论文部分内容阅读
【摘要】 在信息技术飞速发展的新时期，信息素养已成为现阶段学生教育的重要内容。人工智能代表着信息技术的前沿，与一般的信息处理技术相比，人工智能技术在求解策略和处理手段上都有其独特的风格。本文着重探讨了人工智能的研究领域以及在教育中的应用情况， 提出了人工智能的理论和技术在中小学信息素养培养中的重要作用。
【关键词】 中小学;信息技术素养培养;作用
Brief analysis artificial intelligence in elementary and middle schools information technology accomplishment raise function
Liu Haitao
【Abstract】 In the information technology swift development’s new time, the information accomplishment has become the important content which the present stage student educates. The artificial intelligence is representing the information technology front, compares with the common information processing and management technology, the artificial intelligence technology has its unique style in the solution strategy and the processing method. This article has discussed the artificial intelligence research area as well as in the education application situation emphatically, advanced the artificial intelligence theory and the technology in the elementary and middle schools information accomplishment raise influential role.
【Key words】 Elementary and middle schools; Information technology accomplishment raise; Function
教育部在2000年11月颁发的《中小学信息技术课程指导纲要（施行）》，提出了课程任务和教学目标：“培养学生信息技术的兴趣，了解和掌握信息技术基本知识和技能，了解信息技术的发展及其对人类日常生活和科学技术的深刻影响。通过信息技术课程使学生具有获取信息、传输信息、和应用信息的能力，教育学生正确认识和理解与信息技术相关的文化、伦理和社会问题，负责任地使用信息技术；培养学生良好的信息素养，把信息技术作为支持终生学习和合作学习的手段，为适应信息社会的学习、工作和生活打下必要的基础。”该文件的突出特点是提出了培养学生良好的信息素养和“负责任地使用信息技术”的要求。据此，培养学生的信息素养已成为信息时代学生教育的重要内容。小学生的信息素养，简单地说就是指小学生获取、分析、处理信息的能力。由于信息技术教育贴近现实，有着其他课程无可比拟的可操作性、实用性、时效性，所以在素质教育中有着重要的地位和作用。信息技术课程就是学生掌握信息工具和获得信息技术知识最主要、最简捷的途径。小学阶段信息技术课程的核心目标是培养学生的信息素养，即教会学生使用信息，了解关于信息技术的最基本知识，掌握收集信息、处理信息及运用信息的基本方法。而人工智能代表着信息技术的前沿，它是计算机科学的一个分支，是一门研究运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科，它涉及到数学、计算机科学、控制论、信息学、心理学、哲学等诸多学科。人工智能主要研究如何用计算机模拟人脑所从事的推理、证明、识别、理解、学习、思考以及规划等思维活动，来解决需要人类专家才能处理的复杂问题。与一般的信息处理技术相比，人工智能技术在求解策略和处理手段上都有其独特的风格。一方面，人工智能研究处于信息技术的前沿，它的研究、应用和发展在一定程度上决定着计算机技术的发展方向。另一方面，信息技术的广泛应用也对人工智能技术的发展提出了急切的需求。目前，人工智能中的自然语言理解、模式识别、机器学习、数据挖掘、智能检索、机器人技术、人工神经网络等都走在了信息技术的前沿，有许多研究成果已经进入人们的生活和工作中，并对人类的发展产生了重要影响。因此，人工智能技术在中小学的信息素养培养中占有不可或缺的作用。
1 人工智能技术在中小学信息教育中的作用和现状
1.1 智能搜索引擎:随着互联网以及网络用户队伍的不断壮大，信息检索成为人们利用Internet的重要途径。目前一些著名的搜索引擎有：GOOGLE、YAHOO等，他们各有特色，但仍存在不足之处，如检索到的无关信息过多以及检索结果排序较混乱。智能化信息检索是信息检索的新分支，它是人工智能和信息检索的交叉学科。它在对内容的分析理解、内容表达、知识学习等基础上实现检索的智能化，这样可以节省学习者在检索中花费的时间，帮助学习者提高检索效率。
1.2 智能CAI:目前，计算机辅助教学(CAI)越来越受到教育界的重视，已成为教学改革的一种重要手段。但大多数的CAI 课件只是机械地按照教学设计者事先设计好的教学模式和内容向学生传授知识，并没有体现出个性化学习，无法做到因材施教。智能CAI 是以人工智能技术为核心，使CAI 系统能够根据学生的学习情况等因素分析学生的特征，合理安排教学内容、变化教学方法去满足个体化教学的需要，能够丰富教学信息和内容，显著提高教学效果。
1.3 智能教学系统ITS:智能教学系统(Intelligent Tutoring System，ITS)是涉及人工智能、计算机科学、认知科学、教育学、心理学和行为科学的综合性课题，其研究的最终目标是由计算机扮演起人类教育的主要责任，即赋予计算机系统以智能，由计算机系统在一定程度上代替人类教师实现最佳教学。ITS 主要有四个功能模块：专家模块、学生模块、教师模块、人机接口模块。
