信息技術(shù)（第2版）（拓展模塊）教案 拓展模塊5 5.4 人工智能開發(fā)平臺(tái)

6/6課題名稱人工智能開發(fā)平臺(tái)授課類型理實(shí)一體授課對(duì)象授課課時(shí)所授課程授課地點(diǎn)所授教材一、學(xué)情分析本課程授課對(duì)象為高職各專業(yè)大一學(xué)生，課程開設(shè)在大一第2學(xué)期，學(xué)生在知識(shí)儲(chǔ)備、學(xué)習(xí)特點(diǎn)和信息素養(yǎng)的情況如下：1.知識(shí)與技能儲(chǔ)備學(xué)生有一定的Python編程基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)中一些核心技術(shù)和部分算法有了較全面的了解2.學(xué)習(xí)特點(diǎn)授課對(duì)象在學(xué)習(xí)方面表現(xiàn)出如下特點(diǎn)：（1）喜歡動(dòng)手實(shí)踐，厭煩平淡無奇的說教；（2）樂于接受可視化教學(xué)資源，反感靜態(tài)紙質(zhì)學(xué)習(xí)材料；（3）具有較強(qiáng)的求知欲，希望能夠應(yīng)用人工智能技術(shù)解決一些實(shí)際問題。3.信息素養(yǎng)學(xué)生具備了基礎(chǔ)的信息技術(shù)學(xué)科素養(yǎng)，二、教學(xué)內(nèi)容本節(jié)課選自拓展模塊5人工智能--5.4人工智能開發(fā)平臺(tái)和5.5.1圖像分類中部分內(nèi)容，主要介紹機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)框架、集成開發(fā)環(huán)境和開發(fā)平臺(tái)。1.機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)框架2.人工智能集成開發(fā)環(huán)境3.人工智能開發(fā)平臺(tái)1.知識(shí)目標(biāo)了解其特點(diǎn)和適用范圍2.能力目標(biāo)3.素養(yǎng)目標(biāo)1.教學(xué)重點(diǎn) 八、教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)一課程回顧與學(xué)習(xí)目標(biāo)(15分鐘)【問題導(dǎo)入】Python語言的主要特點(diǎn)？【學(xué)習(xí)目標(biāo)】教師活動(dòng)1.提出問題，回顧Python語言所學(xué)內(nèi)容2.介紹本單元的學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)生活動(dòng)2.思考記錄1.問題教學(xué)法：回顧Python語言，為本次及后面課程做好鋪墊2.講授教學(xué)法：介紹學(xué)習(xí)目標(biāo)，使學(xué)生明確本次課的要求教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)二學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)框架(15分鐘)1.什么是開發(fā)框架開發(fā)框架是一個(gè)可復(fù)用的軟件架構(gòu)解決方案，它規(guī)定了應(yīng)用的體系結(jié)構(gòu)，闡明軟件體系結(jié)構(gòu)中各層次間及其層次內(nèi)部各組件間的依賴關(guān)系、責(zé)任分配和控制流程，表現(xiàn)為一組接口、抽象類以及實(shí)例間協(xié)作的方法，為組件復(fù)用提供了上下文關(guān)系。2.TensorFlowTensorFlow是一個(gè)由Google公司于2015年開發(fā)完成的開源的機(jī)器學(xué)習(xí)框架，是目前最熱門的機(jī)器學(xué)習(xí)框架之一，其主要特點(diǎn)是靈活、成熟、通用、便捷。