高中人工智能教学初探

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摘 要：人工智能是一门实践性较强的学科，旨在培养学生的信息素养、创新精神和综合实践能力。结合教学实例，对人工智能教学进行了探讨，指出信息技术课程要向人工智能转变的必然性。

关键词：人工智能；Prolog语言；专家系统；虚拟足球机器人 新一轮课程改革亮点之一：技术课程标准，由信息技术和通用技术组成。作为技术领域的集大成者：人工智能贯穿于整个技术领域。信息技术开设人工智能初步选修模块，通用技术也有简易机器人选修模块，面向中学生有青少年机器人大赛。经过两年准备，笔者在部分学生中开展人工智能实验教学，深受学生欢迎。下面是笔者的一些做法和感受。

一、联系实际，激发学习兴趣

信息技术必修课中“用智能工具解决问题”一节，学生已对身边的智能工具及其使用已经有一定的感性认识。但是对什么是人工智能，人工智能给人类生活带来哪些好处等问题还不是很清楚。哪里没有兴趣，哪里就没有记忆。通过生活中的一些实例，如，俄罗斯国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫与电脑“深蓝”间“人机大战”视频，英国eliza机器人对话，灭火机器人、足球机器人等引导学生进入人工智能的多彩世界当中，也可以让学生通过百度搜索其他方面如军事等方面的应用。让学生明白人工智能技术已经渗透到人们的社会生活，在各个领域得到广泛的应用。

二、由浅入深，介绍人工智能

人工智能是计算机科学的一个重要分支，它是由计算机科学、控制论、信息论、神经生理学、哲学、语言学等多种学科相互渗透而发展起来的。其主要内容是：人工智能语言、搜索技术、知识表示、自然语言理解与机器翻译、专家系统等。要实现人工智能技术，使机器具有智能，则需要人们给它设计智能程序。因此，让学生掌握一种简单实用的人工智能语言是必要的。Prolog是一种逻辑编程语言。它建立在逻辑学的理论基础之上，最初被运用于自然语言等研究领域。现已广泛地应用在人工智能方面，利用它可以建造专家系统、自然语言理解、智能知识库等。Prolog教学主要结合“找医生看病”这个简单的实例，了解Prolog语言的谓词逻辑、事实、规则和目标，进而介绍Prolog程序的运行机理，让学生发现在Prolog程序中一般不需要告诉计算机“怎么做”，而只要告诉它“做什么”。一旦给Prolog提供必要的事实和规则之后，它就能使用内部的演绎推理机制自动求解指定的问题，而不需要在程序中列出详细的解决步骤，这也正是人工智能语言与其他计算机程序设计语言的不同之处。如果系统完善，将机器人专家引入医院，不但能大大减轻医生的工作量，而且专家就在我们身边，让看病难、就医难成为历史。

三、虚拟智能，体验人工智能

由于学校资金和条件限制，笔者利用AI-RCJ虚拟足球机器人作为教育载体。AI-RCJ是一套虚拟足球机器人的制作平台软件和竞技仿真环境。该软件以寓教于乐的方式，打破了传统教育的模式，为使用者提供了一个新颖的教育平台。整个系统由五部分组成，《初识机器人》和《足球机器人》是基础类，《进攻机器人》《守门员》《我的球队》三个模块是整个竞技仿真环境的核心部分。在这三个模块中渗透给学生计算机程序设计的基本思想、顺序结构、分支结构、循环结构；让学生了解数学平面坐标、体会不同质量的物体碰撞带来的不同效果和状态。使用者可根据自己的策略建立一个虚拟足球机器人，用户可选用图形化编辑器――机器人快车或者代码编辑器――CodeCanvas来实现机器人的策略及算法。编写好的机器人控制代码经过编译以后，就可以导入到AI-RCJ仿真竞技环境下和其他的足球机器人进行比赛。不断地在比赛中总结和改进，在竞技中品味学习人工智能的乐趣。

四、实际操作，挑战机器人设计

如果资金允许，可采购一些机器人组件，进行实际的组装和设计。以小型足球机器人为例，其硬件结构主要由6部分组成：行走机构、击球机构、带球机构、电路部分（决策，控制和通信等电路）、电源装置及辅助部分（小车底盘，外罩）。机器人小车应能准确地接收上位机指令，并根据指令要求迅速完成决策子系统的意图（带球，射门，拦截等战术动作）。决策系统是整个系统的核心部分，它主动完成知识提取并确定机器人的协同任务。机器人的通信系统特别是无线通信系统是保证从主机端到机器人底层之间的数据传送是可靠的，从而使得机器人能够比较顺利流畅地进行。

经过两年实验教学，学生认真学习，积极性很高，都想成为机器人制作的高手，与往日的玩游戏和上QQ不可同日而语，信息技术课真正成为学生的主人。遗憾的是由于经费问题不能让每位学生亲自设计机器人，让自己的作品在绿茵场上一展英姿。但笔者相信随着国家教育投入的增加，这一难题必将迎刃而解。

参考文献：

王相东.足球机器人制作[A].马斯特杯2003年中国机器人大赛及研讨会论文集[C]，2008.