人工智能導(dǎo)論 教學(xué)大綱

PAGEPAGE1《人工智能導(dǎo)論》課程教學(xué)大綱一、課程基本信息課程名稱人工智能導(dǎo)論課程編號課程性質(zhì)必修課課程類別專業(yè)基礎(chǔ)課程開課單位智能科學(xué)與技術(shù)教研室授課學(xué)期第5學(xué)期學(xué)分/學(xué)時1.5/24課內(nèi)學(xué)時24理論授課14上機(jī)學(xué)時0課內(nèi)實(shí)踐0實(shí)驗(yàn)學(xué)時10課外學(xué)時24適用專業(yè)智能制造工程是否雙語否先修課程概率論，Python編程與工程實(shí)踐后續(xù)課程智能裝備基礎(chǔ)，智能工廠集成技術(shù)二、課程簡介人工智能是智能制造工程專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。人工智能已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展以及許多高新技術(shù)產(chǎn)品中的關(guān)鍵技術(shù)。旨在通過本課程的學(xué)習(xí)，系統(tǒng)了解人工智能科技目前的基本實(shí)力，加強(qiáng)學(xué)生對國內(nèi)外人工智能技術(shù)發(fā)展的認(rèn)識，掌握人工智能的基本概念、基本原理和基本方法，熟悉應(yīng)用人工智能技術(shù)解決實(shí)際問題的范例，提高學(xué)生的問題分析能力、創(chuàng)新能力和判斷能力。三、課程目標(biāo)及對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐（一）課程目標(biāo)課程目標(biāo)1：知識目標(biāo)國內(nèi)外人工智能技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀；人工智能的基本概念、基本理論和基本方法；能理解基本理論和方法的具體表示形式、優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用范例。課程目標(biāo)2：能力目標(biāo)能夠針對現(xiàn)實(shí)中的具體工程問題，運(yùn)用課程學(xué)習(xí)的常見算法，提出解決問題的基本思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力和批判性思維。課程目標(biāo)3：素質(zhì)目標(biāo)解析人工智能之美，厚植“科技改變未來”的創(chuàng)新精神。（二）課程目標(biāo)對畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)的支撐課程目標(biāo)支撐畢業(yè)要求指標(biāo)點(diǎn)畢業(yè)要求課程目標(biāo)11-3：學(xué)習(xí)專業(yè)基礎(chǔ)知識，掌握解決復(fù)雜智能制造工程問題的基本思路和方法。1-工程知識課程目標(biāo)2、32-1：能夠運(yùn)用數(shù)學(xué)、自然科學(xué)和機(jī)械工程學(xué)科的基本原理對智能制造工程問題進(jìn)行識別與描述。5-1：能夠合理選擇與使用解決復(fù)雜智能制造工程問題所需的多種儀器設(shè)備、信息資源、現(xiàn)代工程工具和信息技術(shù)工具2-問題分析5-使用現(xiàn)代工具四、課程基本教學(xué)內(nèi)容及對課程目標(biāo)的支撐（一）課程基本教學(xué)內(nèi)容第一單元人工智能概述（學(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容人工智能的概念，人工智能發(fā)展簡史；人工智能研究的基本內(nèi)容，人工智能的主要研究領(lǐng)域。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：人工智能的基本概念、研究的特點(diǎn)、內(nèi)容。難點(diǎn)：人工智能的研究內(nèi)容。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能描述人工智能研究的基本內(nèi)容和主要研究領(lǐng)域，熟悉本專業(yè)的前沿知識和研究熱點(diǎn)。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.課程目標(biāo)2.課程目標(biāo)3.第二單元知識表示（學(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容知識及知識表示的概念，知識的特性。一階謂詞邏輯、產(chǎn)生式、框架表示等知識表示方法，了解知識圖譜的基本概念以及典型應(yīng)用。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：謂詞邏輯表示的語言與方法，謂詞公式的性質(zhì)；產(chǎn)生式表示法難點(diǎn)：如何選擇謂詞，問題的謂詞邏輯表示及運(yùn)算。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠采用謂詞邏輯表達(dá)和描述推理知識，熟練使用產(chǎn)生式系統(tǒng)求解問題的基本步驟和方法。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.課程目標(biāo)2.課程目標(biāo)3.第三單元不確定性推理技術(shù)（學(xué)時數(shù)：6學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容推理和不確定推理的基本概念和意義。不確定推理的可信度方法，證據(jù)理論，模糊推理方法。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：可信度方法。模糊集合的運(yùn)算、模糊關(guān)系與模糊關(guān)系的合成、模糊推理、模糊決策。難點(diǎn)：模糊關(guān)系與模糊關(guān)系的合成、模糊推理。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果熟練使用可信度方法進(jìn)行推理，求解問題的結(jié)論。應(yīng)用模糊推理的一般過程，實(shí)現(xiàn)模糊推理，求解結(jié)論。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.課程目標(biāo)2.課程目標(biāo)3.第四單元人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.