解码智能，拥抱未来-安徽省九年级《人工智能与智慧社会》教学指南解读

文摘 2024-08-29 01:04 山东

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当AlphaGo战胜围棋世界冠军，当无人驾驶汽车驶入现实，当智能语音助手回应我们的每一个指令，人工智能的浪潮正席卷全球，深刻地改变着我们的生活，也塑造着我们对未来的想象。如何让青少年一代理解人工智能，应用人工智能，并思考人工智能带来的机遇和挑战，成为教育领域的重要课题。安徽省《人工智能与智慧社会》教学指南应运而生，为信息科技教师开启了一扇通往智能世界的大门，也为学生照亮了通往未来的智慧之路。

一、时代背景：人工智能教育浪潮正在席卷全球

人工智能（AI）正在深刻地改变着我们的生活，并推动人类社会向智慧社会迈进。智慧社会是以人工智能、大数据、物联网等新一代信息技术为基础，以人为本，以智能化、信息化、可持续发展为特征的新型社会形态。信息科技课程应紧跟时代发展，将“人工智能与智慧社会”作为重要的学习内容，帮助学生认识和理解这一重要趋势，为未来生活和工作做好准备。

在国内目前出版的相关教材中，我们可以清楚的看到具有以下特点：

小学阶段：以体验为主，通过游戏、故事、动画等形式，引导学生初步了解人工智能的概念和应用，激发他们的学习兴趣。

初中阶段：逐步深入，通过案例分析、项目实践等方式，帮助学生理解人工智能的实现方式和工作原理，并引导他们思考伦理和安全问题。

高中阶段：提升层次，鼓励学生进行探究性学习，参与人工智能相关的项目开发，并关注人工智能的前沿发展和社会影响。

注重从以下方面开展教学活动：

联系生活，激发兴趣：从学生熟悉的生活场景入手，通过体验和观察，激发他们对人工智能的学习兴趣。

注重实践，强化应用：鼓励学生动手实践，通过项目式学习等方式，将人工智能知识应用到实际问题解决中，培养他们的应用能力和创新能力。

引导思考，树立意识：引导学生思考人工智能带来的机遇和挑战，伦理和社会问题，树立正确的价值观和责任感。

在教学中主要采取以下方法：

项目式学习：以真实的问题情境为驱动，引导学生进行探究性学习，并在实践中学习和应用人工智能知识。

游戏化学习：将人工智能知识融入到游戏设计中，提高学生的学习兴趣和参与度。

合作学习：鼓励学生进行小组合作，共同完成项目任务，培养他们的团队合作能力和沟通能力。

探究式学习：鼓励学生提出问题、搜集资料、分析问题、解决问题，培养他们的探究能力和批判性思维。

评价主要方式关注过程与表现：

过程性评价：关注学生的学习过程，评价他们的参与度、合作能力、探究能力等。

作品评价：评价学生完成的项目作品，如程序设计、模型制作、报告撰写等，关注作品的创新性、实用性和完整性。

表现性评价：评价学生的课堂表现、小组讨论、演讲展示等，关注他们的表达能力、沟通能力和思维能力。

而本文将以《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》为依据，深入解读和分析“人工智能与智慧社会”这一主题，旨在帮助信息科技教师更好地理解课程标准要求，更好地把握教学方向，设计更有效的教学活动，开展教学实践，培养学生的信息科技核心素养。

二、内容结构与分析：聚焦应用，探究原理，面向未来

安徽省《人工智能与智慧社会》教学指南的内容结构设计，体现了从生活走进人工智能，从应用理解原理，最终面向智慧社会未来的课程理念。这与《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》九年级“人工智能与智慧社会”模块的理念相一致，都是以学生为中心，注重体验与实践，联系生活实际，并引导学生思考人工智能带来的伦理、安全与发展问题。

以下分析主要从内容结构分析、项目要点及教学建议几个方面进行阐述，探秘智能世界。

教学指南将整个模块划分为五个单元，每个单元包含若干个项目，形成了由浅入深、层层递进的学习路径：

第一单元走进身边的智能新时代——人工智能基础：从学生熟悉的智能音箱、智能家居等生活场景入手，引导学生初步认识人工智能的概念、应用和特征。通过设计测试方案、查找应用实例、制订评价标准等项目活动，帮助学生建立起对人工智能的感性认识，激发他们的学习兴趣。