3.PyTorchPyTorch是一個(gè)由Facebook人工智能研究院開發(fā)的開源的機(jī)器學(xué)習(xí)框架，是繼TensorFlow之后最受歡迎的機(jī)器學(xué)習(xí)框架，其主要特點(diǎn)如下：（1）用法貼近Python，比TensorFlow更容易上手；（2）簡潔高效，具有靈活易用的接口；（3）具有動(dòng)態(tài)計(jì)算圖機(jī)制；（4）具有高維數(shù)組、自動(dòng)求導(dǎo)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊3個(gè)聯(lián)系緊密的抽象層次；（5）提供了完整的文檔與循序漸進(jìn)的指南。4.PaddlePaddle框架PaddlePaddle框架是由百度開發(fā)的開源深度學(xué)習(xí)框架，其主要特點(diǎn)如下：（1）兼容動(dòng)態(tài)圖和靜態(tài)圖兩種編程方案；（2）提供了大量的預(yù)訓(xùn)練模型；（3）具備大規(guī)模工業(yè)實(shí)踐能力；（4）便于深度學(xué)習(xí)技術(shù)在各種場景下的應(yīng)用。5.特點(diǎn)及適用范圍TensorFlow穩(wěn)定性高，性能好，成熟完善，適宜工業(yè)應(yīng)用開發(fā)；PyTorch簡潔高效、靈活易用，適合研究人員、初學(xué)者、中小規(guī)模項(xiàng)目開發(fā)；PaddlePaddle框架最大的特點(diǎn)是高效易用、功能豐富，在特定的技術(shù)場景下，開發(fā)者只要根據(jù)自己的數(shù)據(jù)修改一些超參數(shù)就能訓(xùn)練好模型，特別有利于深度學(xué)習(xí)模型的分析和使用。教師活動(dòng)1.講解開發(fā)框架的主要作用2.介紹TensorFlow及其特點(diǎn)3.介紹PyTorch及其特點(diǎn)4.介紹PaddlePaddle框架及其特點(diǎn)5.介紹各種框架的適用范圍學(xué)生活動(dòng)2.積極思考3.思考記錄講授法：通過介紹3種常用框架，使學(xué)生了解各種框架的特點(diǎn)及適用范圍，為學(xué)生選擇框架打下一定的基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)三學(xué)習(xí)集成開發(fā)環(huán)境(30分鐘)1.PyCharmPyCharm是由JetBrains公司打造的一款專門面向Python的全功能集成開發(fā)環(huán)境，它帶有代碼編寫、語法高亮、代碼跳轉(zhuǎn)、智能提示、自動(dòng)完成、調(diào)試、單元測試、項(xiàng)目管理和版本控制等一整套可以幫助用戶在使用Python進(jìn)行開發(fā)時(shí)提高效率的工具，為使用Python開發(fā)新一代人工智能軟件提供了一組非常好的開發(fā)工具。2.JupyterNotebookJupyterNotebook是一個(gè)基于Web的交互式計(jì)算開發(fā)環(huán)境。它能將實(shí)時(shí)運(yùn)行的代碼、敘事性的文本、數(shù)學(xué)方程和可視化內(nèi)容全部組合到一個(gè)易于共享的文檔中，可以在其中編輯文檔、編寫程序、運(yùn)行代碼和展示結(jié)果，非常適合人工智能的相關(guān)研究及教學(xué)展示。教師活動(dòng)1.介紹兩種集成開發(fā)環(huán)境的功能和適用范圍2.啟動(dòng)PyCharm，編寫、運(yùn)行一個(gè)簡單的Python程序3.給出圖像分類源代碼，要求學(xué)生在PyCharm中輸入、運(yùn)行該程序4.指導(dǎo)學(xué)生完成Python程序編寫調(diào)試學(xué)生活動(dòng)2.跟隨老師一起編寫、運(yùn)行Python程序3.完成練習(xí)4.操作要點(diǎn)記錄四步教學(xué)法：通過四步教學(xué)法，使學(xué)生熟悉PyCharm開發(fā)環(huán)境，能夠在PyCharm中開發(fā)Python程序教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教學(xué)活動(dòng)策略與意圖環(huán)節(jié)四學(xué)習(xí)開發(fā)平臺(tái)(20分鐘)1.