2023-2024學(xué)年滬科版（2019）高中信息技術(shù)必修一第四單元項(xiàng)目九《了解手寫數(shù)字識別-體驗(yàn)人工智能》教學(xué)設(shè)計

2023-2024學(xué)年滬科版（2019）高中信息技術(shù)必修一第四單元項(xiàng)目九《了解手寫數(shù)字識別——體驗(yàn)人工智能》教學(xué)設(shè)計主備人備課成員課程基本信息1.課程名稱：2023-2024學(xué)年滬科版（2019）高中信息技術(shù)必修一第四單元項(xiàng)目九《了解手寫數(shù)字識別——體驗(yàn)人工智能》

2.教學(xué)年級和班級：高一年級1班

3.授課時間：2023年10月25日星期三9:00-10:00

4.教學(xué)時數(shù)：1課時核心素養(yǎng)目標(biāo)1.信息意識：培養(yǎng)學(xué)生對人工智能技術(shù)及其應(yīng)用的認(rèn)識，提高學(xué)生對信息時代背景下技術(shù)發(fā)展的敏感度和關(guān)注力。

2.計算思維：通過手寫數(shù)字識別項(xiàng)目，鍛煉學(xué)生運(yùn)用算法解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和抽象思維能力。

3.數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：鼓勵學(xué)生利用信息技術(shù)工具進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力。

4.信息倫理與安全意識：引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識人工智能技術(shù)的倫理問題，增強(qiáng)信息安全意識，培養(yǎng)良好的信息素養(yǎng)。重點(diǎn)難點(diǎn)及解決辦法重點(diǎn)：

1.手寫數(shù)字識別原理的理解：重點(diǎn)在于讓學(xué)生理解手寫數(shù)字識別的基本原理，包括圖像處理和模式識別的基本概念。

2.人工智能應(yīng)用的實(shí)際體驗(yàn)：引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)際操作體驗(yàn)人工智能技術(shù)，理解其在生活中的應(yīng)用。

難點(diǎn)：

1.復(fù)雜算法的初步理解：學(xué)生可能難以理解復(fù)雜的算法和模型，需要教師通過簡化解釋和實(shí)例幫助理解。

2.實(shí)踐操作中的問題解決：學(xué)生在實(shí)踐操作中可能會遇到各種問題，需要教師提供有效的指導(dǎo)和支持。

解決辦法：

1.結(jié)合實(shí)例講解：通過具體的手寫數(shù)字識別案例，逐步講解算法原理，幫助學(xué)生建立直觀理解。

2.分組討論與協(xié)作：鼓勵學(xué)生分組討論，通過合作解決操作中的問題，培養(yǎng)團(tuán)隊協(xié)作能力。

3.及時反饋與指導(dǎo)：教師應(yīng)及時關(guān)注學(xué)生的操作過程，提供針對性的指導(dǎo)和反饋，幫助學(xué)生克服困難。學(xué)具準(zhǔn)備多媒體課型新授課教法學(xué)法講授法課時第一課時師生互動設(shè)計二次備課教學(xué)資源1.軟硬件資源：計算機(jī)教室、手寫數(shù)字識別軟件（如GoogleTeachableMachine）、攝像頭。

2.課程平臺：學(xué)校內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺。

3.信息化資源：手寫數(shù)字識別相關(guān)教學(xué)視頻、在線教程、案例庫。

4.教學(xué)手段：PPT演示文稿、互動白板、學(xué)生操作手冊。教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課

1.教師角色：首先，我會用親切的語言問候同學(xué)們，然后引入新課的主題。

2.學(xué)生角色：同學(xué)們積極回應(yīng)，準(zhǔn)備好聆聽新知識。

教師：“同學(xué)們，今天我們要一起探索一個令人興奮的主題——人工智能。在現(xiàn)實(shí)生活中，你們是否曾經(jīng)聽說過或體驗(yàn)過人工智能呢？”

二、新課導(dǎo)入

1.教師角色：我將簡要介紹人工智能的發(fā)展歷程及其在各個領(lǐng)域的應(yīng)用。

2.學(xué)生角色：同學(xué)們認(rèn)真聽講，并積極參與討論。

教師：“人工智能，作為21世紀(jì)的重要技術(shù)，已經(jīng)在很多領(lǐng)域展現(xiàn)出了其強(qiáng)大的力量。比如，智能家居、自動駕駛、醫(yī)療診斷等。今天，我們將重點(diǎn)探討人工智能在手寫數(shù)字識別方面的應(yīng)用?！?/p>

