信息技術(shù)（第2版）（拓展模塊） 教案 拓展模塊5 5.1 認識人工智能

2/8課題名稱人工智能基本知識與社會價值授課類型理實一體授課對象授課課時所授課程授課地點所授教材一、學情分析本課程授課對象為高職各專業(yè)大一學生，課程開設(shè)在大一第2學期，學生在知識儲備、學習特點和信息素養(yǎng)的情況如下：1.知識與技能儲備通過信息技術(shù)課程基礎(chǔ)模塊的學習,學生已經(jīng)理解了新一代信息技術(shù)的基本概念，了解了新一代信息技術(shù)的技術(shù)特點、典型應(yīng)用和技術(shù)融合，掌握了常用搜索引擎的搜索方法，能通過網(wǎng)頁、社交媒體等不同信息平臺進行信息檢索。2.學習特點授課對象都是零零后的學生，在學習方面表現(xiàn)出如下特點：（1）喜好電腦與互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，線上操作所見即所得可以引發(fā)學習興趣；（2）喜歡情境設(shè)定，參與其中，厭煩平淡無奇的說教；（3）樂于接受可視化教學資源，反感靜態(tài)紙質(zhì)學習材料；（4）偏愛顆?；?、模塊化的學習過程，排斥時間冗長的教學過程。3.信息素養(yǎng)學生通過信息技術(shù)課程的學習，具備了基礎(chǔ)的信息技術(shù)學科素養(yǎng)，但是在人工智能方面仍需進一步拓展、加強二、教學內(nèi)容1.知識目標2.能力目標3.素養(yǎng)目標1.教學重點八、教學環(huán)節(jié)教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)一單元導入(10分鐘)【問題導入】問題：你在學習、生活、娛樂中用到過那些人工智能？提示：手機上的人工智能、生活中用到的人工智能、電影中的人工智能等?！緦W習目標】了解人工智能的概念、基本特征和社會價值。了解人工智能的發(fā)展歷程，及其在互聯(lián)網(wǎng)及各傳統(tǒng)行業(yè)中的典型應(yīng)用和發(fā)展趨勢。熟悉機器學習的基本原理、開發(fā)流程和開發(fā)步驟。了解人工智能涉及的核心技術(shù)及部分算法，能使用人工智能相關(guān)應(yīng)用解決實際問題。熟悉人工智能技術(shù)應(yīng)用的常用開發(fā)語言、開發(fā)框架、集成開發(fā)環(huán)境以及各種開發(fā)平臺，了解其特點和適用范圍。能辨析人工智能在社會應(yīng)用中面臨的倫理、道德和法律問題?！局R圖譜】教師活動1.提出問題，展示一些人工智能應(yīng)用圖片2.介紹本單元的學習目標學生活動2.談發(fā)生在身邊的人工智能3.思考記錄1.問題教學法：問題導入課程，激發(fā)學生對人工智能的好奇心與學習愿望。2.講授教學法：介紹人工智能概述、單元學習目標和單元知識圖譜，使學生了解單元教學內(nèi)容的全貌教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)二理解人工智能(15分鐘)1.什么是人工智能（1）定義：人工智能（英文縮寫為AI）是研究如何應(yīng)用機器(主要是計算機)來模擬人類某些智能行為的基本理論、方法和技術(shù)。（2）解釋：通過人工智能技術(shù)研究人類智能活動的規(guī)律，生產(chǎn)出一種能與人的智能相似的方式做出反應(yīng)的智能機器。這種智能機器能夠通過機器視覺、機器聽覺、機器觸覺、人機交互等方式來認識周圍的環(huán)境和需要解決的問題，能夠像人一樣判斷、推理、學習、預測、證明，能夠根據(jù)要達到的目標進行決策或采取相應(yīng)的行動。（3）簡單歸結(jié)：人工智能是使用機器模擬人類智能的技術(shù)（4）本質(zhì)：人工智能是對人類思維信息過程的模擬，其主要目的是賦予機器特有的視聽說動及大腦抽象思維能力。2.實現(xiàn)思維模擬的兩個途徑（1）結(jié)構(gòu)模擬（2）功能模擬3.機器智能同人類智能的區(qū)別（1）物質(zhì)基礎(chǔ)方面（2）情感、道德、自主意識方面（3）任務(wù)的通用性方面（4）任務(wù)目標方面4.圖靈測試如果一個人和一臺機器作為測試對象并與測試者隔開，測試者只能通過類似終端的文本設(shè)備向測試對象隨意提問，然后根據(jù)測試對象給出的答案判別哪個是真人、哪個是機器。經(jīng)過多輪問答后，如果機器能夠讓平均每個測試者做出超過30%的誤判，那么這臺機器就通過了測試，并被認為具有類似人類的智能。5.人工智能的分類（1）弱人工智能（2）強人工智能（3）超人工智能教師活動1.提問“什么是人工智能？”2.講解歷史上各種人工智能定義，啟發(fā)學生從不同角度思考問題如何判斷一臺機器是否具有智能？講解圖靈測試6.