本書是一本體系完整、綜合全面介紹中小學人工智能相關內容的書籍。本書涉及人工智能的歷史與發展，中小學人工智能戰略定位、課程體系建設、計算思維，編程、機器人、知識工程、搜索算法、機器學習、深度學習、人工智能+X、人工智能對教育賦能、人工智能道德倫理與法律以及人工智能未來發展的展望等相關內容。本書可以作為中小學教師教授人工智能課程的輔助書籍，也適合對中小學人工智能教育感興趣的廣大讀者閱讀使用，還可以作為廣大讀者系統了解人工智能相關知識的參考用書。
龔超 工學博士，中國高科技產業化研究會人工智能產業技術創新聯盟特約研究員，中國人工智能學會中小學工作委員會專家組成員。主要研究領域為人工智能、優化算法，聚焦人工智能在金融投資、企業數字化轉型等領域應用。參與多項國家社會科學基金項目及部委課題研究，在國內外期刊上共計發表文章60余篇。曾就職于500強央企、知名管理咨詢公司，為多家大型企業集團提供戰略規劃、合并重組等咨詢與培訓服務。
第1章 時代已至 002
1.1 新一代人工智能崛起 002
1.1.1 一盤圍棋引發的關注 002
1.1.2 人工智能助力工業革命 004
1.1.3 人工智能促進社會發展 009
1.2 人工智能急需人才培養 013
1.3 中小學人工智能教育的可行性與重要性 017
1.3.1 重要性 017
1.3.2 可行性 019
第2章 戰略定位 023
2.1 發展目標 025
2.1.1 人工智能發展成為國家的重要戰略部署 025
2.1.2 培養聚集人工智能人才是國家重點任務 025
2.1.3 中小學人工智能教育政策頻出，重要性凸顯 026
2.2 教學現狀 027
2.2.1 頂層設計相對缺失，標準指引仍然空白 027
2.2.2 課程體系還未健全，教材水平參差不齊 028
2.2.3 校內學習課時不足，校外培訓“新瓶裝舊酒” 030
2.2.4 知識技能迭代較快，師資水平需要提升 031
2.3 保障舉措 032
2.3.1 加強頂層設計，明確課程標準 032
2.3.2 評比優秀教材，遴選典型案例 033
2.3.3 共建交叉學科，創新培養模式 033
2.3.4 提倡終身學習，強化師資培訓 033
2.3.5 資源合理布局，謹防數字鴻溝 034
2.3.6 鼓勵多方力量，共建生態體系 034
第3章 顧往識今 036
3.1 人工智能的定義 036
3.1.1 重新審視定義 036
3.1.2 典型的定義 037
3.2 何謂“智能” 040
3.2.1 人工智能的腦視角 041
3.2.2 圖靈測試與“人工蠢能” 043
3.2.3 智能的測量 046
3.2.4 強／弱人工智能 049
3.2.5 奇點 051
3.3 三派鼎力，分釋智能 051
3.3.1 符號主義 051
3.3.2 連接主義 053
3.3.3 行為主義 055
3.4 正視起落，寵辱不驚 058
3.4.1 “人工智能”初問世 058
3.4.2 三起兩落 060
3.4.3 寒冬下的反思 062
法
第4章 課程體系 066
4.1 中小學人工智能課程體系探索 066
4.2 中小學人工智能課程體系建設思路 069
4.3 小學人工智能課程體系建設 072
4.4 初中人工智能課程體系建設 073
4.5 高中人工智能課程體系建設 074
第5章 計算思維 079
5.1 計算思維概述 079
5.1.1 計算思維的內涵 079
5.1.2 計算思維與編程 081
5.2 計算思維的重視與培養 082
5.2.1 計算思維培養的重要性與必要性 082
5.2.2 計算思維的培養思路 084
5.3 不插電的計算思維訓練 085
5.3.1 不插電的含義 085
5.3.2 生活中的計算思維 087
5.3.3 不插電教學實例 088
器
第6章 編程教育 092
6.1 以SCRATCH為代表的可視化編程語言 093
6.1.1 可視化編程語言的低門檻、薄壁壘 095
6.1.2 可視化編程對于青少年教育的促進 095
6.1.3 可視化編程的局限性 096
6.2 以PYTHON為代表的代碼式編程語言 097
6.2.1 Python的教育定位 097
6.2.2 Python的優點 098
6.3 以TENSORFLOW和PYTORCH為代表的人工智能框架 103
6.3.1 種類繁多的人工智能框架語言 103
6.3.2 廣受熱捧的TensorFlow的PyTorch 104
6.4 編程語言的更迭 106
6.5 中小學編程熱下的反思 107
第7章 智能機器 109
7.1 機器人 110
7.1.1 作品中的智能機器 110
7.1.2 生活中的智能機器 112
7.2 中小學機器人教育 114
7.2.1 機器人教育的獨特性 114
7.2.2 中小學機器人教育現狀 115
7.2.3 中小學機器人課程資源 116
7.3 智能硬件 117
