人工智能是一門既古老又年輕的科學。人工智能源于人類對智能機器的渴望，相關的探索可以追溯到兩千年前亞里士多德關于人類思維規(guī)律的研究。然而，直到1956年的達特茅斯會議之后，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)人工智能領域取得長足進展，而且與各個基礎學科交叉共融，引發(fā)了新一輪技術變革�？梢灶A見，未來人工智能將越來越強大，成為推動人類進步的基礎力量。 人工智能的強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)別于其他生物的獨一無二的智能，如果這種智能可以被機器所模擬，可以預見將會給社會帶來顛覆性的變革。從這個角度看，近年來人工智能領域那些讓人震驚的成就也許只是智能時代來臨前的滿城風雨，真正讓人期待的智能風暴也許就在不遠處的地平線上。 人工智能時代的到來要求所有人都應具備人工智能的基礎素養(yǎng)，特別是青少年學生。這些基礎素養(yǎng)至少包括三個方面。首先是人工智能的世界觀，即如何認識人工智能，它起源于哪里，當前處于什么階段，未來會走向何方。其次是人工智能的價值觀，即如何全面認識人工智能，既要理解它帶來的機遇，也要了解它的潛在風險；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方法。 基于這一思路，我們編制了這套清華大中小學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素養(yǎng)。為實現(xiàn)這一目標，本叢書從大中小貫通培養(yǎng)的視角來設計基礎教育階段的人工智能通識課程。 本叢書將基礎教育階段的人工智能通識教育分為興趣培養(yǎng)體系構建和知識拓展三個階段，分別對應小學、初中、高中三個學段。興趣培養(yǎng)階段重點在于激發(fā)學習興趣，培養(yǎng)科學精神；體系構建階段強調(diào)對人工智能的整體認知，構建知識體系，培養(yǎng)全局視野；知識拓展階段關注具體應用背后的關鍵技術，特別是人工智能在各學科中的前沿應用，為學生選擇未來的專業(yè)方向提供指導。中國科學院院士張鈸教授對叢書的知識體系進行了指導，并對叢書內(nèi)容進行了審核。 本書是清華大中小學人工智能通識教育系列叢書的高中分冊，著重培養(yǎng)學生對人工智能基礎思想、關鍵技術的深入理解和應用創(chuàng)新能力，建立人工智能與其他學科交叉融合的前沿視野。本書配套了實踐手冊，設計了多種形式的綜合實踐活動，鼓勵學生以探究小組等形式進行深入的研究、發(fā)現(xiàn)與創(chuàng)新。 全書分為4個單元，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，強調(diào)人工智能從知識方法到學習方法，再到大模型的這一歷史演進趨勢，引導學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，強調(diào)人工智能帶來的風險與倫理挑戰(zhàn)，引導學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：討論人工智能發(fā)展過程中的主流學派和典型技術，深入討論當前主流的深度學習技術，特別是大模型技術的最新進展，在幫助學生建立人工智能的基礎知識框架的同時，讓學生了解最新技術進展。 第3單元人工智能應用：介紹傳統(tǒng)人工智能領域的基本方法和最新進展，包括機器視覺、機器聽覺、自然語言處理、機器人技術、信息檢索等。引導學生思考不同領域要解決問題的特殊性，了解不同歷史時期科學家們所提出的思路與方法，學習當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、生物、化學、材料、醫(yī)學等學科的交叉融合。這是人工智能的最新成就，這些工作正在相關領域引發(fā)智能革命，必將對整個社會產(chǎn)生顛覆性的影響。學習這些前沿進展，不僅可以開拓視野，讓學生了解在各個領域正在進行的革命性變化，更重要的是為學生未來選擇專業(yè)和就業(yè)方向提供參考。 本書既可作為高中教師和學生的參考讀物，也可用于高中人工智能通識課教學。為了支持教師開設通識課程，本書配套了豐富的教學資源，包括教學用PPT、實踐手冊、在線參考文獻等。教師可以基于本書內(nèi)容和這些教學資源設計自己的課程。 根據(jù)實際教學條件，教師可以因地制宜設計具有本校特色的教學方案。對于較少接觸人工智能、建議按本書順序設計兩學期（每周兩節(jié)）或四學期（每周一節(jié)）課程，每學期2/3的學時教師授課，1/3的學時組織分組研討活動。對于已經(jīng)有人工智能教學基礎的學校，可以將本書內(nèi)容作為知識框架，結合已有教學設計，形成互動性更強的教學方案。對于教學安排比較緊湊的學校，也可以對本書內(nèi)容進行濃縮，融入信息科技或科學課堂，為學生提供人工智能的基礎知識和前沿進展。 不論哪種設計，我們都鼓勵教師仔細設計符合學生特點的小組研討活動。高中階段的學生們對知識有強烈的渴望，應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、合作的科學家精神。本書配套的實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計符合教學實際的課題。 本書匯聚了眾多專家學者和一線教師的心血。毛麗旦等老師和同學參與了書稿審讀工作。文中言老師任本書的美術總指導，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準的體系，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