講授人工智能分類，著重強調(diào)目前人工智能的水平（弱人工智能），強人工智能的困難，超人工智能的科幻性學生活動明確學習任務(wù)2.3.積極思考，回答問題4.參與互動討論5.思考記錄1.講授教學法：多角度介紹人工智能概念，使學生加深對人工智能的理解2.討論法：通過機器智能同人類智能的區(qū)別的問題討論，促進學生對人工智能概念的理解。3.問題教學法：通過多個提問，引導學生逐步深入認識人工智能的本質(zhì)教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)三了解人工智能的基本特征(15分鐘)1.機器智能由人類設(shè)計并為人類服務(wù)智能機器是人設(shè)計出來的機器，其中的“智能”按照人設(shè)定的算法及其程序代碼在人發(fā)明的芯片等硬件載體中運行，為人類提供延伸人類能力的服務(wù)，實現(xiàn)對人類期望的一些智能行為的模擬2.機器智能本質(zhì)上體現(xiàn)為計算，基礎(chǔ)是數(shù)據(jù)從本質(zhì)上說，人工智能是運行于計算機上的程序代碼所表現(xiàn)出來的能力，程序代碼按照軟件算法通過對數(shù)據(jù)的采集、加工、處理、分析和挖掘，形成有價值的信息流和知識模型并根據(jù)給定的輸入做出判斷或預測，計算和數(shù)據(jù)使機器獲得了智能。3.機器智能具有感知環(huán)境、產(chǎn)生反應(yīng)的能力人工智能具有借助傳感器等器件感知外界環(huán)境的能力，能夠像人一樣通過聽覺、視覺、觸覺等接收來自環(huán)境中的各種信息，能夠借助按鈕、鍵盤、鼠標、屏幕、手勢、體態(tài)、表情、力反饋、虛擬現(xiàn)實與增強現(xiàn)實等方式與人交互，能夠?qū)ν饨绲妮斎氘a(chǎn)生文字、語音、表情、動作等必要的反應(yīng)，從而影響到環(huán)境或人類。4.機器智能擁有學習和適應(yīng)能力，可以演化迭代人工智能具有一定的隨環(huán)境、數(shù)據(jù)或任務(wù)變化而自適應(yīng)調(diào)節(jié)參數(shù)或更新優(yōu)化模型的能力，可以利用過去的數(shù)據(jù)和行為去學習其中蘊含的規(guī)律或判斷規(guī)則，以獲取新的知識或技能，并不斷提高自身的能力。案例：AlphaGo教師活動1.組織學生討論人工智能的基本特征（提示：人工智能與眾不同的地方）2.歸納討論結(jié)果并加以補充完善3.給出機器智能擁有學習和適應(yīng)能力的案例學生活動。1.討論法：通過人工智能基本特征討論，促進學生對人工智能的進一步理解2.案例分析法：通過AlphaGo案例，進一步理解智能的學習和適應(yīng)能力教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)四了解人工智能的主要研究領(lǐng)域(25分鐘)1.機器學習機器學習就是專門研究計算機怎樣模擬或?qū)崿F(xiàn)人類的學習行為的科學，其目的是讓機器能像人一樣具有學習的能力。深度學習強化學習2.知識工程以知識為處理對象，研究如何用機器實現(xiàn)知識的獲取、表示、推理和決策，其目標是構(gòu)造出高效的知識處理系統(tǒng)。專家系統(tǒng)知識圖譜3.自然語言處理以語言為研究對象，通過建立可計算模型，幫助計算機理解、翻譯、生成人類語言，從而實現(xiàn)人與計算機之間用自然語言進行信息交流的目的。自然語言理解自然語言生成4.語音識別與合成語音識別就是讓機器通過識別和理解把語音信號轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)文字的過程，它與自然語言理解技術(shù)相結(jié)合，能讓機器聽懂人的聲音。語音合成是讓機器通過規(guī)則和理解將任意的文本轉(zhuǎn)換成標準流暢的語音輸出，從而讓機器能夠像人一樣開口說話。5.計算機視覺計算機視覺是一門關(guān)于如何運用計算機來感知、加工和理解客觀世界中三維場景的學問。形象地說，就是給計算機安裝上眼睛（照相機）和大腦（算法），讓計算機具有“看懂”的智能。6.智能機器人將人工智能技術(shù)應(yīng)用于機器人，使機器人具有感知、思考和行動能力。教師活動1.講授機器學習，介紹兩個重要的研究方向及AlphaGo案例2.講授知識工程，介紹專家系統(tǒng)和知識圖譜。案例：學生-課程知識圖譜3.講授自然語言處理，演示中英文翻譯4.講授語音識別與合成，演示語音轉(zhuǎn)換文本5.講授計算機視覺，演示計算機視覺處理結(jié)果6.講授智能機器人，演示機器人行走學生活動2.動手操作一些演示案例。3.思考記錄1.講授教學法：通過介紹人工智能的主要研究領(lǐng)域，使學生了解人工智能主要包含的內(nèi)容及應(yīng)用范圍，初步了解人工智能各學科之間的關(guān)系2.