第一单元：走进身边的智能新时代——人工智能基础

项目一：你的智能音箱有多聪明——人工智能概念

项目要点：通过设计智能音箱测试方案，引导学生从“能听懂人话”“会交流”“可以判断”“会学习”等角度，判断智能音箱是否具备人工智能的特征，从而理解人工智能的概念，体会人工智能与人类智能的相似之处。

教学建议：

创设情境，激发兴趣：可以播放智能音箱的广告视频，或展示智能音箱的各种功能，引发学生对智能音箱的好奇心，引导他们思考智能音箱与传统音箱的区别。

设计任务，引导探究：可以引导学生设计测试方案，从不同角度测试智能音箱的智能程度，例如：能否听懂不同方言、能否理解模糊指令、能否根据用户的喜好推荐歌曲等。

体验操作，深入理解：让学生亲自动手操作智能音箱，体验其各种功能，并尝试用不同的指令与智能音箱进行交流，感受人工智能技术的便利性和智能化程度。

小组合作，共同学习：可以将学生分组，让他们合作设计测试方案、进行测试操作、分析测试结果，并进行汇报和展示，促进学生之间的交流和学习。

项目二：寻找生活中的人工智能——人工智能应用

项目要点：引导学生从“让家庭生活更加舒适”“让学习生活更加轻松”“让社会生活更加美好”等方面，寻找生活中的人工智能应用，并分析这些应用的特点和作用，了解人工智能的广泛应用和对社会的影响。

教学建议：

拓展视野，开拓思路：教师可以引导学生从不同的角度思考人工智能的应用，例如：智能家居、智能交通、智能医疗、智能教育、智能娱乐等，并鼓励学生查找相关的资料和案例。

体验实践，加深理解：鼓励学生体验生活中的人工智能应用，例如：使用智能手机的语音助手、刷脸支付、乘坐自动驾驶汽车等，并记录他们的体验和感受。

小组讨论，分享交流：将学生分组，让他们分享自己找到的人工智能应用，并讨论这些应用的特点、作用和影响，促进学生之间的交流和思考。

项目三：制订智能家居评价标准——人工智能特征

项目要点：以智能家居设计比赛为情境，引导学生分析智能家居的功能，归纳人工智能的特征，例如：智能交互、自动化功能、学习能力、数据处理能力等，并制订智能家居评价标准，从而更深入地理解人工智能的概念和特征。

教学建议：

创设情境，引发思考：可以展示一些智能家居的图片或视频，引导学生观察智能家居的功能，并思考智能家居与传统家居的区别。

分析案例，归纳特征：可以提供一些具体的智能家居案例，例如：智能灯光控制系统、智能安防系统、智能家电控制系统等，引导学生分析这些案例中体现的人工智能特征。

小组合作，制订标准：将学生分组，让他们合作制订智能家居评价标准，并说明每个标准的含义和依据，促进学生之间的交流和合作。

第二单元探索智能驾驶的奥秘——人工智能三要素：以智能驾驶为情境，引导学生探究人工智能实现的三要素——数据、算法和算力。通过智能汽车识别标识、智能导航规划路线、智能驾驶紧急避障等项目活动，帮助学生理解人工智能如何通过数据获取信息、利用算法进行决策、依靠算力进行处理，从而实现智能化的功能。

第二单元探索智能驾驶的奥秘——人工智能三要素

项目一：智能汽车识别标识——数据

项目要点：以智能汽车识别交通标识为例，引导学生了解智能驾驶系统如何通过摄像头等传感器采集道路信息和交通标识图像，并进行预处理、特征提取和识别，理解数据在人工智能系统中的作用。

教学建议：

联系实际，引入情境：可以播放智能汽车自动驾驶的视频，引导学生观察智能汽车如何识别交通标识、避让行人、保持车道等，引发学生对智能驾驶技术的好奇心。

模拟体验，加深理解：可以利用一些智能驾驶模拟软件或平台，例如：百度Apollo自动驾驶平台、腾讯TADSim自动驾驶仿真平台等，让学生体验智能驾驶的过程，并观察智能汽车如何识别交通标识。