三、教學(xué)內(nèi)容

1.教師角色：詳細(xì)介紹手寫數(shù)字識別的原理及其在人工智能中的應(yīng)用。

2.學(xué)生角色：認(rèn)真聆聽，積極思考，并做好筆記。

教師：“首先，我們要了解手寫數(shù)字識別的原理。在手寫數(shù)字識別中，首先需要將手寫的數(shù)字轉(zhuǎn)換成計算機(jī)可以處理的數(shù)字圖像，然后通過圖像處理算法對圖像進(jìn)行處理，最后利用模式識別算法對手寫數(shù)字進(jìn)行分類。這個過程可以分為三個主要步驟：圖像預(yù)處理、特征提取和分類?！?/p>

3.教師角色：通過實(shí)際案例展示手寫數(shù)字識別的應(yīng)用。

2.學(xué)生角色：觀看案例，理解手寫數(shù)字識別在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用。

教師：“下面，我們來看一個手寫數(shù)字識別的應(yīng)用案例。在這個案例中，我們將使用GoogleTeachableMachine軟件來實(shí)現(xiàn)手寫數(shù)字的識別?！?/p>

四、課堂實(shí)踐

1.教師角色：指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行手寫數(shù)字識別的實(shí)際操作。

2.學(xué)生角色：分組進(jìn)行操作，遇到問題時互相討論，并積極尋求教師幫助。

教師：“同學(xué)們，接下來請你們按照分組進(jìn)行操作，利用GoogleTeachableMachine軟件來訓(xùn)練手寫數(shù)字識別模型。在操作過程中，如果有任何問題，請隨時向我提問。”

五、課堂討論

1.教師角色：引導(dǎo)學(xué)生對所學(xué)知識進(jìn)行討論，加深理解。

2.學(xué)生角色：積極參與討論，分享自己的觀點(diǎn)和體會。

教師：“同學(xué)們，現(xiàn)在請你們討論一下，手寫數(shù)字識別在哪些方面對我們的生活有影響？以及我們?nèi)绾螒?yīng)對其中的挑戰(zhàn)？”

六、課堂小結(jié)

1.教師角色：總結(jié)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)重點(diǎn)。

2.學(xué)生角色：回顧課堂所學(xué)，做好筆記。

教師：“通過今天的學(xué)習(xí)，我們了解了手寫數(shù)字識別的基本原理和應(yīng)用。希望同學(xué)們能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識運(yùn)用到實(shí)際生活中，關(guān)注人工智能技術(shù)的發(fā)展?！?/p>

七、布置作業(yè)

1.教師角色：布置作業(yè)，鞏固所學(xué)知識。

2.學(xué)生角色：認(rèn)真聽講，記錄作業(yè)內(nèi)容。

教師：“請同學(xué)們完成以下作業(yè)：查閱資料，了解手寫數(shù)字識別在其他領(lǐng)域的應(yīng)用，并撰寫一篇簡要的報告。下節(jié)課我們將分享彼此的研究成果?！苯虒W(xué)資源拓展1.拓展資源：

-人工智能發(fā)展歷史資料：介紹人工智能從理論到實(shí)踐的演變過程，包括早期的圖靈測試、專家系統(tǒng)、機(jī)器學(xué)習(xí)等關(guān)鍵發(fā)展階段。

-手寫數(shù)字識別技術(shù)發(fā)展：收集相關(guān)歷史文獻(xiàn)和最新研究成果，展示手寫數(shù)字識別技術(shù)的進(jìn)步，如從早期的模板匹配到現(xiàn)代的深度學(xué)習(xí)技術(shù)。

-人工智能倫理案例：收集一些與人工智能倫理相關(guān)的案例，如隱私保護(hù)、數(shù)據(jù)安全、算法偏見等，讓學(xué)生了解人工智能在實(shí)際應(yīng)用中可能遇到的倫理問題。

