1.3人工智能研究?jī)?nèi)容與應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)人教-中圖版高中信息技術(shù)選擇性必修4

第1章人工智能概述1.3人工智能研究?jī)?nèi)容與應(yīng)用教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)背景信息科技是現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域的重要部分，主要研究以數(shù)字形式表達(dá)的信息及其應(yīng)用中的科學(xué)原理、思維方法、處理過程和工程實(shí)現(xiàn)。當(dāng)代高速發(fā)展的信息科技對(duì)全球經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和文化發(fā)展起著越來(lái)越重要的作用。義務(wù)教育信息科技課程具有基礎(chǔ)性、實(shí)踐性和綜合性，為高中階段信息技術(shù)課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。信息科技課程旨在培養(yǎng)科學(xué)精神和科技倫理，提升自主可控意識(shí)，培育社會(huì)主義核心價(jià)值觀，樹立總體國(guó)家安全觀，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能。教材分析本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容選自人教/地圖出版社選擇性必修4人工智能初步第1章人工智能概述1.3人工智能研究?jī)?nèi)容與應(yīng)用。在一次北京國(guó)際消費(fèi)電子博覽會(huì)上，首次亮相的“小螞哥”吸引了眾多觀眾，大家紛紛上前與其互動(dòng)?！靶∥浉纭笔且豢钣糜跓o(wú)人配送的智能物流機(jī)器人，到達(dá)目的地后會(huì)自動(dòng)通過語(yǔ)音通知客戶取貨，在一定區(qū)域范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化配送?！靶∥浉纭本哂行l(wèi)星定位、自主行駛、主動(dòng)避障和規(guī)劃路線等多種功能，應(yīng)用了機(jī)器人自主定位、計(jì)算機(jī)視覺、嵌入式控制和機(jī)械設(shè)計(jì)等多種技術(shù)。除此之外，還有許多人工智能技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于人們的生產(chǎn)和生活當(dāng)中。人工智能（ArtificialIntelligence，AI）對(duì)社會(huì)的影響，遠(yuǎn)比人們今天所認(rèn)識(shí)的還要廣泛。本章將以“人工智能在身邊”為主題開展項(xiàng)目活動(dòng)，引領(lǐng)同學(xué)們了解人工智能的典型應(yīng)用，感受人工智能給我們生活帶來(lái)的巨大變化，體驗(yàn)人工智能新應(yīng)用，關(guān)注人工智能的發(fā)展趨勢(shì)，激發(fā)同學(xué)們學(xué)習(xí)人工智能課程的興趣。教學(xué)目標(biāo)1.了解人工智能的主要研究?jī)?nèi)容和重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。2.了解人工智能的應(yīng)用現(xiàn)狀，知道人工智能的典型應(yīng)用。3.能夠發(fā)現(xiàn)身邊的人工智能，感受人工智能對(duì)我們生活的影響。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn):了解人工智能的主要研究?jī)?nèi)容和重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域。教學(xué)難點(diǎn):能夠發(fā)現(xiàn)身邊的人工智能，感受人工智能對(duì)我們生活的影響。教學(xué)方法與教學(xué)手段案例分析法、講授法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法。教學(xué)過程問題導(dǎo)入體驗(yàn)探索智能中的人工智能智能是目前普及率和使用率非常高的電子產(chǎn)品。