高中信息技术人工智能教育的理论基础与教学组织VIP专享VIP免费

[高中信息技术]人工智能教育的理论基础与教学组织摘要本文从阐述人工智能与认知心理学的密切关系出发，指出认知教学理论中的程序性知识的表征与习得、专家与新手的比较（认知学徒教学法）、问题解决与问题解决教学法等可以在人工智能教学中发挥重要的作用。据此，本文提出可以采用PBL的教学组织方式来开展人工智能的教学，并且就此教学活动组织中的几个核心问题做了分析。关键词人工智能认知心理学认知教学理论PBL（基于项目的学习）人工智能是信息技术的前沿领域。让中学生接触科技前沿，对他们的科技、研究意识的发展无疑有重大的意义。但人工智能是一个正在发展的学科，必然会给教学带来较大的困难如何让学生理解人工智能的基本原理及其实质而不仅仅是让他们记住一大堆概念，将是信息技术教育面临的一大难题，需要引起特别的关注。一、人工智能与人类认知人工智能(Artificialintelligence)一开始就是一个多学科交叉的领域，但是就其研究的实质来说则可以归结为如何使机器（计算机）获得类似人类认知（智能）的能力，让机器模拟和代替人的某些智能。所以，人工智能也可称之为“机器智能”或“智能模拟”。或者可以说“人工智能是探索和模拟人的感觉和思维过程的规律并进而设计出类似人的某些智能的自动机的科学。”因此人工智能就是相对于人脑的智能而言的。事实上，关于人工智能研究和认知心理学研究都可以归结到认知科学的框架下来理解。人脑的智能通常称为智慧，是指人认识客观事物并运用知识能解决实际问题的能力，集中表现为观察、记忆、想象、推理、判断心理过程，是人类对外界输入的信息的处理、加工和应用的活动。人工智能就是对人的这些认知能力的模拟。而模拟有结构模拟和功能模拟两种方式。人脑是一个极端复杂的系统，现代科学目前尚不可能在人脑神经系统结构基础上进行模拟，目前的人工智能，实际上只是对人脑处理、加工和运用信息的功能模拟。由于人的思维是以人脑的生理活动为基础的一种精神活动，因而对人脑思维的功能模拟也包括两个方面：一是以电脑机器装置的物理运动，从功能上模拟人脑的神经细胞的生理活动。人脑的神经细胞通过神经脉冲，传递“兴奋”和“抑制”两种状态；电脑则利用电脉冲，产生“接通”和“断开”两种状态，采取“１”和“０”的二进制方式对这种传递加以模拟。二是以电脑的信息过程，从功能上模拟人脑的精神活动。可以把人脑的思维过程和机器处理信息的过程分为五个相应的部分：①用机器的输入器模拟人的眼、耳、鼻、舌、皮肤等感官，接受外界的信息；②用机器的存储器模拟人脑对信息的记忆功能，把已接收的信息积累起来，以供随时使用；③用机器的运算机模拟人脑对信息加工、分析、处理的过程；④用机器的控制器模拟人脑的调节、指挥作用，以调节各方面信息，指挥各项指令正常进行；⑤用机器的输出模拟人的效应器官，用以输出信息。这说明人工智能与人类认知的研究有一种共生的、相互促进的关系，可以从对方的发展中获益。其中认知心理学关于人类认知过程尤其是高级思维过程的研究，为人工智能学者编制体现人的智能行为的计算机程序提供了理论基础。反过来，人工智能的研究在某种程度上又促进了认知心理学的研究。众所周知，思维的生理机制至今仍是科学上尚未能解决的难题由于人脑内部组元数量极其庞大和组元间生化反应非常复杂，用结构方法研究人脑有很大的局限性。由于人的思维是一种生命活动的结果，采用解剖方法是不可能对其作出很好的解释的。人工智能另辟蹊径，主要采用黑箱功能模拟法研究人的思维机制，进展令人鼓舞。人工智能对人脑的感受、记忆、演绎、选择四种基本功能已通过电子计算机实现物化再现。Newell，Shaw和Simon设计的“逻辑理论家”和“通用问题解决者”[1]就是其间关系的最好说明。人工智能的出现是人类文明史上划时代的发现，它突破并弥补了人脑在意识方面的局限性，如果说工具是人类手脚的延伸的话，人工智能的出现使计算机真正成了人脑的延伸。因此，采用与人类认知进行类比的方式来进行人工智能教学，也应该是一个比较好的选择。二、人工智能教学与认知教学理论高中阶段开设人工智能课程的目的主要有以下几个方...