不足，并提出相应的改进建议。

　　一高中人工智能教材的分析框架

　　本研究将“京东网”、“当当网”、“淘宝网”作为主要的检索平台，以“人工智能”和“高中”为主要检索词，筛选出六本目前市面上较受欢迎的高中人工智能教材(下文简称“六本教材”)：《人工智能初步》粤教版(第二版)(下文简称“粤教版”)、《人工智能初步》教科版、《人工智能初步》浙教版、《人工智能基础(高中版)》、《人工智能实验教材》和《人工智能(高中版)》。本研究基于教材分析评估的模型[2]，结合我国教育部颁发的《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》[3](下文简称“新课标”)中关于选择性必修模块4“人工智能初步”的课程标准，提出了高中人工智能教材的分析框架。

　　该分析框架以教育宗旨为出发点，以教育人工智能(EducationalArtificialIntelligence，EAI)为核心，从计算思维、数字化学习与创新、信息意识和信息社会责任三个维度，对高中人工智能教材的编写背景、教材目标、内容框架、活动环节和教学评价的可行性、可靠性、有效性和有用性进行分析。其中，“可行性”要求教材符合新课标的要求，“可靠性”要求保证教材内容的正确率和真实度，“有效性”关注教材目标的达成程度，“有用性”则体现为教材能否围绕生活中的真实问题来设计。

　　二高中人工智能教材的特征

　　运用高中人工智能教材的分析框架，本研究从编写背景、教材目标、内容章节、活动环节、学习评价等方面来分析高中人工智能教材的特征。

　　1编写背景：主编兼具多领域身份，教材更新速度缓慢六本教材的主编均从事教育行业，并且大多进行过人工智能领域的相关研究：《人工智能初步》浙教版的主编陶增乐教授是新课标的核心研究成员;《人工智能初步》教科版的主编是浙江大学教育学院的张剑平教授，他曾主持了多项人工智能教育的科研项目;《人工智能初步》粤教版由华南师范大学教育信息技术学院的徐福荫教授和李文郁研究员主编;《人工智能实验教材》由北京教育网络和信息中心研究指导部的覃祖军博士主编;《人工智能基础(高中版)》由香港中文大学信息工程系的汤晓鸥教授、华东师范大学教育学部的陈玉琨教授主编;而《人工智能(高中版)》由九江学院信息技术中心的梅龙宝教授和“智创空间”的创始人王同聚老师主编。可以看出：《人工智能初步》粤教版、教科版和浙教版的出版年份较早，但版次修订缓慢，教材内容陈旧;而《人工智能基础(高中版)》、《人工智能实验教材》与《人工智能(高中版)》三本教材均是2018年后发行的，比较贴近人工智能技术的发展与应用。

　　2教材目标：注重知识的获取与表达，忽视人工智能的体验高中人工智能教育目标的初级水平定位于经验，中级水平指向体验与技能并重，高级水平则指向开发创新[4]。基于此，本研究比较了六本教材的目标。其中，《人工智能初步》教科版在教材目标的三个维度上均处于中级水平;《人工智能初步》粤教版、浙教版和《人工智能基础(高中版)》的知识呈现较为系统，注重学生的实践与练习，但在知识迁移与感悟创新方面比较薄弱;《人工智能实验教材》根据科学、技术、和工程(Science、Technology、Writing、Engineering)设计课程目标，注重学生的观察反思和思维拓展，但在体验人工智能技术、增强创新力方面有待提升;而《人工智能(高中版)》较为重视人工智能核心技能的习得和迁移，强调通过创设项目情境来引导学生在体验中学习。

　　3内容章节：内容深度广度兼具，章节合理清晰六本教材的内容比较如表3所示。六本教材的内容既有深度又有广度，且难易程度具有层次性：《人工智能初步》粤教版与教科版的知识点较为全面，同时突出了信息意识和信息社会责任的培养，而浙教版未涉及新课标所强调的信息意识和信息社会责任;《人工智能基础(高中版)》强调以“手脑结合”为主的学习方式，既介绍了人工智能的相关原理，又引入了大量的人工智能应用实例;《人工智能实验教材》的知识点更系统、更深入，但内容上偏难;《人工智能(高中版)》的内容较为全面，且提到了人工智能的伦理与安全问题。六本教材的章节设置清晰，且遵循从易到难的学习规律：《人工智能初步》教科版有6个章节，偏重于基础性的知识点讲解;浙教版有5个章节，与教科版相比，缺少对未来人工智能的展望;粤教版分为5个章节，与教科版的知识结构设计类似。

　　此外，《人工智能基础(高中版)》分为9个章节，章节间呈现递进关系;《人工智能实验教材》分为8个章节，强调操作型知识的设计;而《人工智能(高中版)》分为6章，每个章节都有导图，以引导学生梳理知识脉络。

　　4活动环节：设计多样的教学活动，突出学生的主体性。其中，《人工智能初步》粤教版、教科版、浙教版的活动环节设计大致相同;《人工智能基础(高中版)》和《人工智能(高中版)》过于强调理论知识的呈现，而忽视了操作层面的设计，难以实现提升学生实践能力的目标——不过，《人工智能(高中版)》引导学生在项目中学习，其中的探究式任务可以促进学生深度学习，知识拓展和课后作业则拓宽了学生学习的广度;而《人工智能实验教材》在讲解概要的基础上，注重设计任务体验、思维拓展和作业。

