1.3人工智能研究内容与应用教学设计人教-中图版高中信息技术选择性必修4

第1章人工智能概述1.3人工智能研究内容与应用教学设计教学背景信息科技是现代科学技术领域的重要部分，主要研究以数字形式表达的信息及其应用中的科学原理、思维方法、处理过程和工程实现。当代高速发展的信息科技对全球经济、社会和文化发展起着越来越重要的作用。义务教育信息科技课程具有基础性、实践性和综合性，为高中阶段信息技术课程的学习奠定基础。信息科技课程旨在培养科学精神和科技伦理，提升自主可控意识，培育社会主义核心价值观，树立总体国家安全观，提升数字素养与技能。教材分析本节课的教学内容选自人教/地图出版社选择性必修4人工智能初步第1章人工智能概述1.3人工智能研究内容与应用。在一次北京国际消费电子博览会上，首次亮相的“小蚂哥”吸引了众多观众，大家纷纷上前与其互动。“小蚂哥”是一款用于无人配送的智能物流机器人，到达目的地后会自动通过语音通知客户取货，在一定区域范围内实现自动化配送。“小蚂哥”具有卫星定位、自主行驶、主动避障和规划路线等多种功能，应用了机器人自主定位、计算机视觉、嵌入式控制和机械设计等多种技术。除此之外，还有许多人工智能技术已经应用于人们的生产和生活当中。人工智能（ArtificialIntelligence，AI）对社会的影响，远比人们今天所认识的还要广泛。本章将以“人工智能在身边”为主题开展项目活动，引领同学们了解人工智能的典型应用，感受人工智能给我们生活带来的巨大变化，体验人工智能新应用，关注人工智能的发展趋势，激发同学们学习人工智能课程的兴趣。教学目标1.了解人工智能的主要研究内容和重点应用领域。2.了解人工智能的应用现状，知道人工智能的典型应用。3.能够发现身边的人工智能，感受人工智能对我们生活的影响。教学重点与难点教学重点:了解人工智能的主要研究内容和重点应用领域。教学难点:能够发现身边的人工智能，感受人工智能对我们生活的影响。教学方法与教学手段案例分析法、讲授法、任务驱动法。教学过程问题导入体验探索智能中的人工智能智能是目前普及率和使用率非常高的电子产品。随着人脸识别、语音翻译、智能遥控、娱乐休闲、电子商务和个人理财等众多应用程序的开发和应用，人们的生活变得更加便捷。例如，语音翻译技术不仅可以做到实时翻译，还可以用标准的发音朗读文字。语音翻译技术作为跨语言沟通的桥梁，极大地方便了不同语种国家和地区的人们之间的交流。语音翻译技术主要应用于会议记录、语音笔记和实时字幕等场景以及社交聊天等应用程序，如图1.3.1所示。思考：生活中你是否体验过语音翻译技术的应用？如果体验过，试分析该应用的功能是如何实现的。人工智能的主要研究内容人工智能是一门综合性学科，涉及哲学、心理学、认知科学、计算机科学、数学和工程学等学科，这些学科为人工智能的研究和发展提供了丰富的知识基础和研究方法。思考活动智能菜单翻译我们在异国旅游的时候，自然要品尝当地美食。使用拍摄菜单照片，“智能菜单翻译”应用程序就可将照片中的菜品文字内容翻译出来，让点菜不再困难，如图1.3.2所示。“智能菜单翻译”应用程序依托海量的菜品语言数据资源，基于深度学习技术，通过高效的训练平台，在大规模通用模型基础上，实现了精准的翻译。思考：拍照翻译与语音实时翻译的区别是什么？这两种智能翻译功能应用了人工智能的哪些技术？人工智能的主要研究内容如表1.3.1所示。表1.3.1人工智能的主要研究内容研究内容描述知识表示知识表示是对知识的一种描述，或者说是一组约定，是一种计算机可以接受的用于描述知识的数据结构。对知识进行表示的过程就是把知识编码成某种数据结构的过程专家系统专家系统是一种具有特定领域内大量知识与经验的智能计算机程序系统，即模拟人类专家的计算机程序系统人工神经网络人工神经网络是一种应用类似于大脑神经元连接的结构进行信息处理的数学模型。通过调整内部大量节点之间相互连接的关系，达到处理信息的目的计算机视觉计算机视觉就是用各种成像系统代替视觉器官作为输入手段，由计算机来代替大脑完成处理和解释。计算机视觉的最终研究目标就是使计算机能像人一样，通过视觉观察了解世界，具有自主适应环境的能力自动推理从一个或几个已知的判断逻辑推论出一个新的判断逻辑的思维过程称为推理。自动推理是知识的使用过程，人解决问题就是利用以往的知识，通过推理得出结论模式识别模式识别是通过计算机用数学计算的方法对表征事物或现象的各种形式的信息进行处理和分析，是对事物或现象进行描述、辨认、分类和解释的过程自然语言处理自然语言处理是实现人与计算机之间用自然语言进行有效通信的各种理论和方法人工智能杀毒引擎人工智能杀毒引擎是我国完全自主研发的第三代杀毒引擎（具有我国的自主知识产权）。