教學(xué)設(shè)計(jì)探索人工智能

1、教科版2019信息技術(shù)必修1數(shù)據(jù)與計(jì)算第5單元數(shù)據(jù)分析與人工智能5.2探秘人工智能教學(xué)設(shè)計(jì)【教材分析】 【教材分析】高中信息技術(shù)課程以全面提升學(xué)生的信息素養(yǎng)為根本目標(biāo)。信息技術(shù)自身的開(kāi)展可以歸 納為新知識(shí)的更新、新技術(shù)的更替、新工具的更換。如智能硬件的普及、應(yīng)用場(chǎng)景的快速切 換、大數(shù)據(jù)與人工智能帶來(lái)的社會(huì)深度變化、新興工具的快速升級(jí)、創(chuàng)造空間的不斷延伸。 教材必須適應(yīng)時(shí)代要求，保證知識(shí)技能的系統(tǒng)性、先進(jìn)性；注重工程與活動(dòng)對(duì)學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)

2、與核心素養(yǎng)的驅(qū)動(dòng)；貼近學(xué)生生活，充分尊重其認(rèn)知開(kāi)展規(guī)律；立足當(dāng)下實(shí)際，面向未來(lái)適 當(dāng)拓展。人工智能是研究、開(kāi)發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng) 的一門(mén)新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是對(duì)人的意識(shí)、思維的信息過(guò)程的模擬。了解和探索人工智 能是當(dāng)代學(xué)生必要的專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)。在設(shè)計(jì)內(nèi)容時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮社會(huì)進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)開(kāi)展的成果及開(kāi)展趨勢(shì)，具有一定的 科學(xué)性、前瞻性與時(shí)代性，引導(dǎo)學(xué)生了解信息技術(shù)的最新開(kāi)展成果對(duì)生活、學(xué)習(xí)的影響，以

3、激發(fā)學(xué)生數(shù)字化創(chuàng)新的動(dòng)機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)信息技術(shù)開(kāi)展的適應(yīng)能力。本節(jié)圍繞“人工智能科普營(yíng)”工程，清晰、系統(tǒng)地把握人工智能的脈絡(luò)，提高學(xué)生學(xué)習(xí) 人工智能的興趣，培養(yǎng)多角度思維的能力以及完整地解決問(wèn)題的能力，從而更有效地開(kāi)展學(xué) 生的邏輯思維能力。本節(jié)從人機(jī)對(duì)戰(zhàn)開(kāi)篇，介紹啟發(fā)式搜索及人工智能基礎(chǔ)知識(shí)，從揭示 AlphaGo核心算法入手，展示人工智能領(lǐng)域的軟硬件關(guān)鍵技術(shù)。遵循AI學(xué)科的主流觀點(diǎn)和 體系，突出當(dāng)前成就；內(nèi)容上強(qiáng)調(diào)與信息技術(shù)學(xué)科核心概

4、念與核心素養(yǎng)直接關(guān)聯(lián)，并盡可能 采用直觀的方法描述智能算法及其實(shí)現(xiàn)過(guò)程；通過(guò)實(shí)踐性強(qiáng)、操作性強(qiáng)的實(shí)例，重在理解、 體驗(yàn)人工智能應(yīng)用；通過(guò)剖析典型案例闡述智能技術(shù)社會(huì)化應(yīng)用的巨大價(jià)值以及隨之帶來(lái)的 倫理、平安、法律等不同層面上的復(fù)雜問(wèn)題?！窘虒W(xué)建議】本工程本著以活動(dòng)引導(dǎo)教學(xué)的主旨，注重讓學(xué)生在實(shí)踐活動(dòng)中了解人工智能的概念，體 會(huì)人工智能的魅力，以激發(fā)他們對(duì)人工智能的興趣，為后面的基礎(chǔ)理論學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容后應(yīng)該了解人工智能的

5、基本概念和特征，人工智能的開(kāi)展歷程，主 要分支、主要觀點(diǎn)，典型應(yīng)用及系統(tǒng)等。在教學(xué)準(zhǔn)備階段，教師應(yīng)預(yù)先調(diào)試人工智能相關(guān)設(shè)備，收集安裝相關(guān)軟件，下載相關(guān)學(xué) 習(xí)資源，如有關(guān)人工智能的資料、視頻片段（電影或紀(jì)錄片）等供學(xué)生實(shí)踐、參考和觀摩。引入人工智能概念時(shí)，教師可以通過(guò)古今中外一些生動(dòng)的實(shí)例和故事揭示人類(lèi)對(duì)于自身 智能的思考和對(duì)智能拓延的渴望，從而加深學(xué)生對(duì)智能和智能機(jī)器的理解，引發(fā)其對(duì)智能的 探索；介紹人工智能開(kāi)展過(guò)程時(shí)，可以通過(guò)介紹

6、一些典型的歷史人物和史實(shí)，使學(xué)生體會(huì)人 工智能這門(mén)學(xué)科從孕育到產(chǎn)生再到開(kāi)展的過(guò)程中經(jīng)歷的艱辛歷程；體驗(yàn)人工智能技術(shù)應(yīng)用 時(shí)，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考人工智能對(duì)人類(lèi)生活的促進(jìn)作用和更廣闊的應(yīng)用空間；探究人工智能算 法時(shí)，選取學(xué)生較容易了解的算法舉例說(shuō)明，如：決策樹(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，盡量用淺顯易懂的 語(yǔ)言讓學(xué)生了解算法的機(jī)理，或是比照智能算法和普通算法，凸顯人工智能算法的優(yōu)越性， 可以不深入到算法的實(shí)現(xiàn)。教師應(yīng)將教學(xué)重點(diǎn)放在引導(dǎo)學(xué)生如何去“體會(huì)”“好奇”