　　5学习评价：注重知识学习，忽视应用与创新

　　其中，《人工智能初步》粤教版设计了自我评测表，引导学生综合评估实际问题解决能力、情感态度与价值观等是否达到标准;《人工智能初步》浙教版通过“实践活动”、“探究活动”和“学业成长”三个测评表，来了解学生的学习效果提升情况;而《人工智能(高中版)》设计了项目评价，支持学生展示、汇报后进行自我评价和他人评价。但是，《人工智能初步》教科版、《人工智能基础(高中版)》没有设计任何学习评价表，《人工智能实验教材》也尚未建立明确的评价体系。

　　三高中人工智能教材的反思

　　基于对六本教材的比较分析，本研究发现：我国高中人工智能教材虽然具有一定的内容基础和应用规模，但是在教材目标、教材内容、活动设计和评价设计等方面存在不足。

　　1教材目标尚未聚焦于创新人才培养通过高中人工智能课程的学习，学生不仅应该了解人工智能的相关知识及概念，还要体验设计、实现智能系统的基本过程与方法，更要增强利用智能技术服务人类发展的意识与责任感。然而，六本教材均侧重知识和核心技能的获取，而忽视了创新意识与创新思维的培养。此外，虽然《人工智能初步》教科版和《人工智能(高中版)》设计了体验层面目标，但还不够深入，仍处于中级水平;其余四本则均偏向于理论知识的获取与操作目标的实现。

　　2教材内容尚未与智能技术发展和应用同步教材内容的设计主要考虑现实社会的需要、学生发展的需要和人类文化知识传承的需要[5]。而人工智能技术的迅速发展，要求教材内容及时更新。但出版年份较早的《人工智能初步》粤教版、教科版、浙教版主要介绍程序语言“Prolog”的编写，之后粤教版虽然更新了版本，但仍然是“Prolog”语言。2017年，“Python”语言流行，但直到2019年《人工智能(高中版)》的出版，才采用“Python”语言。

　　3活动设计有待突出个性化由于学生的兴趣爱好、知识基础、认知水平不同，教学活动的设计要体现多样性、层次性与可选择性，以利于学生根据自己的学习情况选择交流讨论、合作学习、自主探究等活动，最终实现个性化学习。因此，教材设计除了包含基础的知识，还可以增添拓展阅读活动和项目活动等。但六本教材中，只有《人工智能(高中版)》以项目为情境，设计了探究活动和任务。

　　4多元学习评价需要加强六本教材的学习评价相对单薄，如《人工智能初步》粤教版的评价体系虽然完善，但人工智能知识比较浅显;《人工智能初步》浙教版结合了过程性评价和总结性评价，却缺少自评环节;《人工智能实验教材》、《人工智能(高中版)》增添了自评环节，却忽略了过程性评价和总结性评价;而《人工智能初步》教科版、《人工智能基础(高中版)》没有评价环节。因此，高中人工智能教材需加强多元学习评价，将过程性评价与总结性评价、自评与他评等结合起来。

　　四高中人工智能教材的改进建议

　　高中人工智能教材的设计既要遵循新课标的要求，也要契合我国不同地区高中生学习的需求。基于六本教材的比较分析，本研究就高中人工智能教材的改进提出以下建议：

　　1完善编写人员组成，吸纳中小学教师共同参与人工智能的技术性特征要求人工智能技术领域的专家参加教材编写，以更好把握人工智能的应用价值;同时，人工智能教育涉及多学科知识，也需要学科教师和教研员共同开展教材的编写活动。但是，六本教材的编写者多为人工智能领域的专家和高校教师，而中小学一线教师参与甚少。因此，有必要吸纳中小学教师参与其中，以使教材编写更贴合高中生的学习需要。

　　2优化教材目标设计，支持三维课程目标与学科核心素养结合目前，我国高中人工智能教材较多注重知识的讲解、技能的习得，而忽视人工智能的体验设计和情感态度的培养。实际上，人工智能教材不仅要实现“知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观”的三维目标，更要支持其与学科核心素养的整合，注重培养学生的计算思维、数字化学习与创新能力、信息意识与信息社会责任。例如，机器人编程教育不仅要让学生掌握程序语言的编写方法，还要培养学生的信息伦理道德。

　　3提升不同阶段教材内容的连贯性，注意与其它学科知识的衔接由于不同教材有不同的编写思路，故学生在不同学段选择不同系列的教材，容易遇到内容不连贯的问题，不利于完备知识体系的形成。如初中阶段选用的人工智能教材没有涉及Python语言，而后续选用的高中教材直接运用了Python语言。此外，由于人工智能涉及数学、计算机等多学科知识，故教材的编写要注意与其它学科知识的衔接，以实现知识的融会贯通。

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　　【摘要】能够自主“感知、理解、预测、行动”的人工智能是灵活强大的学习技术，在教与学过程中可以发挥多种作用。技术的灵活性为智能教学系统的设计和应用带来了挑战。合理的功能定位是人工智能技术发挥作用的前提，对其教学角色隐喻的分析对于智能教学系统的研究与利用有指导作用。