《人工智能通識（初中版）》是清華大中小學(xué)人工智能通識教育系列的初中分冊，包括人工智能的概念、人工智能的誕生、人工智能發(fā)展史、人工智能前沿、人工智能倫理、人工智能基礎(chǔ)方法、深度學(xué)習(xí)方法7個單元。本書旨在為學(xué)生構(gòu)建人工智能的基礎(chǔ)知識框架，形成對人工智能的系統(tǒng)認(rèn)知和全面理解。
本書既可以作為教師授課的教材或參考資料，也可以作為學(xué)生提升人工智能素養(yǎng)的科學(xué)讀本。為方便教師開展教學(xué)活動，本書配有完整的教學(xué)課件和教學(xué)設(shè)計方案。本書還配有實踐手冊，其中設(shè)計了多種形式的實踐項目，鼓勵學(xué)生以分組合作等方式將人工智能知識應(yīng)用到學(xué)習(xí)和生活中。

清華大中小學(xué)人工智能通識教育體系研究成果，致力于打造權(quán)威、系統(tǒng)、前沿的人工智能教育讀本，配套課件等教學(xué)資源，幫助廣大教育工作者開設(shè)人工智能通識課程

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)域取得長足進展，而且與各個基礎(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大，成為推動人類進步的基礎(chǔ)
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(yù)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(lǐng)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(fēng)雨，真正讓人期待的智能
風(fēng)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(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
人工智能的價值觀，即如何全面認(rèn)識人工智能，既要理解它帶來的機遇，也要了
解它的潛在風(fēng)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(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)建和知識拓展三個階段，分別對應(yīng)小學(xué)、初中、高中三個學(xué)段。興趣培養(yǎng)階段重點在于激發(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行了指導(dǎo)，并對叢書內(nèi)容進行了審核。
本書是清華大中小人工智能通識教育系列叢書的初中分冊，目的是幫助學(xué)生構(gòu)建人工智能的基礎(chǔ)知識框架，形成對人工智能的系統(tǒng)認(rèn)知和全面理解。本書配套了實踐手冊，設(shè)計了多種形式的實踐項目，鼓勵學(xué)生以分組合作等方式將人工智能知識應(yīng)用到學(xué)習(xí)和生活中。
全書分為7個單元，分別是人工智能的概念、人工智能的誕生、人工智能發(fā)展史、人工智能前沿、人工智能倫理、人工智能基礎(chǔ)方法、深度學(xué)習(xí)方法。前4個單元主要是幫助學(xué)生建立對人工智能的基礎(chǔ)認(rèn)知，第5單元介紹人工智能的風(fēng)險和智能社會的行為規(guī)范，第6單元介紹人工智能的知識結(jié)構(gòu)，第7單元介紹當(dāng)前主流的深度學(xué)習(xí)方法。
本書既可以作為教師授課的教材或參考資料，也可以作為學(xué)生提升人工智能素養(yǎng)的科學(xué)讀本。為了支持教師開設(shè)通識課程，本書配有豐富的教學(xué)資源，包括教學(xué)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(xué)資源設(shè)計自己的課程。為了配合課堂教學(xué)，一些章節(jié)設(shè)計了思考與討論環(huán)節(jié)，啟發(fā)學(xué)生就學(xué)習(xí)內(nèi)容進行拓展性思考和討論。一些章節(jié)還設(shè)計了實踐課程，這些實踐課程選題形式多樣，內(nèi)容豐富，既有上機實踐，也有辯論、模仿游戲等，可幫助學(xué)生深入理解學(xué)習(xí)內(nèi)容。
根據(jù)實際教學(xué)條件，教師可以因地制宜設(shè)計具有本校特色的教學(xué)方案。對于較少接觸人工智能、需要建立人工智能基礎(chǔ)素養(yǎng)、強化知識架構(gòu)的學(xué)校，建議按本書順序設(shè)計兩學(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)
人工智能通識
VIII
初中版
時教師授課，1/3的學(xué)時組織分組實踐活動。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，形成互動性更強的教學(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。不論哪種方案，都應(yīng)該強調(diào)對人工智能基礎(chǔ)概念、基礎(chǔ)方法的深入理解，強調(diào)完整的知識架構(gòu)，強調(diào)對人工智能倫理、道德、法律的深入思考。
本書匯聚了眾多專家學(xué)者和一線教師的心血。李藍天老師參與了部分內(nèi)容的編寫工作。毛麗旦、谷悅、李沛聰、羅小雪、魏揚、瞿琦等老師和同學(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)，朱珠、劉田田兩位老師參與了繪圖組織工作。參與繪圖的老師和同學(xué)還包括夏源、肖美琳、鄒齡漪、蔣夕彬、
文雁云、袁枘、肖舒琪、王乃一、宋徐麗、蘇詩瑤、張泉、佟雨函、苗羽、魯一諾、
紀(jì)琳、張智涵、萬桉伶、吳翠如。田麗、王瑗、易長秋、楊瀾、李劉浩、李方園、
白鑫鑫、姜孝春、張清茹等老師參與了課程資源制作。譚洪政、利節(jié)、邱偉松、
李劉浩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(wù)工作，王文精、卞偉、張?zhí)旌瘛�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
IX
前 言

