人工智能初體驗(yàn)-5.2探秘人工智能

1、江蘇省阜寧中學(xué) 王沛人工智能初體驗(yàn)5.2探秘人工智能01項(xiàng)目設(shè)計(jì)依據(jù)02項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)03項(xiàng)目實(shí)施策略04項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程目錄 本節(jié)課內(nèi)容為高中信息技術(shù)（教科版）必修1數(shù)據(jù)與計(jì)算第五單元第2節(jié)“探秘人工智能”。在普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）中明確了本節(jié)的要求：通過(guò)人工智能典型應(yīng)用案例的剖析，了解智能信息處理的巨大進(jìn)步和應(yīng)用潛力，認(rèn)識(shí)人工智能在信息社會(huì)中的重要作用。 本節(jié)課授課對(duì)象為高一學(xué)生，多數(shù)學(xué)生對(duì)人工智能這類(lèi)新技術(shù)都有一些了解，并充滿著好奇與向往。本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容為“探秘人工智能”，為此本項(xiàng)目力求讓學(xué)生多角度來(lái)感受、體驗(yàn)人工智能，并初步了解人工智能相關(guān)的算法和核心技術(shù)。【項(xiàng)目設(shè)計(jì)依據(jù)】

2、1.讓學(xué)生了解人工智能技術(shù)，認(rèn)識(shí)人工智能在信息社會(huì)中的重要作用；2.了解人工智能的新進(jìn)展、新應(yīng)用，并能適當(dāng)運(yùn)用在學(xué)習(xí)和生活中；3.了解人工智能發(fā)展的趨勢(shì)，能客觀認(rèn)識(shí)智能技術(shù)對(duì)社會(huì)生活的影響。教學(xué)重點(diǎn)：體驗(yàn)人工智能的典型應(yīng)用，認(rèn)識(shí)人工智能在信息社會(huì)中的重要作用。教學(xué)難點(diǎn)：人工智能相關(guān)算法、機(jī)器學(xué)習(xí)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?！卷?xiàng)目教學(xué)目標(biāo)】 本節(jié)課的內(nèi)容涵蓋了人工智能的概念、機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)元芯片以及智能傳感器等諸多知識(shí)，考慮到學(xué)生的實(shí)際認(rèn)知水平和接受程度，一開(kāi)始就引入人工智能復(fù)雜的算法和工作原理在一定程度上會(huì)削弱學(xué)生進(jìn)一步探究的興趣。因此，在教學(xué)內(nèi)容上適當(dāng)進(jìn)行了重組，安排兩課時(shí)完成教學(xué)任務(wù)。第1課時(shí)主

3、要介紹人工智能的概念、產(chǎn)生、發(fā)展以及幾種典型應(yīng)用，讓學(xué)生對(duì)人工智能有一個(gè)整體的認(rèn)識(shí)，重在讓學(xué)生體驗(yàn)和感受人工智能技術(shù)的魅力，并初步了解典型的智能算法。第2課時(shí)，結(jié)合具體實(shí)踐案例，進(jìn)一步深入探尋人工智能涉及的核心技術(shù)與算法。【項(xiàng)目實(shí)施策略】 本項(xiàng)目通過(guò)四大任務(wù)和八項(xiàng)活動(dòng)完成教學(xué)過(guò)程。教學(xué)從創(chuàng)設(shè)智能的情景開(kāi)始，自然引出人工智能課題；然后通過(guò)幾項(xiàng)活動(dòng)貫穿觀看剪輯視頻、教師智能工具演示、學(xué)生活動(dòng)、自主探究等環(huán)節(jié)，一步步讓學(xué)生認(rèn)識(shí)人工智能，了解當(dāng)前人工智能技術(shù)的先進(jìn)性，并初步了解人工智能涉及的算法與關(guān)鍵技術(shù)，讓學(xué)生在濃烈的智能氛圍中充分體驗(yàn)和感受人工智能技術(shù)的魅力。最后通過(guò)設(shè)問(wèn)的形式，引發(fā)學(xué)生對(duì)未來(lái)人工