1.4 智能机器人走进中小学课堂:2007年9月25日，哈市教育局和哈尔滨工业大学联合举办了“人工智能与机器人”教学全面走进中小学课堂启动仪式。仪式上，哈尔滨工业大学向哈市近3000所中小学校捐赠了1万台价值600万元的“诺宝”教学用机器人；2008年深圳市人工智能与机器人走进中小学课堂项目教学交流活动，2009年新学期起，“人工智能与机器人”正式纳入深圳市义务教育教科书《信息技术》教材。
2 人工智能教育对学生信息素养的作用
作为信息技术一个不可缺少的重要组成部分，人工智能的基本内容在中小学信息技术课程中是不能不专门提及的。 中小学阶段开设人工智能课程可以在以下几个方面对学生的信息素养培养产生积极作用：
2.1 了解学习和人类智能的本质:探索学习和智能的本质是人工智能的重要研究内容之一。从人类认知学角度讲，人类的思维过程是相关知识之间的互连。人们在接受新知识时，总是和“老知识”联系起来，可以说“老知识”是新知识的基础。另外，Johnson的三段知识获取模型，即认知和思考阶段、知识关联阶段和自动性阶段，也说明知识不是孤立的，而是互相联系的。知识联通和互联是人工智能中的重要研究领域，通过介绍这些知识，使得同学能更好地认识学习的本质和智能的来源。同时，通过知识联通，可以培养学生丰富的想象力和发散性思维能力，是创新能力培养的重要基础。
2.2 培养和锻炼多种思维方式:对于现实世界的问题，根据结构化程度可以划分成三个层次：结构化问题，是能用形式化方法描述和求解的一类问题；非结构化问题，难以用确定的形式来描述，主要根据经验来求解；半结构化问题则介于上述两者之间。中小学阶段开设的多媒体技术、数据库技术、算法与程序设计等都是求解结构化问题的基本技术。而人工智能技术则是解决非结构化、半结构化问题的一类有效技术。把人工智能课程引入我国现行的中小学信息技术教育中，可以让学生在使用人工智能知识与技术的过程中获得对非结构化、半结构化问题解决过程的了解，从而培养学生的多种思维方式，达到提高信息素养的目的。通过人工智能课程的学习，学生还将了解人工智能语言Prolog的基本特征，学到智能化问题求解的最为基本的策略。
2.3 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:以专家系统(Expert System)技术为例进行说明。在专家系统的应用过程中，专家系统不仅能够提供给用户相关领域的专家水平建议或决策，而且能够通过解释机制，以用户容易理解的方式解释专家系统的具体推理过程。学生可以向专家系统提出诸如“为什么(Why)”、“如何(How)”等问题，系统接受用户的提问后，可以根据推理的逻辑进程，将答案或推理过程呈现给用户，整个过程如同教师与学生在进行面对面的交流。在这个过程中，学生可以充分体验人类专家的求解思路和推理风格，有助于提高他们的分析、思维与判断能力。
2.4 了解信息技术发展的前沿，激发对信息技术深入学习的兴趣:人工智能技术代表着信息技术的前沿，通过人工智能知识、原理与技术的学习，中小学生能够对信息技术发展的前沿知识有一定程度的了解，这样有助于他们开阔视野，激发他们对信息技术继续深入学习的兴趣，从而为今后进入大学或走向社会奠定良好的基础。
3 小结
中小学生的信息素养的培养是当前信息技术课的一个重要目标，而人工智能在一定程度上代表了信息技术的前沿。因此，在中小学信息技术课中加大人工智能的知识介绍是信息技术课改革的重要内容，也必将对学生信息素养的提高起到更好的作用。
参考文献
[1]张剑平.人工智能技术与问题解决[J]. 中小学信息技术教育, (10):6, 2003
[2] 王妍,雷玉霞 等. 基于Knowledge-Interconnection的Tutor-AI模型设计[J]. 计算机辅助工程, 15(3): 90-97, 2006
[3] 王大武,张权科. 浅谈中学信息技术课程中人工智能的教学[J].实验教学与仪器, 2008(2): 44+50, 2008
[4] 张文静. 关于开设高中人工智能课程的思考[J]. 中小学电教(下半月), 2008(3):23, 2008
[5] 钱旭升,郑和. 我国高中人工智能教育目标的分类、分层体系构建[J]. 课程•教材•教法, 2007(1), 2007
[6] 吴文铁. 人工智能教育对于培养中学生信息素养的作用[J]. 电脑知识与技术, 4(35),2008
【关键词】 中小学;信息技术素养培养;作用
Brief analysis artificial intelligence in elementary and middle schools information technology accomplishment raise function
Liu Haitao
【Abstract】 In the information technology swift development’s new time, the information accomplishment has become the important content which the present stage student educates. The artificial intelligence is representing the information technology front, compares with the common information processing and management technology, the artificial intelligence technology has its unique style in the solution strategy and the processing method. This article has discussed the artificial intelligence research area as well as in the education application situation emphatically, advanced the artificial intelligence theory and the technology in the elementary and middle schools information accomplishment raise influential role.