7、“喜歡” 這門(mén)科學(xué)，了解本學(xué)科與其他學(xué)科在研究問(wèn)題、解決問(wèn)題上的新奇和獨(dú)特之處，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng) 新意識(shí)，拓展學(xué)生創(chuàng)新思維?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1、了解人工智能技術(shù)的相關(guān)概念與應(yīng)用領(lǐng)域。2、了解人工智能技術(shù)開(kāi)展的新趨勢(shì)。3、認(rèn)識(shí)人工智能在信息社會(huì)中的重要作用。工智能的不同應(yīng)用。人工智能已快速地介入我們的衣食住行，刷新了我們的生活方式。 它就在這里,唾手可得。人工智能到底有哪些應(yīng)用呢?請(qǐng)選擇2?3個(gè)領(lǐng)域了解人工智能的應(yīng)用現(xiàn)狀，填寫(xiě)表 5.2.2,并與

8、同學(xué)交流討論?！叭斯ぶ悄芸破諣I(yíng)”舉辦了很多場(chǎng)專(zhuān)家講座，學(xué)校希望將專(zhuān)家講座整理成文字稿。人工 智能可以幫助我們解決這個(gè)問(wèn)題嗎？圖5. 2. 2所示是百度人工智能開(kāi)放平臺(tái)提供的局部人工 智能應(yīng)用服務(wù)，找找看，哪個(gè)應(yīng)用可以解決這個(gè)問(wèn)題？語(yǔ)音識(shí)別可以輕松地將語(yǔ)音音頻轉(zhuǎn)成文字。錄制一段1分鐘以內(nèi)的語(yǔ)音，下載并使用語(yǔ) 音識(shí)別APP,將這段音頻轉(zhuǎn)成文字，并對(duì)其識(shí)別的準(zhǔn)確性進(jìn)行評(píng)價(jià)。第二課時(shí)任務(wù)二揭秘智能算法 第二課時(shí)任務(wù)二揭秘智能算法活動(dòng) 活動(dòng)1初探

9、關(guān)鍵算法 初探關(guān)鍵算法回顧任務(wù)一所說(shuō)的人機(jī)對(duì)戰(zhàn)，那些具有“智慧”的機(jī)器能戰(zhàn)勝人類(lèi)，是因?yàn)樗鼈兊?“腦”中存儲(chǔ)了大量的優(yōu)秀“算法”。閃亮登場(chǎng)的“阿爾法國(guó)棋”蘊(yùn)藏了哪些算法呢?新華 網(wǎng)提供的資料如圖5. 2.3所示?！鞍柗▏濉钡暮诵南到y(tǒng)屬于基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)，即模擬人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò) 大量數(shù)據(jù)分析學(xué)習(xí)了三千萬(wàn)盤(pán)職業(yè)棋手的棋譜，再通過(guò)增強(qiáng)學(xué)習(xí)的方法自我博弈，尋找比基 礎(chǔ)棋譜更多的打點(diǎn)來(lái)?yè)魯?duì)手。機(jī)器學(xué)習(xí) 機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)是當(dāng)前人工智能

10、的核心技術(shù)之一，目的是使計(jì)算機(jī)能模擬或?qū)崿F(xiàn)人類(lèi)的學(xué)習(xí)行 為，獲取新的知識(shí)或技能，重新組織已有的知識(shí)結(jié)構(gòu)，從而不斷完善自身的性能。翻開(kāi)教科書(shū)配套資源中的“plane. exe〃 ，體驗(yàn)智能飛機(jī)躲避導(dǎo)彈的過(guò)程，近距離地觀 察機(jī)器學(xué)習(xí)。程序開(kāi)始時(shí)，首先繁殖一些懵懂的個(gè)體，如下圖。 正如仿達(dá)爾文進(jìn) 化論，它們?cè)谧晕曳毖艿倪^(guò)程中優(yōu)勝劣汰，經(jīng)過(guò)幾百代之后，飛機(jī)就可以輕松地躲避導(dǎo)彈進(jìn) 攻，生存時(shí)間明顯改觀，如圖5. 2. 5所示。人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、

11、深度學(xué)習(xí)之間的關(guān)系如圖5.2. 6所示。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是目前人工智能領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一-，是一種模仿動(dòng)物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)行為特征， 進(jìn)行并行信息處理的算法模型。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)無(wú)須事先確定反映輸人、輸出之間映射關(guān)系的 數(shù)學(xué)方程，它通過(guò)自身的訓(xùn)練，學(xué)習(xí)某種規(guī)那么，最終在給定輸入時(shí)得到最接近期望輸出的結(jié) 果。BP( Back Propagation )神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用最廣泛的算法，它是一種按照誤差逆 向傳播算法訓(xùn)練的多層前饋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其結(jié)

12、構(gòu)大致如圖5. 2.7所示。算法由信息的正向傳遞與誤差的反向傳播兩局部組成，它們由可修正的權(quán)值互連。在正 向傳播過(guò)程中，輸入信息從輸入層經(jīng)隱藏層逐層計(jì)算傳向輸出層，當(dāng)前層神經(jīng)元的狀態(tài)只影 響下一層神經(jīng)元的狀態(tài)。如果輸出層沒(méi)有得到期望的輸出，那么計(jì)算輸出層的誤差變化值，然 后轉(zhuǎn)向反向傳播，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將誤差信號(hào)沿原來(lái)的連接通路反傳回來(lái)，修改各層神經(jīng)元的權(quán)值 直至到達(dá)期望目標(biāo)。實(shí)踐 實(shí)踐讓我們搜索“好玩的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)例進(jìn)一步了解神經(jīng)網(wǎng)