隨著人臉識(shí)別、語(yǔ)音翻譯、智能遙控、娛樂休閑、電子商務(wù)和個(gè)人理財(cái)?shù)缺姸鄳?yīng)用程序的開發(fā)和應(yīng)用，人們的生活變得更加便捷。例如，語(yǔ)音翻譯技術(shù)不僅可以做到實(shí)時(shí)翻譯，還可以用標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)音朗讀文字。語(yǔ)音翻譯技術(shù)作為跨語(yǔ)言溝通的橋梁，極大地方便了不同語(yǔ)種國(guó)家和地區(qū)的人們之間的交流。語(yǔ)音翻譯技術(shù)主要應(yīng)用于會(huì)議記錄、語(yǔ)音筆記和實(shí)時(shí)字幕等場(chǎng)景以及社交聊天等應(yīng)用程序，如圖1.3.1所示。思考：生活中你是否體驗(yàn)過語(yǔ)音翻譯技術(shù)的應(yīng)用？如果體驗(yàn)過，試分析該應(yīng)用的功能是如何實(shí)現(xiàn)的。人工智能的主要研究?jī)?nèi)容人工智能是一門綜合性學(xué)科，涉及哲學(xué)、心理學(xué)、認(rèn)知科學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)和工程學(xué)等學(xué)科，這些學(xué)科為人工智能的研究和發(fā)展提供了豐富的知識(shí)基礎(chǔ)和研究方法。思考活動(dòng)智能菜單翻譯我們?cè)诋悋?guó)旅游的時(shí)候，自然要品嘗當(dāng)?shù)孛朗?。使用拍攝菜單照片，“智能菜單翻譯”應(yīng)用程序就可將照片中的菜品文字內(nèi)容翻譯出來(lái)，讓點(diǎn)菜不再困難，如圖1.3.2所示?！爸悄懿藛畏g”應(yīng)用程序依托海量的菜品語(yǔ)言數(shù)據(jù)資源，基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)，通過高效的訓(xùn)練平臺(tái)，在大規(guī)模通用模型基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了精準(zhǔn)的翻譯。思考：拍照翻譯與語(yǔ)音實(shí)時(shí)翻譯的區(qū)別是什么？這兩種智能翻譯功能應(yīng)用了人工智能的哪些技術(shù)？人工智能的主要研究?jī)?nèi)容如表1.3.1所示。表1.3.1人工智能的主要研究?jī)?nèi)容研究?jī)?nèi)容描述知識(shí)表示知識(shí)表示是對(duì)知識(shí)的一種描述，或者說(shuō)是一組約定，是一種計(jì)算機(jī)可以接受的用于描述知識(shí)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。對(duì)知識(shí)進(jìn)行表示的過程就是把知識(shí)編碼成某種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的過程專家系統(tǒng)專家系統(tǒng)是一種具有特定領(lǐng)域內(nèi)大量知識(shí)與經(jīng)驗(yàn)的智能計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)，即模擬人類專家的計(jì)算機(jī)程序系統(tǒng)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是一種應(yīng)用類似于大腦神經(jīng)元連接的結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息處理的數(shù)學(xué)模型。通過調(diào)整內(nèi)部大量節(jié)點(diǎn)之間相互連接的關(guān)系，達(dá)到處理信息的目的計(jì)算機(jī)視覺計(jì)算機(jī)視覺就是用各種成像系統(tǒng)代替視覺器官作為輸入手段，由計(jì)算機(jī)來(lái)代替大腦完成處理和解釋。計(jì)算機(jī)視覺的最終研究目標(biāo)就是使計(jì)算機(jī)能像人一樣，通過視覺觀察了解世界，具有自主適應(yīng)環(huán)境的能力自動(dòng)推理從一個(gè)或幾個(gè)已知的判斷邏輯推論出一個(gè)新的判斷邏輯的思維過程稱為推理。