探究原理，拓展知识：可以引导学生探究智能汽车识别交通标识的原理，例如：图像采集、图像预处理、特征提取、图像识别等，并了解不同算法的优缺点和适用场景。

项目二：智能导航规划路线——算法

项目要点：以智能导航规划路线为例，引导学生了解智能驾驶系统如何利用路径规划算法，根据实时路况信息，为用户推荐最佳行驶路线，理解算法在人工智能系统中的作用。

教学建议：

体验应用，激发兴趣：可以引导学生使用智能导航软件，例如：百度地图、高德地图等，规划从家到学校的路线，并观察不同时间段、不同交通方式的路线规划结果。

探究原理，理解算法：可以引导学生探究智能导航规划路线的原理，例如：地图数据、交通流量数据、路径规划算法等，并了解不同算法的优缺点和适用场景。

模拟实践，加深理解：可以利用一些路径规划模拟软件或平台，例如：GoogleOR-Tools、PythonNetworkX等，让学生体验路径规划的过程，并尝试设计简单的路径规划算法。

项目三：智能驾驶紧急避障——算力

项目要点：以智能驾驶紧急避障为例，引导学生了解智能汽车的避障系统如何通过传感器感知周围环境、快速计算出最佳避障方案、并控制车辆进行避障操作，理解算力在人工智能系统中的作用。

教学建议：

创设情境，引发思考：可以播放智能汽车紧急避障的视频，引导学生观察智能汽车如何识别障碍物、计算避障方案、控制车辆进行避障等，引发学生对算力的思考。

探究原理，理解算力：可以引导学生探究智能汽车紧急避障的原理，例如：传感器感知、数据处理、算法决策、车辆控制等，并理解算力对智能汽车避障系统性能的影响。

拓展知识，了解趋势：可以介绍不同类型的算力平台，例如：CPU、GPU、FPGA、ASIC等，以及它们的优缺点和发展趋势。还可以介绍一些人工智能芯片，例如：华为昇腾芯片、百度昆仑芯片等，以及它们在智能驾驶领域的应用。

第三单元探索智能新生活——人工智能技术：带领学生深入探究图像识别、语音识别、自然语言处理和机器人技术等人工智能技术的应用场景、工作原理和实现过程。通过体验智能开锁、智能音箱、聊天机器人、机器人服务员等项目，帮助学生理解人工智能技术如何改变我们的生活，并提升他们的应用能力。

第三单元探索智能新生活——人工智能技术

项目 1 探索智能开锁新方式——图像识别技术

项目要点：以智能门锁的人脸识别开锁为例，引导学生了解图像识别技术的基本原理和应用，例如：人脸图像采集、预处理、特征提取、识别匹配等，并思考图像识别技术带来的便利和安全问题。

教学建议：

体验应用，感受便利：可以展示智能门锁的人脸识别开锁功能，让学生体验其便捷性和安全性，并引导学生思考图像识别技术在生活中的其他应用，例如：人脸识别支付、人脸识别考勤等。

探究原理，理解技术：可以引导学生探究人脸识别技术的原理，例如：人脸图像采集、图像预处理、特征提取、识别匹配等，并了解不同人脸识别算法的优缺点和适用场景。

思考问题，树立意识：可以引导学生思考图像识别技术带来的安全和隐私问题，例如：人脸数据泄露、人脸识别误判等，并探讨如何保护个人隐私和数据安全。

项目二：探究智能音箱新交流——语音识别技术

项目要点：以智能音箱的语音交互功能为例，引导学生了解语音识别技术的基本原理和应用，例如：语音采集、语音预处理、语音特征提取、语音识别等，并思考语音识别技术带来的便利和挑战。

教学建议：

体验应用，感受便捷：可以展示智能音箱的语音交互功能，让学生体验其便利性和智能化程度，并引导学生思考语音识别技术在生活中的其他应用，例如：语音输入、语音翻译、语音导航等。