4、智能可能會(huì)對(duì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展帶來(lái)哪些影響進(jìn)行思考，引導(dǎo)學(xué)生客觀認(rèn)識(shí)人工智能技術(shù)在信息社會(huì)中的重要作用，樹(shù)立正確的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用觀。【項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程】項(xiàng)目教學(xué)流程圖一、情景導(dǎo)入設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)一款智能音箱向大家問(wèn)好，隨機(jī)與音箱進(jìn)行日常對(duì)話（如天氣情況等），營(yíng)造智能化的環(huán)境氛圍，激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的好奇心，通過(guò)“智能”這一話題自然地引出本節(jié)課的主題“人工智能”。智能音箱應(yīng)用體驗(yàn)二、新知探究活動(dòng)1：回顧“人機(jī)大戰(zhàn)”活動(dòng)要求：（1）觀看歷史上幾次經(jīng)典“人機(jī)大戰(zhàn)”（跳棋、象棋、圍棋）事件剪輯視頻，了解人工智能技術(shù)的發(fā)展歷程。（2）查找資料，從智能水平、不同類(lèi)型棋的難度等方面分析以上幾次人機(jī)博弈的區(qū)別。（3）

5、學(xué)生在提供的人機(jī)博弈（五子棋、國(guó)際象棋、圍棋等）程序中，自選一種棋類(lèi)與計(jì)算機(jī)進(jìn)行對(duì)戰(zhàn)，體驗(yàn)人機(jī)博弈的過(guò)程。問(wèn)題思考：（1）在體驗(yàn)人機(jī)對(duì)弈的過(guò)程中，討論計(jì)算機(jī)是如何進(jìn)行“思考”的。（2）“人機(jī)博弈”為什么被認(rèn)為是人工智能技術(shù)？它與生活中使用的其他技術(shù)有什么不同？任務(wù)一：認(rèn)識(shí)人工智能知識(shí)技能：了解人工智能的產(chǎn)生與發(fā)展，理解人工智能定義與圖靈測(cè)試。設(shè)計(jì)意圖：借助經(jīng)典人機(jī)大戰(zhàn)事件回顧視頻，能快速集中學(xué)生的注意力，調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣；同時(shí)，通過(guò)觀看視頻內(nèi)容和親身活動(dòng)體驗(yàn)后，學(xué)生能充分感受到人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展?；顒?dòng)2：走進(jìn)人工智能活動(dòng)要求：（1）分組討論，你認(rèn)為什么是人工智能？用自己的話來(lái)說(shuō)一說(shuō)。（2

6、）閱讀教材第128頁(yè)的內(nèi)容，或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)搜索了解人工智能定義和圖靈測(cè)試。（3）生活中還有哪些人工智能應(yīng)用？請(qǐng)舉例回答，并請(qǐng)選擇23個(gè)領(lǐng)域，了解人工智能的應(yīng)用現(xiàn)狀，填寫(xiě)教材表5.2.2。設(shè)計(jì)意圖：在直觀感受到人工智能技術(shù)的快速發(fā)展過(guò)后，為便于進(jìn)行深入研究，有必要提供必須先對(duì)人工智能的定義和起源有初步的認(rèn)識(shí)。這項(xiàng)活動(dòng)可以讓學(xué)生理解人工智能的起源和定義，并了解著名的圖靈測(cè)試在推動(dòng)人工智能發(fā)展過(guò)程中的作用，然后結(jié)合對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中學(xué)生個(gè)人對(duì)于人工智能技術(shù)理解引出下個(gè)任務(wù)。圖靈測(cè)試任務(wù)二：體驗(yàn)人工智能知識(shí)技能：通過(guò)典型實(shí)例體驗(yàn)人工智能各種應(yīng)用技術(shù)?；顒?dòng)3：體驗(yàn)“模式識(shí)別”活動(dòng)要求：（1）介紹常見(jiàn)的幾種模式識(shí)別

