5.2-探秘人工智能第1課時-【新教材】教科版(2019)高中信息技術(shù)必修一教案

教科版2019信息技術(shù)必修1數(shù)據(jù)與計算第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【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)自身的發(fā)展可以歸納為新知識的更新、新技術(shù)的更替、新工具的更換。如智能硬件的普及、應(yīng)用場景的快速切換、大數(shù)據(jù)與人工智能帶來的社會深度變化、新興工具的快速升級、創(chuàng)造空間的不斷延伸。教材必須適應(yīng)時代要求，保證知識技能的系統(tǒng)性、先進(jìn)性；注重項目與活動對學(xué)生創(chuàng)新意識與核心素養(yǎng)的驅(qū)動；貼近學(xué)生生活，充分尊重其認(rèn)知發(fā)展規(guī)律；立足當(dāng)下實(shí)際，面向未來適當(dāng)拓展。人工智能是研究、開發(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)的一門新的技術(shù)科學(xué)。人工智能是對人的意識、思維的信息過程的模擬。了解和探索人工智能是當(dāng)代學(xué)生必要的專業(yè)素養(yǎng)。在設(shè)計內(nèi)容時，應(yīng)當(dāng)充分考慮社會進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)發(fā)展的成果及發(fā)展趨勢，具有一定的科學(xué)性、前瞻性與時代性，引導(dǎo)學(xué)生了解信息技術(shù)的最新發(fā)展成果對生活、學(xué)習(xí)的影響，以激發(fā)學(xué)生數(shù)字化創(chuàng)新的動機(jī)，培養(yǎng)學(xué)生對信息技術(shù)發(fā)展的適應(yīng)能力。本節(jié)圍繞“人工智能科普營”項目，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題的能力，從而更有效地發(fā)展學(xué)生的邏輯思維能力。本節(jié)從人機(jī)對戰(zhàn)開篇，介紹啟發(fā)式搜索及人工智能基礎(chǔ)知識，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)過程；通過實(shí)踐性強(qiáng)、操作性強(qiáng)的實(shí)例，重在理解、體驗人工智能應(yīng)用；通過剖析典型案例闡述智能技術(shù)社會化應(yīng)用的巨大價值以及隨之帶來的倫理、安全、法律等不同層面上的復(fù)雜問題?！窘虒W(xué)建議】本項目本著以活動引導(dǎo)教學(xué)的主旨，注重讓學(xué)生在實(shí)踐活動中了解人工智能的概念，體會人工智能的魅力，以激發(fā)他們對人工智能的興趣，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)該了解人工智能的基本概念和特征，人工智能的發(fā)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，教師可以通過古今中外一些生動的實(shí)例和故事揭示人類對于自身智能的思考和對智能拓延的渴望，從而加深學(xué)生對智能和智能機(jī)器的理解，引發(fā)其對智能的探索；介紹人工智能發(fā)展過程時，可以通過介紹一些典型的歷史人物和史實(shí)，使學(xué)生體會人工智能這門學(xué)科從孕育到產(chǎn)生再到發(fā)展的過程中經(jīng)歷的艱辛歷程；體驗人工智能技術(shù)應(yīng)用時，應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生思考人工智能對人類生活的促進(jìn)作用和更廣闊的應(yīng)用空間；探究人工智能算法時，選取學(xué)生較容易了解的算法舉例說明，如：決策樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，盡量用淺顯易懂的語言讓學(xué)生了解算法的機(jī)理，或是對比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”“好奇”“喜歡”這門科學(xué)，了解本學(xué)科與其他學(xué)科在研究問題、解決問題上的新奇和獨(dú)特之處，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識，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)發(fā)展的新趨勢。3、認(rèn)識人工智能在信息社會中的重要作用?！窘虒W(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)】人工智能技術(shù)的相關(guān)概念與應(yīng)用領(lǐng)域。人工智能技術(shù)發(fā)展的新趨勢。人工智能在信息社會中的重要作用。【教學(xué)過程】人工智能作為國際競爭的新焦點(diǎn)，是引領(lǐng)未來的戰(zhàn)略性技術(shù)，世界主要發(fā)達(dá)國家把發(fā)展人工智能作為提升國家競爭力、維護(hù)國家安全的重大戰(zhàn)略。誰能引領(lǐng)人工智能，誰就掌控了人類的未來!在本節(jié)中，我們將通過對人工智能典型案例的剖析，了解智能信息處理的巨大進(jìn)步和應(yīng)用潛力，認(rèn)識人工智能在信息社會中的重要作用。新聞業(yè)正在智能化，醫(yī)學(xué)正在智能化，甚至法律也正在智能化。在科技進(jìn)步的競賽中，我們聽到了人工智能飛奔的聲音。它可以診斷癌癥，創(chuàng)造藝術(shù)，在很短的時間里從最復(fù)雜的游戲中“學(xué)會”并挑戰(zhàn)人類三千年傳承的戰(zhàn)略。本節(jié)我們將圍繞“人工智能科普營”項目揭開人工智能的“隱身衣”，了解其核心技術(shù)及價值。