探究原理，理解技术：可以引导学生探究语音识别技术的原理，例如：语音采集、语音预处理、语音特征提取、语音识别等，并了解不同语音识别算法的优缺点和适用场景。

思考问题，拓展思路：可以引导学生思考语音识别技术面临的挑战，例如：不同方言的识别、噪声环境下的识别、多人对话的识别等，并探讨如何改进语音识别技术的性能。

项目三：探求聊天机器人新技能——自然语言处理技术

项目要点：以聊天机器人为例，引导学生了解自然语言处理技术的基本原理和应用，例如：分词、词性标注、句法分析、语义理解、对话生成等，并思考自然语言处理技术带来的便利和发展方向

教学建议：

体验应用，感受魅力：可以展示聊天机器人的对话功能，让学生体验其智能化程度，并引导学生思考自然语言处理技术在生活中的其他应用，例如：机器翻译、文本摘要、情感分析等。

探究原理，理解技术：可以引导学生探究聊天机器人的工作原理，例如：分词、词性标注、句法分析、语义理解、对话生成等，并了解不同自然语言处理技术的优缺点和适用场景。

思考问题，展望未来：可以引导学生思考自然语言处理技术面临的挑战，例如：语义理解的准确性、对话生成的流畅性、情感表达的自然性等，并探讨自然语言处理技术未来的发展方向。

项目四：探秘机器人新服务——机器人技术

项目要点：以服务型机器人为例，引导学生了解机器人的基本结构、工作原理和应用场景，例如：传感器、执行器、控制器、运动规划、人机交互等，并思考机器人技术带来的便利和影响。

教学建议：

展示实例，激发兴趣：可以展示不同类型的服务型机器人，例如：送餐机器人、导购机器人、清洁机器人等，让学生了解机器人的应用场景和功能，并引发他们对机器人技术的好奇心。

动手实践，加深理解：可以利用一些机器人搭建平台或编程软件，例如：乐高机器人、VEX机器人、PythonRobotics等，让学生动手搭建机器人，并编写程序控制机器人的运动和行为，例如：让机器人沿着指定路线行走、让机器人识别障碍物并避障等。

思考问题，拓展思路：可以引导学生思考机器人技术带来的伦理和社会问题，例如：机器人是否会抢走人类的工作、机器人是否会对人类构成威胁等，并探讨如何规范机器人的开发和应用。

第四单元探究智慧物流奥秘——人工智能原理：以智慧物流为情境，引导学生探究人工智能的实现原理，包括机器学习、预测、搜索和推理等。通过智能选择包装物料、推算货物到达时间、寻找最佳配送路线、智能审核用户退款等项目，帮助学生理解人工智能如何通过学习、预测、搜索和推理等方式，解决实际问题，提高效率。

第四单元探究智慧物流奥秘——人工智能原理

项目一：智能选择包装物料——人工智能学习

项目要点：以智能选择包装物料为例，引导学生了解人工智能系统如何根据商品的种类、尺寸、重量等信息，自动选择合适的包装材料，并思考人工智能学习的基本原理，例如：数据收集、特征提取、模型训练、模型评估等。

教学建议：

创设情境，引发思考：可以播放电商平台的商品打包视频，引导学生观察不同商品的包装材料，并思考如何根据商品的特点选择合适的包装材料，以及人工智能如何帮助我们完成这项工作。

模拟实践，加深理解：可以利用一些机器学习平台或工具，例如：TeachableMachine、GoogleColab等，让学生体验训练简单的人工智能模型的过程，例如：训练一个模型识别不同种类的水果、训练一个模型识别不同形状的物体等。

探究原理，拓展知识：可以引导学生探究人工智能学习的基本原理，例如：数据收集、特征提取、模型训练、模型评估等，并了解不同机器学习算法的优缺点和适用场景。

项目二：推算货物到达时间——人工智能预测

项目要点：以推算货物到达时间为例，引导学生了解人工智能系统如何根据历史物流数据、实时路况信息、天气状况等因素，预测货物的到达时间，并思考人工智能预测的基本原理，例如：时间序列分析、回归分析、神经网络预测等。

教学建议：

联系实际，激发兴趣：可以播放物流配送的视频，引导学生观察快递员如何根据导航软件的提示，将货物送到目的地，并思考如何预测货物的到达时间，以及人工智能如何帮助我们提高物流配送效率。

数据分析，理解原理：可以提供一些物流数据，例如：历史订单数据、交通流量数据、天气数据等，引导学生利用数据分析工具或编程语言，例如：Excel、Python等，进行简单的数据分析，例如：分析不同时间段的物流配送效率、分析不同路段的交通拥堵状况等，从而理解人工智能预测的基本原理。

