高中信息技术人工智能技术与“问题解决”VIP专享VIP免费

[高中信息技术]“”人工智能技术与问题解决[摘要]在高中信息技术课程体系中设立人工智能模块,可以在问题解决方法的多样性和多种思维方式的培养、学生分析与判断能力的培养等方面，对学生的问题解决能力的发展产生积极作用与影响，从而更全面地提升学生的信息素养,激发学生对于信息社会美好未来的追求。[关键词]高中课程;人工智能;信息技术；问题解决人工智能（AI）是计算机科学的一个分支，它研究如何用计算机模仿人脑所从事的推理、证明、识别、理解、设计、学习、思考、规划以及问题求解等思维活动，来解决需要人类专家才能处理的复杂问题。例如，咨询、诊断、预测、规划等决策性问题。西方一些发达国家（例如美国、英国）已经在高中阶段开设人工智能方面的课程。现在，我国在普通高中信息“”技术的新课程标准中，也首次将人工智能初步列入选修课。考虑到高中阶段学生的认知特点与人工智能学科自身的具体情况，课程标准要求在教学中选择与高中学生学习、生活关系密切的，看得见、摸得着的人工智能实际应用问题展开教学，并将该模块目标的基本点定位在了解和体验上，即通过教学活动，体验人工智能技术的丰富魅力，感受人工智能技术对人类学习、生活的重要作用；获得对于包含人工智能在内的信息技术前沿应用的初步了解；激发对信息技术发展与未来生活的追求。那么，为什么要在高中阶段开设人工智能课程？人工智能课程的开设对于提升学生信息“”素养这个信息技术课程总目标有何积极作用？在此，我们从问题解决的角度对上述问题进行探讨。1.问题及其分类人们在生活、学习和工作中每时每刻都会遇到各种各样的问题。美国著名心理学家和计算机专家西蒙（Sinmon,1978）指出：当一个人接受一项任务，但又不知道如何去完成它时，他面临的就是一个问题。西蒙将问题解决看作人类认知的三类信息加工过程（再认、问题解决、学习）之一。可见，问题解决就是所面对的问题得到解决的认知活动过程。为了寻求用信息技术求解问题的有效策略，人们从不同角度对问题的类型进行划分与研究。当然，人们对问题类型的划分只是相对的，它可以在一定的条件之下发生变化。(1)良构问题和劣构问题根据问题状态的清晰程度，可以将问题区分为定义完善的问题、定义不完善的问题两大类，它们也分别被称为良构（well-structured）问题和劣构（ill-structured）问题。在定义完善的问题中，问题的前提与目标状态都是清晰的，达到目标的潜在的解决路径是已知的或者比较容易获取的。例如，求解一元二次方程X2+3X+2=0的问题就是一个定义完善的问题。反之，在定义不完善的问题中，则可能有一个未加明确说明的既定状态、一个不明确的但希望达到的目标状态，而且也可能没有普遍认同的解决问题的策略。例如，心理咨询问题就是一类定义不完善的问题。(2)结构化问题与非结构化问题根据信息处理过程的结构化程度不同，有专家将问题划分成三种类型：结构化问题、非结构化问题与半结构化问题。结构化（structured）问题，是指能够通过形式化（或称公式化）方法描述和求解的一类问题；非结构化（unstructured）问题则难以用确定的形式来描述，主要根据经验来求解；介于上述两者之间的是半结构化（semi-structured）问题。(2)常规性问题与非常规性问题从问题解决者的知识角度来看，可以将问题分为常规性问题与非常规性问题两大类。常规性问题是一类与问题解决者已经解决了的问题相同或相似的问题，该类问题只需通过再现性思维即可获得解决；非常规性问题是指不同于问题解决者以前已经解决过的问题，该类问题的解决需要问题解决者建立新的解决方案。2．问题解决的基本策略就上述各类问题的解决策略而言，一般来说可以分成算法求解策略与启发式求解策略两大类。（1）算法求解策略算法是保证解决某一特定问题的一种方法或程序，是一种规则系统。目前中小学数、理、化各科教学中面临的大多数问题都是定义完善问题（或结构化问题、常规性问题），它们大都可以通过简单的分析，根据现成的算法编程来解决。“”高中信息技术课程中的算法与程序设计模块，就是为了培养学生运用算法分析和高级语言设计程序来解决问题的能力。例如，《算法与程...