7.4 教學用智能機器人 119
7.4.1 人形機器人 119
7.4.2 模塊化機器人 121
術
第8章 知識工程 126
8.1 專家系統 126
8.1.1 專家系統的含義 126
8.1.2 專家系統的簡單實例 127
8.2 知識表示 130
8.2.1 一階謂詞邏輯 132
8.2.2 產生式規則 133
8.2.3 框架表示法 134
8.2.4 狀態空間表示法 135
8.3 知識圖譜 136
8.3.1 知識圖譜的歷程 136
8.3.2 知識圖譜的構成 138
第9章 搜索算法 142
9.1 圖搜索策略 142
9.1.1 盲目搜索 144
9.1.2 啟發式搜索 145
9.2 博弈搜索 148
9.2.1 極小極大算法 148
9.2.2 Alpha-Beta剪枝法 149
9.3 蒙特卡羅樹搜索 151
第10章 機器學習 154
10.1 機器學習概述 154
10.1.1 機器學習的含義 154
10.1.2 機器學習的分類 155
10.2 數據初探 156
10.2.1 數據的結構 156
10.2.2 大數據特征 158
10.3 監督學習 159
10.3.1 線性回歸 160
10.3.2 支持向量機 164
10.3.3 樸素貝葉斯 166
10.4 無監督學習 169
10.4.1 K-均值聚類 170
10.4.2 主成分分析 172
10.5 半監督學習 175
10.6 強化學習 177
10.6.1 初識強化學習 177
10.6.2 策略優化與評估 179
10.6.3 強化學習的算法 181
第11章 深度學習 184
11.1 基本概念 184
11.1.1 神經元 184
11.1.2 激活函數 185
11.1.3 感知機 188
11.2 多層前饋神經網絡 190
11.2.1 損失函數 191
11.2.2 網絡結構 191
11.2.3 梯度與隨機梯度 195
11.2.4 反向傳播 197
11.3 卷積神經網絡 198
11.3.1 卷積核 199
11.3.2 卷積核的應用 201
11.3.3 感受野 206
11.3.4 卷積神經網絡結構 210
11.4 RNN神經網絡與LSTM網絡 213
11.4.1 RNN神經網絡 213
11.4.2 LSTM網絡 215
11.5 膠囊神經網絡 218
11.6 生成對抗網絡 220
第12章 人工智能+X 223
12.1 人工智能+語文 224
12.1.1 自然語言處理助力語文 225
12.1.2 自然語言處理的應用領域 226
12.1.3 自然語言處理的基礎術語 230
12.1.4 自然交叉的學科 231
12.2 人工智能+情感分析 232
12.2.1 情為何物 232
12.2.2 觸景生情 237
12.2.3 知情達理 242
12.2.4 情意綿綿 244
12.3 人工智能+自動駕駛 245
12.3.1 了解自動駕駛的歷史 245
12.3.2 知曉自動駕駛的現狀 246
12.3.3 熟悉自動駕駛的技術 247
12.3.4 自動駕駛下的思考 249
12.4 人工智能+藝術 251
12.5 人工智能+生物 254
12.5.1 “攪局”之眼 255
12.5.2 遺傳算法 257
12.6 人工智能+視覺分析 261
12.6.1 人臉識別 261
12.6.2 垃圾分類 265
12.7 人工智能+法律與倫理道德 266
12.7.1 責任劃分 266
12.7.2 隱私保護 267
12.7.3 知識產權 268
12.7.4 道德倫理 269
12.7.5 算法偏差 273
道
第13章 賦能教育 278
13.1 教育重塑 278
13.1.1 傳統教育方式的挑戰 278
13.1.2 人工智能時代下教育的改變 279
13.1.3 賦能教師 281
13.1.4 賦能學生 283
13.1.5 賦能課堂 285
13.2 職業轉變 288
13.2.1 職業的消失 288
13.2.2 盧德主義的教訓 289
13.3 人機協作 290
13.3.1 各有千秋 290
13.3.2 取長補短 291
第14章 教學思考 295
14.1 “135”教學理念 295
14.1.1 一“觀” 296
14.1.2 三“意” 298
14.1.3 五“心” 302
14.2 公益萬里 306
14.2.1 公益授課傳溫情 306
14.2.2 義教萬里暖人心 307
14.3 體驗式學習 309
第15章 未來展望 311
15.1 前車之鑒 311
15.1.1 STEAM教育之熱 311
15.1.2 “STEAM熱”下的反思 312
15.2 基礎為本 314
15.3 長路漫漫 315
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