探究应用，拓展知识：可以引导学生探究人工智能预测在其他领域的应用，例如：股票价格预测、天气预报、疾病诊断等，并了解不同预测算法的优缺点和适用场景。

项目三：寻找最佳配送路线——人工智能搜索

项目要点：以寻找最佳配送路线为例，引导学生了解人工智能系统如何利用搜索算法，例如：深度优先搜索、广度优先搜索、A*算法等，从所有可能的配送路线中，找到最优的路线，并思考人工智能搜索的基本原理和应用。

教学建议：

创设情境，引入问题：可以展示一个城市地图，并在上面标注几个配送点，引导学生思考如何规划最佳的配送路线，才能最大限度地节省时间和成本。

游戏体验，加深理解：可以利用一些迷宫游戏或路径规划游戏，例如：推箱子、走迷宫等，让学生体验寻找最佳路径的过程，并尝试设计简单的搜索算法。

探究应用，拓展知识：可以引导学生探究人工智能搜索在其他领域的应用，例如：信息检索、游戏AI、路径规划等，并了解不同搜索算法的优缺点和适用场景。

项目四：智能审核用户退款——人工智能推理

项目要点：以智能审核用户退款为例，引导学生了解人工智能系统如何根据用户的购买记录、退款申请理由、商品状态等信息，判断是否应该批准退款，并思考人工智能推理的基本原理，例如：规则推理、案例推理、贝叶斯推理等。

教学建议：

案例分析，引发思考：可以提供一些用户退款的案例，引导学生分析每个案例的具体情况，例如：用户的购买记录、退款申请理由、商品状态等，并思考是否应该批准退款，以及如何利用人工智能技术帮助我们进行决策。

模拟实践，加深理解：可以利用一些逻辑推理游戏或决策游戏，例如：狼人杀、剧本杀等，让学生体验推理和决策的过程，并尝试设计简单的推理规则或决策模型。

探究应用，拓展知识：可以引导学生探究人工智能推理在其他领域的应用，例如：医疗诊断、法律咨询、故障排查等，并了解不同推理方法的优缺点和适用场景。

第五单元面临人工智能新挑战——智慧社会：引导学生思考人工智能带来的伦理、安全和发展问题。通过探究AI绘画的道德问题、研究AI换脸引发的安全问题、撰写人工智能未来发展报告等项目，帮助学生认识到人工智能技术是一把双刃剑，在带来便利的同时，也存在潜在的风险和挑战，需要我们理性看待，审慎应用，并积极探索应对策略。

第五单元面临人工智能新挑战——智慧社会

项目一：探究AI绘画涉及的道德问题——人工智能伦理规范

项目要点：以AI绘画为例，引导学生思考人工智能技术带来的伦理问题，例如：AI作品的版权归属、AI绘画是否会取代人类艺术家、AI绘画被用于造假和欺诈等，并探讨如何建立人工智能伦理规范，促进人工智能技术的健康发展。

教学建议：

案例分析，引发思考：可以展示一些AI绘画的作品，引导学生思考AI作品的版权归属问题，例如：AI作品的作者是谁？AI作品的版权属于谁？以及AI绘画是否会对人类艺术家的创作带来冲击。

辩论讨论，明辨是非：可以组织学生进行辩论，例如：“人工智能是利大于弊还是弊大于利”“人工智能是否会取代人类”等，引导学生思考人工智能技术带来的机遇和挑战，以及如何应对这些挑战。

查阅资料，拓展知识：可以引导学生查阅有关人工智能伦理的资料，例如：《人工智能伦理原则》《人工智能伦理指南》等，了解国际社会对人工智能伦理的关注和探索，并思考如何建立人工智能伦理规范，促进人工智能技术的健康发展。

项目二：研究AI换脸引发的安全问题——人工智能安全风险

项目要点：以AI换脸技术为例，引导学生思考人工智能技术带来的安全风险，例如：AI换脸被用于制作虚假视频、AI换脸被用于身份盗用、AI换脸被用于传播虚假信息等，并探讨如何防范人工智能安全风险，保障个人和社会安全。