2.拓展建議：

-閱讀材料：推薦學(xué)生閱讀《人工智能：一種現(xiàn)代的方法》等經(jīng)典書籍，以加深對人工智能基礎(chǔ)理論和應(yīng)用的理解。

-觀看紀(jì)錄片：鼓勵學(xué)生觀看《人工智能：未來已來》等紀(jì)錄片，通過影像了解人工智能在不同領(lǐng)域的應(yīng)用實(shí)例。

-實(shí)踐項(xiàng)目：引導(dǎo)學(xué)生參與學(xué)校的科技創(chuàng)新活動或在線編程競賽，通過實(shí)際操作加深對手寫數(shù)字識別技術(shù)的理解和應(yīng)用。

-交流討論：組織學(xué)生參加學(xué)?；蛏鐓^(qū)的人工智能講座和研討會，與其他對人工智能感興趣的同學(xué)交流心得。

-深入研究：對于對人工智能有濃厚興趣的學(xué)生，可以引導(dǎo)他們深入研究特定的人工智能子領(lǐng)域，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自然語言處理等。

-社會實(shí)踐：鼓勵學(xué)生參與社會實(shí)踐活動，如參與智慧城市建設(shè)、智能醫(yī)療項(xiàng)目等，將理論知識應(yīng)用于實(shí)際問題解決中。

-倫理思考：引導(dǎo)學(xué)生思考人工智能倫理問題，撰寫小論文或參與辯論，培養(yǎng)批判性思維和道德判斷能力。

-跨學(xué)科學(xué)習(xí)：建議學(xué)生探索人工智能與其他學(xué)科（如心理學(xué)、社會學(xué)、哲學(xué)）的結(jié)合，拓寬知識視野，促進(jìn)跨學(xué)科創(chuàng)新。內(nèi)容邏輯關(guān)系①手寫數(shù)字識別原理：

-圖像預(yù)處理：圖像的灰度化、二值化、噪聲消除等。

-特征提取：邊緣檢測、輪廓提取、特征點(diǎn)提取等。

-分類算法：支持向量機(jī)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、決策樹等。

②人工智能在手寫數(shù)字識別中的應(yīng)用：

-教學(xué)案例：GoogleTeachableMachine的使用。

-應(yīng)用實(shí)例：銀行自動取款機(jī)、智能手寫輸入法等。

③人工智能技術(shù)的倫理考量：

-隱私保護(hù)：用戶數(shù)據(jù)的收集和使用。

-數(shù)據(jù)安全：防止數(shù)據(jù)泄露和濫用。

-算法偏見：避免算法歧視和偏見。

④學(xué)生實(shí)踐活動：

-實(shí)踐操作：分組進(jìn)行手寫數(shù)字識別軟件的使用。

-問題解決：遇到問題時的討論和解決方案。

-反饋與評價：教師對學(xué)生的操作進(jìn)行評價和反饋。課后作業(yè)1.實(shí)踐作業(yè)：

-題目：使用GoogleTeachableMachine軟件進(jìn)行手寫數(shù)字識別模型的訓(xùn)練，并嘗試將模型應(yīng)用于實(shí)際的手寫數(shù)字圖片。

-解答：學(xué)生需按照以下步驟完成作業(yè)：

1.訪問GoogleTeachableMachine的官方網(wǎng)站，創(chuàng)建一個新項(xiàng)目。

2.選擇“Digits”作為項(xiàng)目類型，并按照提示上傳手寫數(shù)字圖片。

3.選擇合適的模型訓(xùn)練選項(xiàng)，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或決策樹。

4.監(jiān)控訓(xùn)練進(jìn)度，并在模型訓(xùn)練完成后進(jìn)行測試。

5.評估模型的準(zhǔn)確率，并嘗試優(yōu)化模型以提高識別率。

2.分析作業(yè)：

-題目：分析手寫數(shù)字識別過程中，圖像預(yù)處理、特征提取和分類算法各自的作用和重要性。

-解答：

1.圖像預(yù)處理的作用是減少圖像中的噪聲和不必要的細(xì)節(jié)，提高后續(xù)處理的效率。

2.特征提取是從圖像中提取出有用的信息，如邊緣、形狀和紋理，用于后續(xù)的分類。

3.分類算法是核心部分，它根據(jù)提取的特征對手寫數(shù)字進(jìn)行分類。

3.比較作業(yè)：

-題目：比較兩種不同的手寫數(shù)字識別模型（如支持向量機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)）的優(yōu)缺點(diǎn)。