案例分析及演示：通過案例分析及演示人工智能各個研究領(lǐng)域的典型應(yīng)用，使學生能夠初步辨識身邊的哪些產(chǎn)品使用了哪方面的人工智能技術(shù)教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)五了解人工智能的社會價值(15分鐘)1.解放勞動生產(chǎn)力隨著人工智能在各行各業(yè)的普及應(yīng)用，越來越多的工作崗位將被人工智能取代，人類擺脫了簡單、繁復的日常工作，能從事更輕松、更有意義的工作并獲得更多的休閑時光，現(xiàn)有勞動力將得到極大解放。2.提高醫(yī)療水平人工智能可以在許多方面顛覆性地提升人類戰(zhàn)勝疾病的能力。3.提升社會治理能力將人工智能運用于社會治理中，可以降低社會治理成本，提升治理效率，減少治理干擾，實現(xiàn)精準決策。4.改善生存條件人工智能技術(shù)可以改善人類生存條件，為人類提供安全環(huán)境。5.解決人類面臨的嚴重問題環(huán)境污染、能源危機等問題是人類面臨的巨大挑戰(zhàn)，關(guān)乎世界的發(fā)展和人類的命運，而人工智能技術(shù)能為解決人類面臨的這些嚴重問題提供顛覆性的解決方案。6.認識自然與社會規(guī)律人工智能正在逐步走入科研領(lǐng)域，幫助人類探索未知，認識自然與社會規(guī)律。7.優(yōu)化生活品質(zhì)人工智能可以改變?nèi)祟惖纳罘绞?，?yōu)化生活品質(zhì)。教師活動1.組織學生討論人工智能的社會價值2.給出人工智能的一些應(yīng)用實例啟發(fā)引導學生3.將學生在討論中提出的一些應(yīng)用實例歸納到某個方面的社會價值中4.總結(jié)討論結(jié)果并加以補充完善學生活動。1.討論法：通過人工智能社會價值討論，提高學生對人工智能社會價值的認識2.啟發(fā)式教學：通過給出人工智能的一些應(yīng)用實例，引導學生探索人工智能社會價值教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)六考核評價與教師小結(jié)(10分鐘)1.通過學習通課程平臺，完成本小節(jié)的考核評價測試試題。2.通過學習通課程平臺教師端，匯總分析考核評價的總體情況3.回顧學習內(nèi)容九、反思與改進成功之處：不足之處：2/7課題名稱人工智能發(fā)展歷程、應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展趨勢授課類型理實一體授課對象授課課時所授課程授課地點所授教材一、學情分析本課程授課對象為高職各專業(yè)大一學生，課程開設(shè)在大一第2學期，學生在知識儲備、學習特點和信息素養(yǎng)的情況如下：1.知識與技能儲備學生初步理解了人工智能的定義、基本特征，了解了人工智能的社會價值，初步了解了人工智能一些主要的研究領(lǐng)域，熟悉了一些人工智能產(chǎn)品，2.學習特點授課對象都是零零后的學生，在學習方面表現(xiàn)出如下特點：（1）喜好電腦與互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用，線上操作所見即所得可以引發(fā)學習興趣；（2）喜歡情境設(shè)定，參與其中，厭煩平淡無奇的說教；（3）樂于接受可視化教學資源，反感靜態(tài)紙質(zhì)學習材料；（4）具有較強的求知欲，希望比較全面地了解人工智能應(yīng)用。3.信息素養(yǎng)學生具備了基礎(chǔ)的信息技術(shù)學科素養(yǎng)，對人工智能有了一定的了解，逐步二、教學內(nèi)容1.知識目標2.能力目標3.素養(yǎng)目標1.教學重點八、教學環(huán)節(jié)教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)一課程回顧與學習目標(10分鐘)【問題導入】1.什么是人工智能？2.人工智能主要研究領(lǐng)域有哪些？【學習目標】了解人工智能的概念、基本特征和社會價值；了解人工智能的發(fā)展歷程和發(fā)展趨勢；了解人工智能在互聯(lián)網(wǎng)及各傳統(tǒng)行業(yè)中的典型應(yīng)用。教師活動1.提出問題，借此回顧上次課所講內(nèi)容2.介紹本單元的學習任學生活動2.思考記錄1.問題教學法：復習上次課主要內(nèi)容2.講授教學法：介紹學習目標，使學生明確本次課的要求教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)二了解人工智能發(fā)展歷程(20分鐘)1.人工智能誕生介紹達特茅斯會議情況。