第六章人工智能及其应用《剖析领域知识智能问答机器人》教学设计20232024学年粤教版高中信息技术必修1

粤教版高中信息技术必修一《剖析领域知识智能问答机器人》教学设计教材分析：这节课是粤教版高中信息技术教材必修一第六章第一节第二小节的内容，在教材中这一小节名叫“剖析领域知识智能问答机器人”，是这一章节学习内容中的重要实例，学习内容包括对智能问答机器人的介绍和智能问答系统的构建方法。它针对高一学生的知识接受能力，对智能问答机器人的构建原理进行介绍，使学生体会人工智能技术的魅力，客观认识人工智能技术对社会发展的影响，培养正确的科学技术应用观。学情分析：本节课授课对象是高一年级学生，经过前五章的学习，学生已经初步了解了高中信息技术课程的教学重点和学习方向，有些学生甚至已经具备了很强的计算机运用技巧和能力。但对于大多数学生而言，对信息的理解和对信息技术的认识还有所欠缺，人工智能和智能化技术更是一个完全陌生的领域。本节课的学习对学生进一步了解信息技术学科的实际应用价值和初步认识人工智能技术有很大帮助。这个年龄段的学生对信息技术有着很强的好奇心，很多学生对人工智能有很大的兴趣。但学生对前沿技术的认知水平有差距，水平高的学生和一般学生的认知能力、思维能力的不同会对教学效果有影响，所以应积极就教学进度与学生沟通。教学目标：根据需求设计领域知识智能问答机器人。经过思考讨论和学习，能够理解并描述智能问答机器人的结构，阐述智能问答机器人的工作原理并列举其在生活中应用的实例。（数字化学习与创新）通过对生活中常见问题和智能机器人的对比探究，产生对科技前沿的兴趣，体会人工智能技术的魅力，并比较计算思维方式与日常思维方式的异同，养成利用计算思维辅助问题解决的习惯。（计算思维）能够客观认识人工智能技术对社会发展的影响，形成正确的科学技术应用观。教学重难点：能够阐述智能问答机器人的结构及其解决问题的步骤。能够解释搭建智能问答机器人的思路。教学过程：抛出问题：“同学们，今天上课之前，老师想先请大家思考一个问题：大家先看一下这张图片，这是一张排列整齐的彩色积木的俯视图，现在我们需要从中找出一个黄色三角形。”“大家是不是很快就找到了呢？那么我们加大难度。请大家从这些散乱的积木中，找到一个黄色三角形吧。是不是也很容易？虽然我们把这种几何体叫做三棱柱，但是大家都知道老师说的三角形指的应该就是它。”“同学可能要说了，这也太简单了，幼儿园小朋友也能找对啊。那么接下来，老师要提出真正的思考题了：如何让计算机从这些积木中找到‘黄色三角形’呢？”“这就是我们今天讨论的话题，请大家把课本翻到第130面，剖析领域知识智能问答机器人。一、什么是领域知识智能问答机器人领域知识智能问答机器人（顾名思义）是在某一领域知识范围内实现人机自动问答的智能信息系统。“同学们，还以这堆积木为例，假设我们需要制造一个按需抓取不同形状彩色积木的机器人，在其实就隐含了一个自动问答的过程。这个抓取机器人，他的知识范围可以只包括这些积木，我们提出的需求，比如黄色三角形积木，这就是一个问题‘在这个机器人／信息系统的知识范围中，哪个是我的问题的答案呢？’，被抓取的黄色积木就是机器人提供给我们的答案。那么同学们，根据我们之前学习编程的经验，大家觉得应该用什么样的思路解决这个机器人的编程问题呢？”（请同学回答问题）“我们首先要教会机器人人类的语言，要给各个积木的形状和颜色下好严谨的定义，让机器人能够判断积木的形状，从中选取‘正确答案’。这当然非常有道理，但是同学们，不要忘了，这是一个幼儿园小朋友都能轻易解决的问题啊，如果按照我们这位同学的想法，那我们的小朋友一定都具有非常成熟的推理能力，她要知道三角形的准确定义是由同一平面内不在同一直线上的三条线段‘首尾’顺次连接所组成的封闭图形，别说给三角形下这么严谨的定义了，小朋友可能对大人的话的理解都不是很到位，他们也没有对积木学进行过系统的研究，那他们是怎么从这些积木里找到‘黄色三角形’的呢？大家思考一下。”“回到我们今天学习的主题问答机器人上来，我们刚才同学提出的，设计一个懂得原理的机器人不好吗？当然是好的，但我们要付出大量的时间和精力，还要解决许多技术难关。我们提出问题的解决方案时，复杂精妙的的方案不一定是最合适的，合适的才是最好的，就像我们参与社会主义现代化建设，三百六十行行行出状元，我们不可能都是最聪明的人，但只要我们勤奋努力，找到合适的岗位，就能够发挥自己的光和热。”“因此，对于这样一个简单的机器人，我们完全可以学习小朋友们的做法。”库的建立：问题库对应指令，答案库对应积木。“我们首先要建立一个库，我们称他为文档库模块，这就相当于我们的生活经验，这个大库中包括一个问题库和一个答案库，以及其他关键词或专家提供的知识。问题库里面有很多常见的问题，而答案库中存有每个问题相应的解答。我们编写一些可以在文档库中检索的程序，作为信息检索模块。如果检索到了和问题库一样，也就是我们已有的经验中相同的问题，我们直接用答案库中对应的答案进行回答就可以了。这个进行回答的模块，我们称之为‘常见问题解答模块’（FAQ）。”库中已有的问题与解答:拿一个三棱柱；拿一个黄色积木；拿红色圆柱；“但更多的时候，我们遇到的问题不是这么标准的。”新问题：1、抓三棱柱；2、拿一个三角形；以上两种操作放在一个模块中，我们把它称为问题理解模块。拿一个黄色三角形；（机器人提取到的关键词可能有很多，比如“黄色”“三棱柱”“三棱锥”，我们用一个衡量标准对包含一个以上这些关键词的答案进行排序，把分数最高，也就是最相似的问题的答案拿出来）包含这些功能的模块，我们称之为答案抽取模块。这样，一个简单的领域知识问答机器人就构建完成了，他只能在已有的知识库内寻找答案，但架构起来十分简单，且能满足用户大部分的需求，比如我们常常见到的淘宝店铺机器人客服，就是领域知识问答机器人的一种，他不算太聪明，却极大的减小了人工客服的工作压力，防止客服需要大量回答重复问题，节约了人力资源，他的随问随答也为顾客提供了便利。“好，同学们，那我们今天课堂的主要内容到这里就已经全部探讨完了，在下一节课中老师将会带领大家仔细讨论每个模块的原理和作用。那么，同学们现在是否对于领域知识智能问答机器人有了一定的了解呢？让我们来一起回顾一下吧。有没有同学愿意和我们分享一下这节课