人工智能是一門既古老又年輕的科學(xué)。人工智能源于人類對智能機(jī)器的渴望，相關(guān)的探索可以追溯到兩千年前亞里士多德關(guān)于人類思維規(guī)律的研究。然而，直到1956年的達(dá)特茅斯會議之后，人工智能才正式登上歷史舞臺。今天，人工智能正以前所未有的力量改變著世界，不僅在視覺、聽覺、語言、動作這些傳統(tǒng)人工智能領(lǐng)域取得長足進(jìn)展，而且與各個(gè)基礎(chǔ)學(xué)科交叉共融，引發(fā)了新一輪技術(shù)變革�？梢灶A(yù)見，未來人工智能將越來越強(qiáng)大，成為推動人類進(jìn)步的基礎(chǔ)力量。 人工智能的強(qiáng)大源于它對人類智能的模擬。我們今天所有的文明成果都基于人類區(qū)別于其他生物的獨(dú)一無二的智能，如果這種智能可以被機(jī)器所模擬，可以預(yù)見將會給社會帶來顛覆性的變革。從這個(gè)角度看，近年來人工智能領(lǐng)域那些讓人震驚的成就也許只是智能時(shí)代來臨前的滿城風(fēng)雨，真正讓人期待的智能風(fēng)暴也許就在不遠(yuǎn)處的地平線上。 人工智能時(shí)代的到來要求所有人都應(yīng)具備人工智能的基礎(chǔ)素養(yǎng)，特別是青少年學(xué)生。這些基礎(chǔ)素養(yǎng)至少包括三個(gè)方面。首先是人工智能的世界觀，即如何認(rèn)識人工智能，它起源于哪里，當(dāng)前處于什么階段，未來會走向何方。其次是人工智能的價(jià)值觀，即如何全面認(rèn)識人工智能，既要理解它帶來的機(jī)遇，也要了解它的潛在風(fēng)險(xiǎn)；既要有擁抱人工智能的開放心態(tài)，也要清楚如何合理、合規(guī)地使用人工智能。最后是人工智能的方法論，即人工智能有哪些基本原則和基礎(chǔ)方法。 基于這一思路，我們編制了這套清華大中小學(xué)人工智能通識教育系列叢書，其根本目的是幫助青少年建立人工智能的基礎(chǔ)素養(yǎng)。為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，本叢書從大中小貫通培養(yǎng)的視角來設(shè)計(jì)基礎(chǔ)教育階段的人工智能通識課程。 本叢書將基礎(chǔ)教育階段的人工智能通識教育分為興趣培養(yǎng)體系構(gòu)建和知識拓展三個(gè)階段，分別對應(yīng)小學(xué)、初中、高中三個(gè)學(xué)段。興趣培養(yǎng)階段重點(diǎn)在于激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)科學(xué)精神；體系構(gòu)建階段強(qiáng)調(diào)對人工智能的整體認(rèn)知，構(gòu)建知識體系，培養(yǎng)全局視野；知識拓展階段關(guān)注具體應(yīng)用背后的關(guān)鍵技術(shù)，特別是人工智能在各學(xué)科中的前沿應(yīng)用，為學(xué)生選擇未來的專業(yè)方向提供指導(dǎo)。中國科學(xué)院院士張鈸教授對叢書的知識體系進(jìn)行了指導(dǎo)，并對叢書內(nèi)容進(jìn)行了審核。 本書是清華大中小學(xué)人工智能通識教育系列叢書的高中分冊，著重培養(yǎng)學(xué)生對人工智能基礎(chǔ)思想、關(guān)鍵技術(shù)的深入理解和應(yīng)用創(chuàng)新能力，建立人工智能與其他學(xué)科交叉融合的前沿視野。本書配套了實(shí)踐手冊，設(shè)計(jì)了多種形式的綜合實(shí)踐活動，鼓勵學(xué)生以探究小組等形式進(jìn)行深入的研究、發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新。 全書分為4個(gè)單元，具體如下。 第1單元人工智能概述：討論人工智能的基本概念、歷史起源和發(fā)展歷程，強(qiáng)調(diào)人工智能從知識方法到學(xué)習(xí)方法，再到大模型的這一歷史演進(jìn)趨勢，引導(dǎo)學(xué)生建立人工智能歷史觀，建立對人工智能發(fā)展方向的正確判斷。同時(shí)，強(qiáng)調(diào)人工智能帶來的風(fēng)險(xiǎn)與倫理挑戰(zhàn)，引導(dǎo)學(xué)生對人工智能社會影響的辯證思考能力。 