【Key words】 Elementary and middle schools; Information technology accomplishment raise; Function
教育部在2000年11月颁发的《中小学信息技术课程指导纲要（施行）》，提出了课程任务和教学目标：“培养学生信息技术的兴趣，了解和掌握信息技术基本知识和技能，了解信息技术的发展及其对人类日常生活和科学技术的深刻影响。通过信息技术课程使学生具有获取信息、传输信息、和应用信息的能力，教育学生正确认识和理解与信息技术相关的文化、伦理和社会问题，负责任地使用信息技术；培养学生良好的信息素养，把信息技术作为支持终生学习和合作学习的手段，为适应信息社会的学习、工作和生活打下必要的基础。”该文件的突出特点是提出了培养学生良好的信息素养和“负责任地使用信息技术”的要求。据此，培养学生的信息素养已成为信息时代学生教育的重要内容。小学生的信息素养，简单地说就是指小学生获取、分析、处理信息的能力。由于信息技术教育贴近现实，有着其他课程无可比拟的可操作性、实用性、时效性，所以在素质教育中有着重要的地位和作用。信息技术课程就是学生掌握信息工具和获得信息技术知识最主要、最简捷的途径。小学阶段信息技术课程的核心目标是培养学生的信息素养，即教会学生使用信息，了解关于信息技术的最基本知识，掌握收集信息、处理信息及运用信息的基本方法。而人工智能代表着信息技术的前沿，它是计算机科学的一个分支，是一门研究运用计算机模拟和延伸人脑功能的综合性学科，它涉及到数学、计算机科学、控制论、信息学、心理学、哲学等诸多学科。人工智能主要研究如何用计算机模拟人脑所从事的推理、证明、识别、理解、学习、思考以及规划等思维活动，来解决需要人类专家才能处理的复杂问题。与一般的信息处理技术相比，人工智能技术在求解策略和处理手段上都有其独特的风格。一方面，人工智能研究处于信息技术的前沿，它的研究、应用和发展在一定程度上决定着计算机技术的发展方向。另一方面，信息技术的广泛应用也对人工智能技术的发展提出了急切的需求。目前，人工智能中的自然语言理解、模式识别、机器学习、数据挖掘、智能检索、机器人技术、人工神经网络等都走在了信息技术的前沿，有许多研究成果已经进入人们的生活和工作中，并对人类的发展产生了重要影响。因此，人工智能技术在中小学的信息素养培养中占有不可或缺的作用。
1 人工智能技术在中小学信息教育中的作用和现状
1.1 智能搜索引擎:随着互联网以及网络用户队伍的不断壮大，信息检索成为人们利用Internet的重要途径。目前一些著名的搜索引擎有：GOOGLE、YAHOO等，他们各有特色，但仍存在不足之处，如检索到的无关信息过多以及检索结果排序较混乱。智能化信息检索是信息检索的新分支，它是人工智能和信息检索的交叉学科。它在对内容的分析理解、内容表达、知识学习等基础上实现检索的智能化，这样可以节省学习者在检索中花费的时间，帮助学习者提高检索效率。
1.2 智能CAI:目前，计算机辅助教学(CAI)越来越受到教育界的重视，已成为教学改革的一种重要手段。但大多数的CAI 课件只是机械地按照教学设计者事先设计好的教学模式和内容向学生传授知识，并没有体现出个性化学习，无法做到因材施教。智能CAI 是以人工智能技术为核心，使CAI 系统能够根据学生的学习情况等因素分析学生的特征，合理安排教学内容、变化教学方法去满足个体化教学的需要，能够丰富教学信息和内容，显著提高教学效果。
1.3 智能教学系统ITS:智能教学系统(Intelligent Tutoring System，ITS)是涉及人工智能、计算机科学、认知科学、教育学、心理学和行为科学的综合性课题，其研究的最终目标是由计算机扮演起人类教育的主要责任，即赋予计算机系统以智能，由计算机系统在一定程度上代替人类教师实现最佳教学。ITS 主要有四个功能模块：专家模块、学生模块、教师模块、人机接口模块。
1.4 智能机器人走进中小学课堂:2007年9月25日，哈市教育局和哈尔滨工业大学联合举办了“人工智能与机器人”教学全面走进中小学课堂启动仪式。仪式上，哈尔滨工业大学向哈市近3000所中小学校捐赠了1万台价值600万元的“诺宝”教学用机器人；2008年深圳市人工智能与机器人走进中小学课堂项目教学交流活动，2009年新学期起，“人工智能与机器人”正式纳入深圳市义务教育教科书《信息技术》教材。