它采用了人工智能算法模型——支持向量机，不仅查杀速度快、病毒检出率高，而且还具备“自学习、自进化”的能力，无须频繁升级特征库，就能免疫90%以上的加壳和变种病毒，有效解决了前两代杀毒引擎“不升级病毒库就无法查杀新病毒”的技术难题，在全球范围内属于首例。从技术角度来说，对付病毒的关键点就是要把已潜入或打算潜入到用户计算机中的危险程序找出来，而这个“查找”的过程类似于互联网上的搜索引擎。在海量的信息数据中，杀毒软件通过搜索引擎智能地找出已知或未知的病毒，这种“智能”的“查找识别”是新一代杀毒软件的核心所在。研发一个具备学习能力的病毒智能识别引擎，就是让计算机具备人类的学习能力，让计算机自己来发现和学习病毒的变化规律。这样，就能独立地将新老病毒的查杀率提升到前所未有的高度。人工智能杀毒引擎向世界展示了我国自主创新的领先科技成果。阅读拓展人工智能的应用人工智能在众多领域中的应用都取得了举世瞩目的成就，特别是计算机视觉、专家系统、自然语言处理、模式识别和机器人等技术的应用，极大地改变了我们的生活。智能家居智能家居通过物联网技术，实现家庭中硬件设备的互联互通，使用户可以远程遥控设备。设备具有自我学习等功能，可以收集、分析用户行为数据，为用户提供个性化生活服务，使家居生活更加便捷、舒适。例如，远程遥控各类家用电器的运转，通过人脸识别和指纹识别技术实现开锁等，如图1.3.3所示。智能交通智能交通集成了通信、信息采集、信息分析和控制技术。通过网络技术将交通设备进行联通，对交通信息进行采集、分析，并形成决策，达到相互协调、资源优化、高效运转的目的。例如，根据上下班高峰路段车辆信息实时调整道路红绿灯时长，应用电子不停车收费（ElectronicTollCollection，ETC）系统，等等，如图1.3.4所示。智能安防智能安防是通过人脸识别、视频图像分析等技术对图像进行智能判断，实现实时的安全防范和处理。人工智能技术的应用使安防不再是被动防御，而是主动发现、精准判断、及时预警。例如，区域入侵检测、人脸检测等，如图1.3.5所示。智能穿戴智能可穿戴设备正在改变我们的生活方式。它通过便捷的穿戴形式、实时的数据采集、精准的数据分析，为用户提供建议，协助用户解决问题。例如，可穿戴设备会主动提醒作息时间，实时检测身体状况并给出改善建议等。智能物流智能物流利用智能搜索技术，通过分析历史库存数据，建立预测模型，实现对库存商品的动态调整。物流仓库的分拣机器人接到订单后，可以迅速定位商品在仓库内的位置，规划最优拣货路径，完成拣货后自动规划路线，把货物送到打包台，如图1.3.6所示。这不仅节约了劳动力，还提升了物流速度，提高了工作效率。随着人工智能理论和技术的日益发展，人工智能的应用领域也在不断扩大。可以设想，未来的人工智能产品，将会是人类智慧的“容器”。从智能可穿戴设备到智能家居、智能机器人、智能驾驶、智能教育、智能医疗、智能金融、智能工业和智能农业等，人工智能正在不知不觉中改变着人们的生活，人工智能的发展将给人们带来更加美好的未来。阅读拓展智能公交2017年12月2日，全球首批智能公交车（图1.3.7）从深圳福田保税区开出，引起广泛关注。智能公交车满载25人，其中有17个座席和8个站席。车辆运行时速25km，最高时速为30km，单次续航里程可达150km，40min即可充满电。智能公交试运营线路为全长1.2km的环线，设有海梁、深巴、福田三站。目前这条线路只是处于“数据采集试运行阶段”，即“有人驾驶、试验线路、只针对特定人群开放”。该公交车装有智能驾驶公交系统，能实现减速避让、紧急停车、绕行障碍物和自动靠站等功能，基本实现了智能驾驶。项目实施关注人工智能一、项目活动1.结合生活中人工智能的应用场景，尝试说出这些人工智能应用主要涉及的研究内容，感受人工智能给我们生活带来的变化。2.结合本节所学内容，在你了解的人工智能应用中，推荐一个你认为发展前景最好的应用，完成项目报告，并以多媒体的形式呈现研究成果，与全班同学分享、交流。二、项目检查1.结合本节所学内容，能够说出人工智能的主要研究内容和典型应用。2.填写项目报告，如表1.3.2所示，并与全班同学分享、交流。表1.3.2项目报告项目名称项目成员成员分工人工智能的应用功能及应用场景研究内容及相关技术应用价值未来的应用前景3.留存过程性资料，如研究文档、体验过程微视频和体验感受记录等。总结评价1.请同学们总结本章的核心概念与关键能力。2.根据自己的掌握情况填写下表。学习内容掌握程度人工智能的概念□不了解□了解□理解人工智能的基本特征□不了解□了解□理解人工智能的发展历程□不了解□了解□理解人工智能的发展现状□不了解□了解□理解人工智能的主要研究内容□不了解□了解□理解人工智能的应用□不了解□了解□理解□不了解□了解□理解课后作业1.在上不同的翻译应用程序，对比几款应用程序的翻译功能，了解它们各自的特点，推荐你最喜欢的一款。2.利用人工智能开