課程主要內(nèi)容神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本概念；BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法及其應(yīng)用；2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法的基本原理。難點(diǎn)：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)權(quán)重。3.教學(xué)方法課堂講授、案例分析。4.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能描述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理。5.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.課程目標(biāo)2.課程目標(biāo)3上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容一產(chǎn)生式系統(tǒng)（學(xué)時數(shù)：2學(xué)時）1.主要內(nèi)容用產(chǎn)生式系統(tǒng)的方法實(shí)現(xiàn)一個動物識別系統(tǒng)。用產(chǎn)生式規(guī)則作為知識表示，利用產(chǎn)生式系統(tǒng)程序，建立規(guī)則知識庫，分別運(yùn)行正反向推理。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：建立規(guī)則知識庫、建立事實(shí)庫（綜合數(shù)據(jù)庫）、實(shí)現(xiàn)推理過程。難點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)推理過程。3實(shí)施方式課堂示范，指導(dǎo)學(xué)生編程和調(diào)試。4.學(xué)習(xí)要求熟悉一階謂詞和產(chǎn)生式表示法，掌握產(chǎn)生式系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制，以及基于規(guī)則推理的基本方法。5.實(shí)驗(yàn)要求（1）實(shí)驗(yàn)屬性：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；（2）開出要求：必做（3）分組要求：1人1組；（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)先熟悉Python的列表、字典、集合的編程方法。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能根據(jù)實(shí)際問題，編寫產(chǎn)生式系統(tǒng)的規(guī)則知識庫，進(jìn)行推理得出問題的解。7.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.課程目標(biāo)2.課程目標(biāo)3上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容二洗衣機(jī)模糊推理系統(tǒng)（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.主要內(nèi)容采用基于Python的scikit-fuzzy庫，設(shè)計(jì)洗衣機(jī)洗滌時間的模糊控制。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：scikit-fuzzy庫的安裝和使用方法，模糊控制規(guī)則表的建立。難點(diǎn)：模糊控制規(guī)則表的建立。3.實(shí)施方式課堂示范，指導(dǎo)學(xué)生編程和調(diào)試。4.學(xué)習(xí)要求理解模糊邏輯推理的原理及特點(diǎn)，熟練運(yùn)用模糊推理。5.實(shí)驗(yàn)要求（1）實(shí)驗(yàn)屬性：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；（2）開出要求：必做（3）分組要求：1人1組；（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：預(yù)先熟悉Python的庫安裝；列表的編程方法。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能根據(jù)實(shí)際問題，使用scikit-fuzzy庫，編寫模糊控制規(guī)則表，進(jìn)行問題的求解。7.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.課程目標(biāo)2.課程目標(biāo)3.課程目標(biāo)4上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容三BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（學(xué)時數(shù)：4學(xué)時）1.主要內(nèi)容從典型應(yīng)用案例出發(fā)，通過操作基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的圖像識別模型及算法，初步了解人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作過程，熟悉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的基本原理。2.重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理。難點(diǎn)：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理。3.實(shí)施方式課堂示范，指導(dǎo)學(xué)生操作。4.學(xué)習(xí)要求掌握BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作原理。5.實(shí)驗(yàn)要求（1）實(shí)驗(yàn)屬性：驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)；（2）開出要求：必做（3）分組要求：1人1組；（4）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備：熟悉神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作過程。6.學(xué)生學(xué)習(xí)預(yù)期成果能夠描述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的工作過程。