自動(dòng)推理是知識(shí)的使用過程，人解決問題就是利用以往的知識(shí)，通過推理得出結(jié)論模式識(shí)別模式識(shí)別是通過計(jì)算機(jī)用數(shù)學(xué)計(jì)算的方法對(duì)表征事物或現(xiàn)象的各種形式的信息進(jìn)行處理和分析，是對(duì)事物或現(xiàn)象進(jìn)行描述、辨認(rèn)、分類和解釋的過程自然語(yǔ)言處理自然語(yǔ)言處理是實(shí)現(xiàn)人與計(jì)算機(jī)之間用自然語(yǔ)言進(jìn)行有效通信的各種理論和方法人工智能殺毒引擎人工智能殺毒引擎是我國(guó)完全自主研發(fā)的第三代殺毒引擎（具有我國(guó)的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)）。它采用了人工智能算法模型——支持向量機(jī)，不僅查殺速度快、病毒檢出率高，而且還具備“自學(xué)習(xí)、自進(jìn)化”的能力，無(wú)須頻繁升級(jí)特征庫(kù)，就能免疫90%以上的加殼和變種病毒，有效解決了前兩代殺毒引擎“不升級(jí)病毒庫(kù)就無(wú)法查殺新病毒”的技術(shù)難題，在全球范圍內(nèi)屬于首例。從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，對(duì)付病毒的關(guān)鍵點(diǎn)就是要把已潛入或打算潛入到用戶計(jì)算機(jī)中的危險(xiǎn)程序找出來(lái)，而這個(gè)“查找”的過程類似于互聯(lián)網(wǎng)上的搜索引擎。在海量的信息數(shù)據(jù)中，殺毒軟件通過搜索引擎智能地找出已知或未知的病毒，這種“智能”的“查找識(shí)別”是新一代殺毒軟件的核心所在。研發(fā)一個(gè)具備學(xué)習(xí)能力的病毒智能識(shí)別引擎，就是讓計(jì)算機(jī)具備人類的學(xué)習(xí)能力，讓計(jì)算機(jī)自己來(lái)發(fā)現(xiàn)和學(xué)習(xí)病毒的變化規(guī)律。這樣，就能獨(dú)立地將新老病毒的查殺率提升到前所未有的高度。人工智能殺毒引擎向世界展示了我國(guó)自主創(chuàng)新的領(lǐng)先科技成果。閱讀拓展人工智能的應(yīng)用人工智能在眾多領(lǐng)域中的應(yīng)用都取得了舉世矚目的成就，特別是計(jì)算機(jī)視覺、專家系統(tǒng)、自然語(yǔ)言處理、模式識(shí)別和機(jī)器人等技術(shù)的應(yīng)用，極大地改變了我們的生活。智能家居智能家居通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)家庭中硬件設(shè)備的互聯(lián)互通，使用戶可以遠(yuǎn)程遙控設(shè)備。設(shè)備具有自我學(xué)習(xí)等功能，可以收集、分析用戶行為數(shù)據(jù)，為用戶提供個(gè)性化生活服務(wù)，使家居生活更加便捷、舒適。例如，遠(yuǎn)程遙控各類家用電器的運(yùn)轉(zhuǎn)，通過人臉識(shí)別和指紋識(shí)別技術(shù)實(shí)現(xiàn)開鎖等，如圖1.3.3所示。智能交通智能交通集成了通信、信息采集、信息分析和控制技術(shù)。通過網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將交通設(shè)備進(jìn)行聯(lián)通，對(duì)交通信息進(jìn)行采集、分析，并形成決策，達(dá)到相互協(xié)調(diào)、資源優(yōu)化、高效運(yùn)轉(zhuǎn)的目的。例如，根據(jù)上下班高峰路段車輛信息實(shí)時(shí)調(diào)整道路紅綠燈時(shí)長(zhǎng)，應(yīng)用電子不停車收費(fèi)（ElectronicTollCollection，ETC）系統(tǒng)，等等，如圖1.3.4所示。智能安防智能安防是通過人臉識(shí)別、視頻圖像分析等技術(shù)對(duì)圖像進(jìn)行智能判斷，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的安全防范和處理。人工智能技術(shù)的應(yīng)用使安防不再是被動(dòng)防御，而是主動(dòng)發(fā)現(xiàn)、精準(zhǔn)判斷、及時(shí)預(yù)警。例如，區(qū)域入侵檢測(cè)、人臉檢測(cè)等，如圖1.3.5所示。智能穿戴智能可穿戴設(shè)備正在改變我們的生活方式。它通過便捷的穿戴形式、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析，為用戶提供建議，協(xié)助用戶解決問題。