什么是人工智能開發(fā)平臺(tái)人工智能開發(fā)平臺(tái)通常架設(shè)在云上，以硬件架構(gòu)、軟件框架為基礎(chǔ)，將算力資源、核心框架、基礎(chǔ)模型、開發(fā)工具、API或SDK、開源代碼、學(xué)習(xí)資源、社區(qū)等集成在一起開放給開發(fā)人員，形成全方位、全流程的開發(fā)環(huán)境，極大地簡化了AI開發(fā)過程，降低了AI的開發(fā)和使用門檻，滿足了不同開發(fā)層次的需要。2.飛槳開發(fā)平臺(tái)飛槳(PaddlePaddle)是百度自主研發(fā)的開源的深度學(xué)習(xí)開發(fā)平臺(tái)。它集深度學(xué)習(xí)框架、基礎(chǔ)模型庫、端到端開發(fā)套件、工具組件和服務(wù)平臺(tái)于一體，擁有兼顧靈活性和高性能的開發(fā)機(jī)制、工業(yè)級(jí)應(yīng)用效果的模型、超大規(guī)模并行深度學(xué)習(xí)能力、推理引擎一體化設(shè)計(jì)及系統(tǒng)化服務(wù)支持的五大優(yōu)勢。3.智能鈦機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)智能鈦機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)是騰訊公司基于騰訊云的強(qiáng)大計(jì)算能力為開發(fā)者打造的一站式機(jī)器學(xué)習(xí)開發(fā)平臺(tái)。平臺(tái)內(nèi)置豐富的算法組件，支持多種算法框架，滿足多種AI應(yīng)用場景的需求，為用戶提供了從數(shù)據(jù)接入、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)標(biāo)注、模型構(gòu)建、模型訓(xùn)練、模型評(píng)測、模型部署、在線服務(wù)、服務(wù)監(jiān)控、應(yīng)用編排和AI應(yīng)用開發(fā)等全鏈路開發(fā)平臺(tái)套件。4.AI開發(fā)平臺(tái)ModelArtsModelArts是面向開發(fā)者的一站式人工智能開發(fā)平臺(tái)，由華為公司研發(fā)。ModelArts提供全流程的AI開發(fā)服務(wù)，可以為機(jī)器學(xué)習(xí)與深度學(xué)習(xí)提供海量的數(shù)據(jù)預(yù)處理及交互式智能標(biāo)注、大規(guī)模的分布式訓(xùn)練、自動(dòng)化的模型生成，具有按需部署端-邊-云模型能力，能夠幫助用戶快速創(chuàng)建和部署模型，管理全周期的AI工作流，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的平滑、穩(wěn)定和可靠運(yùn)行。5.如何選擇開發(fā)框架和平臺(tái)？如果算法創(chuàng)新力度大，應(yīng)用場景變化多，需要開發(fā)者自己完成算法設(shè)計(jì)、算法實(shí)現(xiàn)、算法訓(xùn)練、算法驗(yàn)證等步驟，一般應(yīng)根據(jù)問題的技術(shù)特點(diǎn)選擇合適的開發(fā)框架和集成開發(fā)環(huán)境進(jìn)行軟件開發(fā)；相反，如果應(yīng)用問題比較典型，現(xiàn)有的技術(shù)能夠完全解決這些問題，則應(yīng)該選擇已有的人工智能平臺(tái)來完成軟件開發(fā)。教師活動(dòng)1.講解什么是人工智能開發(fā)平臺(tái)2.介紹3個(gè)典型開發(fā)平臺(tái)的功能3.瀏覽飛槳開發(fā)平臺(tái)4.講解、演示安裝百度飛槳軟件包5.講解、演示安裝預(yù)訓(xùn)練模型6.組織討論如何選擇開發(fā)框架和平臺(tái)學(xué)生活動(dòng)1.理實(shí)一體：通過邊講解邊操作使學(xué)生能夠熟悉開發(fā)平臺(tái)的主要功能2.