會議確定了人工智能的名稱和任務(wù)，其主題抓住了許多重要問題的焦點，今天的許多經(jīng)典定義都能在這次會議中找到起源，因此這是一次具有歷史意義的重要會議，標志著人工智能正式誕生。2.第一次浪潮（1956—1974）自達特茅斯會議之后的近20年間，人工智能的研究在機器學習、問題求解、專家系統(tǒng)、定理機器證明及人工智能語言等方面都取得了許多引人矚目的成就。但隨后人工智能發(fā)展遭遇了無法克服的基礎(chǔ)性障礙，許多機構(gòu)逐漸停止了對人工智能研究的資助，人工智能遭遇了第一次低谷。3.第二次浪潮（1980--1987）專家系統(tǒng)遍地開花，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)取得新的進展。但隨后專家系統(tǒng)所存在的知識領(lǐng)域狹窄、知識獲取困難、適應(yīng)性差和測試維護復雜等問題逐漸暴露出來，專家系統(tǒng)開始在商界失寵，人工智能在遭遇了一系列財政問題后進入了第二次低谷。4.第三次浪潮（1993至今）2006年，加拿大多倫多大學的科學家杰弗里·辛頓（GeoffreyHinton）提出深度學習。2012年，由辛頓和他的兩名學生設(shè)計的深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)AlexNet在大規(guī)模視覺識別挑戰(zhàn)賽上一舉奪魁，并將圖像分類任務(wù)在1000個類別上的top5錯誤率降至15.3%，比第二名領(lǐng)先10.8%。至此，深度學習引爆了新一輪人工智能發(fā)展。教師活動學生活動講授教學法：用講故事的方法敘述人工智能的發(fā)展歷程，揭示人工智能發(fā)展的曲折性，引導學生面對困難勇于創(chuàng)新，同時增強學生對人工智能技術(shù)的進一步理解教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)三了解人工智能在互聯(lián)網(wǎng)及各傳統(tǒng)行業(yè)中的典型應(yīng)用(30分鐘)1.人工智能在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)中的應(yīng)用（1）智能搜索引擎（2）智能推送（3）智能移動支付（4）智能客服2.人工智能在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用（1）日常檢修（2）生產(chǎn)線設(shè)備參數(shù)優(yōu)化（3）質(zhì)量檢測（4）倉儲物流3.人工智能在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用（1）現(xiàn)場監(jiān)測（2）評估農(nóng)作物和土壤（3）農(nóng)業(yè)機器人4.人工智能在安防領(lǐng)域中的應(yīng)用（1）警用方向（2）民用方向智能樓宇工業(yè)園區(qū)監(jiān)控家用安防教師活動1.組織學生分組查閱、討論人工智能在各行業(yè)中的典型應(yīng)用2.給出互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)、工業(yè)領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、安防領(lǐng)域中的一些典型應(yīng)用實例啟發(fā)引導學生3.與學生共同討論分析典型應(yīng)用案例中使用了哪些方面的人工智能技術(shù)4.總結(jié)討論結(jié)果并加以補充完善學生活動1.討論法：通過人工智能在各行業(yè)中的典型應(yīng)用討論，開拓學生視野，培養(yǎng)良好的數(shù)字化學習和交流溝通能力2.案例分析法：通過分析典型應(yīng)用案例，使學生能夠辨識一些人工智能典型應(yīng)用中使用了哪方面的人工智能技術(shù)教學環(huán)節(jié)教學內(nèi)容教學活動策略與意圖環(huán)節(jié)四了解人工智能的發(fā)展趨勢(15分鐘)1.實現(xiàn)跨媒體分析推理未來人工智能將逐步向人類智能感知靠近，模仿人類綜合利用視覺、語言、聽覺、觸覺等全維度感知信息，突破跨媒體統(tǒng)一表征、關(guān)聯(lián)理解與知識挖掘等技術(shù)，實現(xiàn)跨媒體的認知、學習、推理、設(shè)計、創(chuàng)作、預測等功能。2.基于網(wǎng)絡(luò)的群體智能技術(shù)開始萌芽未來人工智能將從單個智能體向基于互聯(lián)網(wǎng)的群體智能轉(zhuǎn)變。群體智能具有統(tǒng)籌優(yōu)化、魯棒性強和信息共享高效等優(yōu)點，可以實現(xiàn)基于