例如，可穿戴設(shè)備會(huì)主動(dòng)提醒作息時(shí)間，實(shí)時(shí)檢測(cè)身體狀況并給出改善建議等。智能物流智能物流利用智能搜索技術(shù)，通過分析歷史庫(kù)存數(shù)據(jù)，建立預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)庫(kù)存商品的動(dòng)態(tài)調(diào)整。物流倉(cāng)庫(kù)的分揀機(jī)器人接到訂單后，可以迅速定位商品在倉(cāng)庫(kù)內(nèi)的位置，規(guī)劃最優(yōu)揀貨路徑，完成揀貨后自動(dòng)規(guī)劃路線，把貨物送到打包臺(tái)，如圖1.3.6所示。這不僅節(jié)約了勞動(dòng)力，還提升了物流速度，提高了工作效率。隨著人工智能理論和技術(shù)的日益發(fā)展，人工智能的應(yīng)用領(lǐng)域也在不斷擴(kuò)大?？梢栽O(shè)想，未來(lái)的人工智能產(chǎn)品，將會(huì)是人類智慧的“容器”。從智能可穿戴設(shè)備到智能家居、智能機(jī)器人、智能駕駛、智能教育、智能醫(yī)療、智能金融、智能工業(yè)和智能農(nóng)業(yè)等，人工智能正在不知不覺中改變著人們的生活，人工智能的發(fā)展將給人們帶來(lái)更加美好的未來(lái)。閱讀拓展智能公交2017年12月2日，全球首批智能公交車（圖1.3.7）從深圳福田保稅區(qū)開出，引起廣泛關(guān)注。智能公交車滿載25人，其中有17個(gè)座席和8個(gè)站席。車輛運(yùn)行時(shí)速25km，最高時(shí)速為30km，單次續(xù)航里程可達(dá)150km，40min即可充滿電。智能公交試運(yùn)營(yíng)線路為全長(zhǎng)1.2km的環(huán)線，設(shè)有海梁、深巴、福田三站。目前這條線路只是處于“數(shù)據(jù)采集試運(yùn)行階段”，即“有人駕駛、試驗(yàn)線路、只針對(duì)特定人群開放”。該公交車裝有智能駕駛公交系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)減速避讓、緊急停車、繞行障礙物和自動(dòng)靠站等功能，基本實(shí)現(xiàn)了智能駕駛。項(xiàng)目實(shí)施關(guān)注人工智能一、項(xiàng)目活動(dòng)1.結(jié)合生活中人工智能的應(yīng)用場(chǎng)景，嘗試說(shuō)出這些人工智能應(yīng)用主要涉及的研究?jī)?nèi)容，感受人工智能給我們生活帶來(lái)的變化。2.結(jié)合本節(jié)所學(xué)內(nèi)容，在你了解的人工智能應(yīng)用中，推薦一個(gè)你認(rèn)為發(fā)展前景最好的應(yīng)用，完成項(xiàng)目報(bào)告，并以多媒體的形式呈現(xiàn)研究成果，與全班同學(xué)分享、交流。二、項(xiàng)目檢查1.結(jié)合本節(jié)所學(xué)內(nèi)容，能夠說(shuō)出人工智能的主要研究?jī)?nèi)容和典型應(yīng)用。2.填寫項(xiàng)目報(bào)告，如表1.3.2所示，并與全班同學(xué)分享、交流。表1.3.2項(xiàng)目報(bào)告項(xiàng)目名稱項(xiàng)目成員成員分工人工智能的應(yīng)用功能及應(yīng)用場(chǎng)景研究?jī)?nèi)容及相關(guān)技術(shù)應(yīng)用價(jià)值未來(lái)的應(yīng)用前景3.留存過程性資料，如研究文檔、體驗(yàn)過程微視頻和體驗(yàn)感受記錄等?？偨Y(jié)評(píng)價(jià)1.請(qǐng)同學(xué)們總結(jié)本章的核心概念與關(guān)鍵能力。2.根據(jù)自己的掌握情況填寫下表。學(xué)習(xí)內(nèi)容掌握程度人工智能的概念□不了解□了解□理解人工智能的基本特征□不了解□了解□理解人工智能的發(fā)展歷程□不了解□了解□理解人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀□不了解□了解□理解人工智能的主要研究?jī)?nèi)容□不了解□了解□理解人工智能的應(yīng)用□不了解□了解□理解□不了解□了解□理解課后作業(yè)1.在上不同的翻譯應(yīng)用程序，對(duì)比幾款應(yīng)用程序的翻譯功能，了解它們各自的特點(diǎn)，推薦你最喜歡的一款。2.利用人工智能開