2 人工智能教育对学生信息素养的作用
作为信息技术一个不可缺少的重要组成部分，人工智能的基本内容在中小学信息技术课程中是不能不专门提及的。 中小学阶段开设人工智能课程可以在以下几个方面对学生的信息素养培养产生积极作用：
2.1 了解学习和人类智能的本质:探索学习和智能的本质是人工智能的重要研究内容之一。从人类认知学角度讲，人类的思维过程是相关知识之间的互连。人们在接受新知识时，总是和“老知识”联系起来，可以说“老知识”是新知识的基础。另外，Johnson的三段知识获取模型，即认知和思考阶段、知识关联阶段和自动性阶段，也说明知识不是孤立的，而是互相联系的。知识联通和互联是人工智能中的重要研究领域，通过介绍这些知识，使得同学能更好地认识学习的本质和智能的来源。同时，通过知识联通，可以培养学生丰富的想象力和发散性思维能力，是创新能力培养的重要基础。
2.2 培养和锻炼多种思维方式:对于现实世界的问题，根据结构化程度可以划分成三个层次：结构化问题，是能用形式化方法描述和求解的一类问题；非结构化问题，难以用确定的形式来描述，主要根据经验来求解；半结构化问题则介于上述两者之间。中小学阶段开设的多媒体技术、数据库技术、算法与程序设计等都是求解结构化问题的基本技术。而人工智能技术则是解决非结构化、半结构化问题的一类有效技术。把人工智能课程引入我国现行的中小学信息技术教育中，可以让学生在使用人工智能知识与技术的过程中获得对非结构化、半结构化问题解决过程的了解，从而培养学生的多种思维方式，达到提高信息素养的目的。通过人工智能课程的学习，学生还将了解人工智能语言Prolog的基本特征，学到智能化问题求解的最为基本的策略。
2.3 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:以专家系统(Expert System)技术为例进行说明。在专家系统的应用过程中，专家系统不仅能够提供给用户相关领域的专家水平建议或决策，而且能够通过解释机制，以用户容易理解的方式解释专家系统的具体推理过程。学生可以向专家系统提出诸如“为什么(Why)”、“如何(How)”等问题，系统接受用户的提问后，可以根据推理的逻辑进程，将答案或推理过程呈现给用户，整个过程如同教师与学生在进行面对面的交流。在这个过程中，学生可以充分体验人类专家的求解思路和推理风格，有助于提高他们的分析、思维与判断能力。
2.4 了解信息技术发展的前沿，激发对信息技术深入学习的兴趣:人工智能技术代表着信息技术的前沿，通过人工智能知识、原理与技术的学习，中小学生能够对信息技术发展的前沿知识有一定程度的了解，这样有助于他们开阔视野，激发他们对信息技术继续深入学习的兴趣，从而为今后进入大学或走向社会奠定良好的基础。
3 小结
中小学生的信息素养的培养是当前信息技术课的一个重要目标，而人工智能在一定程度上代表了信息技术的前沿。因此，在中小学信息技术课中加大人工智能的知识介绍是信息技术课改革的重要内容，也必将对学生信息素养的提高起到更好的作用。
参考文献
[1]张剑平.人工智能技术与问题解决[J]. 中小学信息技术教育, (10):6, 2003
[2] 王妍,雷玉霞 等. 基于Knowledge-Interconnection的Tutor-AI模型设计[J]. 计算机辅助工程, 15(3): 90-97, 2006
[3] 王大武,张权科. 浅谈中学信息技术课程中人工智能的教学[J].实验教学与仪器, 2008(2): 44+50, 2008
[4] 张文静. 关于开设高中人工智能课程的思考[J]. 中小学电教(下半月), 2008(3):23, 2008
[5] 钱旭升,郑和. 我国高中人工智能教育目标的分类、分层体系构建[J]. 课程•教材•教法, 2007(1), 2007
[6] 吴文铁. 人工智能教育对于培养中学生信息素养的作用[J]. 电脑知识与技术, 4(35),2008