-解答：

1.支持向量機(jī)（SVM）的優(yōu)點(diǎn)是計算效率高，易于理解和實(shí)現(xiàn)。

2.神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn)是能夠處理復(fù)雜的非線性問題，但計算量大，需要大量數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練。

4.設(shè)計作業(yè)：

-題目：設(shè)計一個簡單的用戶界面，用于展示手寫數(shù)字識別的結(jié)果。

-解答：

1.使用圖形用戶界面（GUI）庫（如Tkinter或Qt）創(chuàng)建窗口。

2.設(shè)計輸入?yún)^(qū)域，允許用戶上傳手寫數(shù)字圖片。

3.設(shè)計顯示區(qū)域，用于展示識別出的數(shù)字。

4.實(shí)現(xiàn)按鈕，用于觸發(fā)識別過程并更新顯示區(qū)域。

5.研究作業(yè)：

-題目：研究手寫數(shù)字識別技術(shù)在金融領(lǐng)域的應(yīng)用，包括其優(yōu)勢和挑戰(zhàn)。

-解答：

1.優(yōu)勢：提高交易速度，減少人工錯誤，增強(qiáng)安全性。

2.挑戰(zhàn)：保證識別準(zhǔn)確率，處理復(fù)雜的手寫風(fēng)格，保護(hù)用戶隱私。作業(yè)布置與反饋?zhàn)鳂I(yè)布置：

1.實(shí)踐作業(yè)：要求學(xué)生使用GoogleTeachableMachine軟件，根據(jù)課堂上所學(xué)內(nèi)容，嘗試訓(xùn)練一個手寫數(shù)字識別模型，并上傳至少10張手寫數(shù)字圖片進(jìn)行測試。學(xué)生需要記錄模型的準(zhǔn)確率，并分析可能導(dǎo)致誤差的原因。

2.分析作業(yè)：讓學(xué)生分析手寫數(shù)字識別過程中的圖像預(yù)處理、特征提取和分類算法的作用，并撰寫一篇短文，闡述這三個步驟在提高識別準(zhǔn)確率方面的貢獻(xiàn)。

3.比較作業(yè)：讓學(xué)生比較支持向量機(jī)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在手寫數(shù)字識別中的應(yīng)用，包括它們的優(yōu)缺點(diǎn)和適用場景，并討論在實(shí)際應(yīng)用中如何選擇合適的算法。

4.設(shè)計作業(yè)：學(xué)生需要設(shè)計一個簡單的手寫數(shù)字識別應(yīng)用程序界面，界面應(yīng)包括圖片上傳、識別結(jié)果顯示和錯誤提示等功能。

5.研究作業(yè)：學(xué)生需要查找相關(guān)資料，研究手寫數(shù)字識別技術(shù)在金融領(lǐng)域的應(yīng)用案例，包括如何提高識別系統(tǒng)的魯棒性和安全性。

作業(yè)反饋：

1.實(shí)踐作業(yè)反饋：教師將檢查每個學(xué)生的模型訓(xùn)練過程和測試結(jié)果，對模型的準(zhǔn)確率進(jìn)行分析，并對學(xué)生操作中遇到的問題提供解決方案。對于未能達(dá)到預(yù)期準(zhǔn)確率的學(xué)生，教師將提供改進(jìn)模型的方法，如調(diào)整參數(shù)、增加訓(xùn)練數(shù)據(jù)等。

2.分析作業(yè)反饋：教師將評估學(xué)生的分析能力和對理論知識的理解程度，對學(xué)生的論述進(jìn)行評分，并提出改進(jìn)建議，如加強(qiáng)邏輯性、補(bǔ)充相關(guān)研究等。

3.比較作業(yè)反饋：教師將檢查學(xué)生對兩種算法的比較是否全面，是否能夠準(zhǔn)確指出每種算法的優(yōu)缺點(diǎn)。對于理解不夠深入的學(xué)生，教師將提供更詳細(xì)的解釋和比較案例。

4.設(shè)計作業(yè)反饋：教師將評估學(xué)生的界面設(shè)計是否直觀易用，功能是否完善。對于