教学建议：

案例分析，引发思考：可以播放一些AI换脸的视频，引导学生思考AI换脸技术带来的安全风险，例如：AI换脸被用于制作虚假视频，AI换脸被用于身份盗用，以及AI换脸被用于传播虚假信息会带来哪些危害。

安全教育，提升意识：可以介绍一些人工智能安全相关的知识，例如：如何识别虚假信息、如何保护个人隐私、如何防范网络诈骗等，提升学生的网络安全意识和自我保护能力。

探究方法，寻求应对：可以引导学生探究如何防范AI换脸技术的安全风险，例如：开发AI换脸检测技术、制定相关法律法规、加强社会监督等，并思考如何促进人工智能技术安全可控发展。

项目三：撰写人工智能未来发展报告——人工智能与智慧社会

项目要点：引导学生回顾和总结所学的人工智能知识，并展望人工智能的未来发展趋势，思考人工智能技术对社会发展的影响，例如：人工智能对经济、教育、医疗、交通等领域的影响，以及人工智能对人类生活方式的影响，并撰写人工智能未来发展报告。

教学建议：

回顾总结，梳理知识：可以引导学生回顾和总结所学的人工智能知识，例如：人工智能的概念、发展历程、实现方式、应用场景、伦理问题、安全风险等，并梳理人工智能技术与社会发展的关系。

查阅资料，展望未来：可以引导学生查阅有关人工智能未来发展趋势的资料，例如：人工智能发展白皮书、人工智能发展规划等，并思考人工智能技术对未来社会发展的影响，例如：人工智能对经济、教育、医疗、交通等领域的影响，以及人工智能对人类生活方式的影响。

小组合作，撰写报告：可以将学生分组，让他们合作撰写人工智能未来发展报告，并进行汇报和展示，促进学生之间的交流和学习。

通过以上项目的设计和实施，教师可以引导学生逐步深入地了解和探究人工智能，并思考其对社会发展的影响，最终使学生形成对人工智能技术的正确认识，并为未来生活和工作做好准备。

三、与新课程标准理念的结合

“人工智能与智慧社会”是信息科技课程的重要内容，信息科技教师要深入理解课程标准要求，结合教学指南，设计有效的教学活动，帮助学生掌握人工智能的基础知识和技能，并引导他们思考技术发展带来的影响，为未来生活和工作做好准备。

教学指南的内容结构和项目设计，充分体现了《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》九年级“人工智能与智慧社会”模块的几个核心理念：

以学生为中心：从学生的认知特点和兴趣出发，选择学生熟悉的生活场景和应用案例，设计符合学生认知水平的项目活动，激发他们的学习动机和兴趣。

注重体验与实践：强调学生的亲身参与和动手实践，通过体验智能应用、分析案例、模拟操作、编程实践等方式，帮助学生深入理解人工智能的原理和应用，并提升他们的应用能力。

联系生活实际：将人工智能知识与学生的日常生活和未来发展联系起来，让学生感受到人工智能技术与他们的生活息息相关，从而增强他们的学习兴趣和动力。

引导思考，树立意识：引导学生思考人工智能技术带来的机遇和挑战，以及相关的伦理、安全和社会问题，帮助学生形成正确的价值观和责任感。

总而言之，安徽省《人工智能与智慧社会》教学指南的设计，体现了对《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》的深刻理解和有效落实，并结合了安徽省的实际情况和学生特点，为教师开展人工智能教学提供了有益的参考和指导。

人工智能与智慧社会的发展日新月异，信息科技教育要紧跟时代步伐，不断更新教学内容和方法，培养学生适应未来社会发展所需的知识和能力。同时，要引导学生正确认识人工智能的局限性，思考技术发展带来的伦理和社会问题，培养他们的责任感和批判性思维，使其成为负责任的数字公民。

人工智能，赋予机器以智慧，也赋予人类以更多可能。安徽省《人工智能与智慧社会》教学指南，不仅是信息科技课程的创新实践，更是面向未来的教育探索。它引导学生走进人工智能的世界，体验人工智能的魅力，思考人工智能的未来，帮助他们成为具有信息素养、计算思维、创新意识和社会责任感的智慧公民，在智能时代乘风破浪，扬帆远航！

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