本項目主要包含“認(rèn)識人工智能”和“

揭秘智能算法”兩個任務(wù)。

任務(wù)一認(rèn)識人工智能

“阿爾法圍棋”的橫空出世激發(fā)了全社會研究的熱情。恰逢學(xué)?！叭斯ぶ悄芸破諣I”活動，請你作為志愿者參與其中，協(xié)助搜集信息，并為活動出謀劃策。

活動1探問最強(qiáng)大腦

回顧人類智能與人工智能的幾次對戰(zhàn)，可以感受到人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展。請搜集相關(guān)信息，并完善表5.2.1。

在“深藍(lán)”系列計算機(jī)中，存放了包括卡斯帕羅夫的棋譜在內(nèi)的近百年棋譜記錄，它的“智能”主要體現(xiàn)在對海量的實(shí)戰(zhàn)棋譜的啟發(fā)式搜索上。

啟發(fā)式搜索

根據(jù)問題的實(shí)際，不斷尋找可利用的知識，構(gòu)造一條推理路線解決問題，這個過程就是搜索。按預(yù)定的控制策略進(jìn)行搜索，而不考慮問題本身特性的搜索，稱為盲目搜索，這種搜索一般適用于求解比較簡單的問題。另一種搜索方式稱為啟發(fā)式搜索，它在搜索過程中加入估價函數(shù)等啟發(fā)信息，不斷自動調(diào)整搜索方向，加速求解進(jìn)程。例子

以八數(shù)碼問題為例，尋找從初始局面到目標(biāo)局面移動方案的過程就是一次搜索，控制策略不同，搜索到的解決方案移動的步數(shù)也各不相同。某八數(shù)碼問題的算法平臺如圖5.2.1所示。

路徑規(guī)劃也是啟發(fā)式搜索的一種典型應(yīng)用，如衛(wèi)星定位、無人駕駛汽車等。請設(shè)計一份迷宮圖，并表述自己的啟發(fā)式搜索方案，看看誰的方案既快又準(zhǔn)。

活動2體驗人工智能

有些同學(xué)提出了這樣的問題:“計算機(jī)真的能像人類一樣思考嗎?何謂人工智能?”作為前沿科技，人工智能的內(nèi)涵在不停地變化。人工智能

1950年的“圖靈測試”揭開了人工智能的序幕。一般而言，人工.智能是利用數(shù)字計算機(jī)或者數(shù)字計算機(jī)控制的機(jī)器模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能，感知環(huán)境，獲取知識并使用知識獲得最佳結(jié)果的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)。

有人把人工智能分成弱人工智能和強(qiáng)人工智能。弱人工智能一般指實(shí)現(xiàn)特定功能的專用智能設(shè)備，不能真正實(shí)現(xiàn)推理和解決問題。強(qiáng)人工智能是指真正能思考、有知覺、有自我意識的人類級別的智能機(jī)器。例子自動駕駛、車牌識別、刷臉支付以及深入人心的智能機(jī)器人，這些生活中常見的技術(shù)都屬于人工智能的不同應(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?請選擇2~3個領(lǐng)域了解人工智能的應(yīng)用現(xiàn)狀，填寫表5.2.2，并與同學(xué)交流討論。

“人工智能科普營”舉辦了很多場專家講座，學(xué)校希望將專家講座整理成