7.支撐課程目標(biāo)課程目標(biāo)1.課程目標(biāo)2.課程目標(biāo)3（二）課程基本教學(xué)內(nèi)容對課程目標(biāo)的支撐理論教學(xué)內(nèi)容課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時安排課內(nèi)課外學(xué)時比例第一單元人工智能概述課堂講授、案例分析課程目標(biāo)1、2、321：1第二單元知識表示課堂講授、案例分析課程目標(biāo)1、2、321：1第三單元不確定性推理方法課堂講授、案例分析課程目標(biāo)1、2、361：1第四單元人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用課堂講授、案例分析課程目標(biāo)1、2、341：1合計(jì)141：1上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容課程教學(xué)內(nèi)容教學(xué)方法支撐的課程目標(biāo)學(xué)時安排課內(nèi)課外學(xué)時比例上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容一產(chǎn)生式系統(tǒng)課堂示范，指導(dǎo)學(xué)生編程和調(diào)試課程目標(biāo)1、2、321：1上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容二洗衣機(jī)模糊推理系統(tǒng)課堂示范，指導(dǎo)學(xué)生編程和調(diào)試課程目標(biāo)1、2、341：1上機(jī)實(shí)踐內(nèi)容三BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)課堂示范，指導(dǎo)學(xué)生操作課程目標(biāo)1、2、341：1合計(jì)101：1五、課程考核及對課程目標(biāo)的支撐（一）課程考核課程成績構(gòu)成（百分制）課程成績構(gòu)成比例考核環(huán)節(jié)目標(biāo)分值考核/評價細(xì)則平時成績30%課后作業(yè)50共計(jì)安排5次客觀題作業(yè)，每次客觀題作業(yè)的成績給定均10分滿分記，總計(jì)50分。小組討論20共計(jì)安排2~3次線上討論，根據(jù)討論內(nèi)容優(yōu)劣給小組打分，各小組內(nèi)根據(jù)任務(wù)分派組內(nèi)為每個人打分。最終總成績按比例折算為20分。隨堂測驗(yàn)20課堂根據(jù)需要隨時安排測驗(yàn)，每次答題時間控制在5分鐘之內(nèi)，根據(jù)題目難度，數(shù)量靈活設(shè)置分值。最終總成績按比例折算為20分。課堂表現(xiàn)10根據(jù)課堂反饋，討論，發(fā)言等情況打分，次數(shù)不限，每次1~2分，最終總成績按比例折算為10分。實(shí)踐成績20%平時10由兩部分構(gòu)成，一是實(shí)踐表現(xiàn)，教師根據(jù)學(xué)生實(shí)踐表現(xiàn)記錄。二是報(bào)告的撰寫，學(xué)生每次實(shí)踐之后均需完成報(bào)告，記錄數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)、程序運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行解釋。教師根據(jù)撰寫情況給出分?jǐn)?shù)。以上兩部分通常折算后分?jǐn)?shù)占比相同?？荚?01.考核內(nèi)容：考核內(nèi)容抽取實(shí)驗(yàn)一到六中的一個實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。2.考試題型：根據(jù)問題，修改完善程序的關(guān)鍵算法，求解問題。3.評價細(xì)則：由學(xué)生考試現(xiàn)場抽題，按要求在計(jì)算機(jī)上修改程序。考試結(jié)束，上傳程序代碼和運(yùn)行結(jié)果，按題目標(biāo)準(zhǔn)答案得分點(diǎn)進(jìn)行比對得分。期末考試50%知識401.考核內(nèi)容：所有教學(xué)內(nèi)容2.考試題型：客觀題（選擇、填空）；主觀題（計(jì)算、解答）3.評價細(xì)則：客觀題，共計(jì)40分；主觀題，共計(jì)60分。能力40綜合應(yīng)用15創(chuàng)新5（二）課程考核對課程目標(biāo)的支撐教學(xué)內(nèi)容考核內(nèi)容考核方式支撐的課程目標(biāo)第一單元人工智能的基本概念1-1人工智能的基本概念；1-2人工智能研究的基本內(nèi)容1-3人工智能的主要研究領(lǐng)域課堂表現(xiàn)隨堂測驗(yàn)期末考試課程目標(biāo)1、2第二單元知識表示2-1知識表示的概念2-2一階謂詞邏輯表示法2.3產(chǎn)生式表示法2.4框架表示法2.5知識圖譜課堂表現(xiàn)隨堂測驗(yàn)課后作業(yè)小組討論期末考試課程目標(biāo)1、2、3第四單元不確定性推理方法4-1不確定性推理的概念4-2可信度方法4-3模糊推理方法課堂表現(xiàn)隨堂測驗(yàn)課后作業(yè)應(yīng)用解答期末考試課程目標(biāo)1、2、3第八單元人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用8-1神經(jīng)元與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)8-2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)算法。8-3卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)8-4生成對抗網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用課堂表現(xiàn)隨堂測驗(yàn)課后作業(yè)應(yīng)用解答期末考試課程目標(biāo)1、2、3上機(jī)實(shí)踐實(shí)踐一產(chǎn)生式系統(tǒng)實(shí)踐二洗衣機(jī)模糊推理系統(tǒng)實(shí)踐三BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)踐報(bào)告測試課程目標(biāo)1、2、3六、使用教材、相關(guān)推薦書目及課程資源（一）使用教材王萬良.《人工智能導(dǎo)論》（第5版），高等教育出版社，2020年（二）相關(guān)推薦書目1.蔡自興.《人工智能及其應(yīng)用（第6版）》.清華大學(xué)出版社，2020年2.王萬良，王錚.《人工智能應(yīng)用教程》.清華大學(xué)出