王東，愛丁堡大學(xué)博士，清華大學(xué)計算機系人工智能通識教育中心副主任，副研究員，在Nature子刊、PAMI等人工智能頂級期刊和會議上發(fā)表論文150余篇，發(fā)表《機器學(xué)習(xí)導(dǎo)論》《人工智能》等專著5部，授權(quán)專利20余項，承擔(dān)多項國家自然科學(xué)基金項目，清華大中小人工智能通識教育研究項目組的核心成員，致力于推動有清華特色的人工智能通識教育和貫通培養(yǎng)體系。

第1 單元
人工智能的概念 / 1
1.1 智能機器的夢想 / 1
1.2 什么是人工智能 / 6
1.3 機器的眼睛 / 12
1.4 機器的耳朵 / 19
1.5 機器的嘴巴 / 24
1.6 機器的手和腳 / 29
第2 單元
人工智能的誕生 / 37
2.1 人類智能的起源 / 37
2.2 人類思維規(guī)律的總結(jié) / 43
2.3 計算機的誕生 / 50
2.4 偉大的圖靈 / 56
2.5 達特茅斯會議 / 63
1
2
目 錄
第3 單元
人工智能發(fā)展史 / 69
3.1 夢想與失落 / 69
3.2 深度學(xué)習(xí)時代 / 76
3.3 大模型時代 / 82
3.4 交叉與融合 / 88
3.5 走向未來 / 95
第4 單元
人工智能前沿 / 102
4.1 人工智能與游戲 / 102
4.2 人工智能與語言 / 108
4.3 人工智能與藝術(shù) / 114
4.4 人工智能與天文學(xué) / 119
4.5 人工智能與生物學(xué) / 124
4.6 人工智能與醫(yī)學(xué) / 130
第5 單元
人工智能倫理 / 136
5.1 機器人三定律 / 136
5.2 信息偽造 / 142
5.3 信息泄露 / 146
5.4 信息繭房 / 150
5.5 人工智能與社會公平 / 156
5.6 法律責(zé)任 / 161
3
4
5
XI
目 錄
第6 單元
人工智能基礎(chǔ)方法 / 167
6.1 基于知識的智能 / 167
6.2 基于學(xué)習(xí)的智能 / 173
6.3 監(jiān)督學(xué)習(xí)與無監(jiān)督學(xué)習(xí) / 179
6.4 強化學(xué)習(xí) / 184
6.5 機器學(xué)習(xí)的流派 / 189
第7 單元
深度學(xué)習(xí)方法 / 195
7.1 人類神經(jīng)系統(tǒng) / 195
7.2 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的開端 / 201
7.3 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展史 / 206
7.4 深度學(xué)習(xí)的開端 / 213
7.5 深度學(xué)習(xí)基本原理 / 218
7.6 深度學(xué)習(xí)的挑戰(zhàn)：對抗樣本 / 225
7.7 深度學(xué)習(xí)挑戰(zhàn)：可解釋性 / 230
6
7
人工智能通識
XII
初中版