7、，比如人臉識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別、手寫(xiě)識(shí)別、指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別等。（2）討論生活中常見(jiàn)的關(guān)于模式識(shí)別方面的應(yīng)用，讓學(xué)生舉例回答。（3）教師用手機(jī)或平板演示微信小程序“百度AI體驗(yàn)中心”和“傳圖識(shí)字”O(jiān)CR（Optical Character Recognition，光學(xué)字符識(shí)別）識(shí)別功能，如圖5.2.2，讓學(xué)生直觀體驗(yàn)幾種常見(jiàn)的模式識(shí)別。（4）學(xué)生上網(wǎng)借助人工智能AI體驗(yàn)平臺(tái)來(lái)驗(yàn)證幾種模式識(shí)別工具效果，并總結(jié)分析不同模式識(shí)別的應(yīng)用場(chǎng)合和使用效果。設(shè)計(jì)意圖：對(duì)于語(yǔ)音、手寫(xiě)、指紋等識(shí)別學(xué)生都比較熟悉，容易理解，但關(guān)于光學(xué)字符識(shí)別（OCR）大多學(xué)生可能接觸不多。教師使用手機(jī)或平板電腦和同屏工具，先借助百度A

8、I體驗(yàn)中心迅速演示了常見(jiàn)的幾種模式識(shí)別，然后重點(diǎn)演示微信小程序傳圖識(shí)字的功能，讓學(xué)生對(duì)光學(xué)字符識(shí)別等應(yīng)用有更深入的了解。活動(dòng)4：體驗(yàn)“機(jī)器翻譯”活動(dòng)要求：（1）教師演示“有道翻譯官”手機(jī)APP各種翻譯功能，如圖5.2.3。（2）學(xué)生選用一款翻譯工具（百度翻譯、谷歌翻譯等）對(duì)幾段不同類(lèi)型文字進(jìn)行中英文互譯。（3）討論機(jī)器翻譯比人工翻譯相比所具有的優(yōu)勢(shì)和不足之處。在活動(dòng)中，讓學(xué)生思考并分析：（1）機(jī)器翻譯的特點(diǎn)是什么？（2）機(jī)器翻譯能否代替人工翻譯？設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)教師演示，借助最新的手機(jī)APP，逐個(gè)演示文本翻譯、語(yǔ)音翻譯、拍譯等，讓學(xué)生直觀感受機(jī)器翻譯技術(shù)的先進(jìn)性。學(xué)生自己探究后，能發(fā)現(xiàn)機(jī)器翻譯雖

9、然功能強(qiáng)大，使用起來(lái)也非常方便，翻譯非常地快捷，但它更多的是直譯，缺乏情感的表達(dá)，對(duì)于一些特殊的文體，比如詩(shī)歌、古詩(shī)詞等翻譯還存在缺陷，從而對(duì)機(jī)器翻譯有一個(gè)相對(duì)客觀的認(rèn)識(shí)?；顒?dòng)5：體驗(yàn)“智能機(jī)器人”活動(dòng)要求：（1）用幻燈展示幾種常見(jiàn)的智能機(jī)器人，如掃地機(jī)器人、工業(yè)機(jī)器人、醫(yī)療機(jī)器人、服務(wù)機(jī)器人等，并分析它們的特點(diǎn)和使用場(chǎng)合。（2）觀看Atlas（阿特拉斯）、ASIMO（阿西莫）等人形機(jī)器人宣傳短片視頻。設(shè)計(jì)意圖：相對(duì)人工智能幾種常見(jiàn)的應(yīng)用，智能機(jī)器人尤其是人形機(jī)器人更易引起學(xué)生的興趣，在學(xué)生被一些智能機(jī)器人完全吸引后，隨即播放一組震撼的人形機(jī)器人實(shí)況視頻，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)的直觀體驗(yàn)