第2單元人工智能基礎(chǔ)：討論人工智能發(fā)展過程中的主流學(xué)派和典型技術(shù)，深入討論當(dāng)前主流的深度學(xué)習(xí)技術(shù)，特別是大模型技術(shù)的最新進(jìn)展，在幫助學(xué)生建立人工智能的基礎(chǔ)知識框架的同時(shí)，讓學(xué)生了解最新技術(shù)進(jìn)展。 第3單元人工智能應(yīng)用：介紹傳統(tǒng)人工智能領(lǐng)域的基本方法和最新進(jìn)展，包括機(jī)器視覺、機(jī)器聽覺、自然語言處理、機(jī)器人技術(shù)、信息檢索等。引導(dǎo)學(xué)生思考不同領(lǐng)域要解決問題的特殊性，了解不同歷史時(shí)期科學(xué)家們所提出的思路與方法，學(xué)習(xí)當(dāng)前主流方法的基本原理。 第4單元人工智能前沿：介紹人工智能與數(shù)學(xué)、生物、化學(xué)、材料、醫(yī)學(xué)等學(xué)科的交叉融合。這是人工智能的最新成就，這些工作正在相關(guān)領(lǐng)域引發(fā)智能革命，必將對整個(gè)社會產(chǎn)生顛覆性的影響。學(xué)習(xí)這些前沿進(jìn)展，不僅可以開拓視野，讓學(xué)生了解在各個(gè)領(lǐng)域正在進(jìn)行的革命性變化，更重要的是為學(xué)生未來選擇專業(yè)和就業(yè)方向提供參考。 本書既可作為高中教師和學(xué)生的參考讀物，也可用于高中人工智能通識課教學(xué)。為了支持教師開設(shè)通識課程，本書配套了豐富的教學(xué)資源，包括教學(xué)用PPT、實(shí)踐手冊、在線參考文獻(xiàn)等。教師可以基于本書內(nèi)容和這些教學(xué)資源設(shè)計(jì)自己的課程。 根據(jù)實(shí)際教學(xué)條件，教師可以因地制宜設(shè)計(jì)具有本校特色的教學(xué)方案。對于較少接觸人工智能、建議按本書順序設(shè)計(jì)兩學(xué)期（每周兩節(jié)）或四學(xué)期（每周一節(jié)）課程，每學(xué)期2/3的學(xué)時(shí)教師授課，1/3的學(xué)時(shí)組織分組研討活動。對于已經(jīng)有人工智能教學(xué)基礎(chǔ)的學(xué)校，可以將本書內(nèi)容作為知識框架，結(jié)合已有教學(xué)設(shè)計(jì)，形成互動性更強(qiáng)的教學(xué)方案。對于教學(xué)安排比較緊湊的學(xué)校，也可以對本書內(nèi)容進(jìn)行濃縮，融入信息科技或科學(xué)課堂，為學(xué)生提供人工智能的基礎(chǔ)知識和前沿進(jìn)展。 不論哪種設(shè)計(jì)，我們都鼓勵教師仔細(xì)設(shè)計(jì)符合學(xué)生特點(diǎn)的小組研討活動。高中階段的學(xué)生們對知識有強(qiáng)烈的渴望，應(yīng)該鼓勵他們主動探索科技前沿，并通過小組研討的方式交流分享，養(yǎng)成開放、合作的科學(xué)家精神。本書配套的實(shí)踐手冊中為教師提供了一些研討課題，教師可依此為參考設(shè)計(jì)符合教學(xué)實(shí)際的課題。 本書匯聚了眾多專家學(xué)者和一線教師的心血。毛麗旦等老師和同學(xué)參與了書稿審讀工作。文中言老師任本書的美術(shù)總指導(dǎo)，張文馨、劉田田、吳翠如等老師參與了繪圖工作。蔡云麒、徐艷秋、張航瑜、蘇婷、楊瀾、黃雪綸、齊晴、王瑗、李鵬琦、袁浚銘、張清茹等老師參與了課程資源制作。譚洪政、利節(jié)、李劉浩、邱偉松等老師參與了課程實(shí)踐和推廣工作。卜輝、楊艷錚、劉愛霞等老師參與了組織與服務(wù)工作，王文精、卞偉、張?zhí)旌�、劉田田、宮俊波等老師參與了大量策劃、推廣工作。 人工智能通識教育剛剛起步，不僅在我國還沒有形成標(biāo)準(zhǔn)的體系，在世界范圍內(nèi)也沒有成熟的方案可以參考。我們希望清華大中小學(xué)人工智能通識教育系列叢書能夠成為一套樣本，為我國乃至全球教育工作者提供系統(tǒng)性、可操作的參考框架。 限于編者水平，書中難免存在不足之處，懇請廣大讀者批評指正。 編 者 2025年4月 前.言