10、，讓學(xué)生充分感受到當(dāng)前人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，使其對(duì)未來(lái)人工智能技術(shù)有更多想象和思考。任務(wù)三：揭秘智能算法知識(shí)技能：了解人工智能相關(guān)算法，認(rèn)識(shí)人工智能技術(shù)中的機(jī)器學(xué)習(xí)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)?；顒?dòng)6：初探關(guān)鍵算法活動(dòng)要求：（1）回顧任務(wù)一的人機(jī)對(duì)戰(zhàn)，分析機(jī)器能戰(zhàn)勝人類(lèi)的本質(zhì)。（2）借助網(wǎng)絡(luò)搜索和結(jié)合教材圖5.2.3進(jìn)一步了解“阿爾法圍棋”蘊(yùn)含的算法和關(guān)鍵技術(shù)。（3）體驗(yàn)八數(shù)碼算法和智能飛機(jī)躲避導(dǎo)彈小游戲，了解啟發(fā)式搜索和機(jī)器學(xué)習(xí)。設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)收集閱讀AlphaGo相關(guān)資料，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到人工智能技術(shù)的本質(zhì)，機(jī)器戰(zhàn)勝人類(lèi)是因?yàn)樗鼈兊摹澳X”中存儲(chǔ)了大量的優(yōu)秀“算法”。AlphaGo算法中的蒙特卡洛樹(shù)搜索就是一種智

11、能算法，搜索技術(shù)是人工智能的基本技術(shù)之一，它主要分為盲目搜索和啟發(fā)式搜素。通過(guò)智能飛機(jī)躲避導(dǎo)彈小游戲，讓學(xué)生近距離體驗(yàn)機(jī)器學(xué)習(xí)，并對(duì)于人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)，以及深度學(xué)習(xí)之間的關(guān)系形成初步印象?；顒?dòng)7：認(rèn)識(shí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)活動(dòng)要求：（1）觀看神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)科普視頻。（2）閱讀教材第131頁(yè)關(guān)于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)材料，進(jìn)一步了解關(guān)于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在人工智能發(fā)展進(jìn)程中的作用地位。（3）了解常見(jiàn)的幾種神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法，借助網(wǎng)絡(luò)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)絡(luò)。設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到，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。并初步

12、熟悉目前應(yīng)用最廣泛的BP(BackPropagation)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法。通過(guò)6、7兩個(gè)活動(dòng)，讓學(xué)生充分體會(huì)到關(guān)于人工智能技術(shù)，其算法是核心，數(shù)據(jù)是基礎(chǔ)，本質(zhì)是計(jì)算。任務(wù)四：客觀認(rèn)識(shí)人工智能對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響知識(shí)技能：認(rèn)識(shí)人工智能在信息社會(huì)中的重要作用?；顒?dòng)8：辨析人工智能對(duì)未來(lái)社會(huì)沖擊活動(dòng)要求：（1）播放科幻電影中機(jī)器人背叛人類(lèi)的片段或者觀看各界名家發(fā)表的關(guān)于人工智能的言論。（2）分組討論并思考：未來(lái)人工智能的發(fā)展可能會(huì)對(duì)社會(huì)帶來(lái)哪些影響？設(shè)計(jì)意圖：在學(xué)生充分感受了人工智能的先進(jìn)性和對(duì)于人工智能核心技術(shù)有了一定了解之后，引發(fā)學(xué)生做出一些辯證思考，面對(duì)人工智能的發(fā)展，我們應(yīng)該做哪些準(zhǔn)備呢？讓學(xué)生發(fā)揮想象，預(yù)測(cè)人工智能未來(lái)趨勢(shì)，從而促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新思維的培養(yǎng)，同時(shí)對(duì)人工智能利弊進(jìn)行討論。這樣既能讓學(xué)生形成積極、安全使用人工智能技術(shù)的觀念，也能對(duì)人工智能技術(shù)應(yīng)用帶來(lái)的社會(huì)倫理、安全等方面的挑