1.1人工智能基础教学设计人教-中图版高中信息技术选择性必修4

第1章人工智能概述1.1人工智能基础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1.1人工智能基础。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.理解人工智能的概念，知道人工智能的基本特征。2.通过体验和探索，激发对人工智能技术的学习兴趣。教学重点与难点教学重点:理解人工智能的概念，知道人工智能的基本特征。教学难点:通过体验和探索，激发对人工智能技术的学习兴趣。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人脸识别某学校宿舍门口安装了门禁系统，人员进门时需要直视屏幕，完成“刷脸”操作，脸部识别成功，确认身份后，机器会发出“欢迎回家”的声音，同时打开门锁。本案例中应用的人脸识别技术属于人工智能的范畴，它还应用于考勤签到和安防监控等领域。同学们可以按照以下步骤，体验人脸识别技术。1.登录人工智能开放平台。2.建立一个包含多张人脸照片的图片比对库。3.上传一张需要识别的人脸照片。4.通过人脸识别技术找出与你上传的那张照片最相似的一张或多张人脸图片（图1.1.1）（参见教材P3）。思考：1.“人脸识别”为什么被认为是人工智能技术？它与生活中使用的其他技术有什么不同？2.生活中你还体验过哪些人工智能应用？试着与同学分享应用体验？初识人工智能人工智能是极具挑战性的领域。目前，信息技术、互联网等领域的发展和突破的关键环节几乎都与人工智能有关，如搜索引擎、智能硬件、机器人和无人机等。思考活动图灵测试“图灵测试”一词来源于计算机科学的先驱艾伦·图灵（AlanTuring）写于1950年的一篇论文——《计算机器与智能》。图灵测试对检验“机器是否具有人类智能”给出了一个可操作的方法：在测试者与被测试者相互隔离的情况下，测试者通过一些装置（如键盘）向被测试者随意提问，如图1.1.2所示，经过5分钟问答后，如果测试者不会有多于70%的机会作出正确的区分，那么这台机器就通过了图灵测试，即被认为具有人类智能。2014年6月，英国雷丁大学宣布，由俄罗斯团队开发的人工智能软件尤金·古斯特曼（EugeneGoostman，一款聊天机器人软件）在英国皇家学会举行的“2014图灵测试”大会上首次通过了图灵测试。尤金模拟的是一个13岁的乌克兰男孩，“他”成功地被33%的评委判定为人类，成为首款通过图灵测试的聊天机器人软件。思考：你认为“尤金·古斯特曼”是否具备了人类智能？通过了图灵测试的机器，是不是就和人一样具有思维和意识了？试阐述你的观点。“人工智能”一词最初是在1956年达特茅斯会议上被提出的。半个多世纪以来，人们从不同的层面对人工智能提出了不同的定义。《辞海》对人工智能的界定为“研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的技术科学”。《不列颠百科全书》（又称《大英百科全书》）则定义人工智能为“数字计算机或者数字计算机控制的机器人在执行智能生物体才有的一些任务上的能力”。我国在《人工智能标准化白皮书（2018版）》中提出“人工智能是利用数字计算机或者数字计算机控制的机器模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统”。实践活动识别网络图片中的文字当我们打开一些社交、电商网站时，会发现屏幕上充斥着各种各样的图片，其中不乏一些广告或敏感信息。通过文字识别技术可以准确识别图片中的文字（图1.1.3）（参见教材P5），从而筛选并屏蔽此类信息。1.任意选取一张带有文字的图片，上传到人工智能开放平台上进行识别。2.任意选取一组带有文字的图片，利用识别技术筛选出包含广告内容的图片。人工智能的基本特征人工智能的基本特征是能够使机器完成一些通常需要人类智能才能完成的复杂工作。思考活动智能陪护机器人智能陪护机器人（图1.1.4）（参见教材P6）主要应用于养老院或社区服务站等场所，它具有生理信号检测、语音交互、远程医疗、智能聊天和自主避障等功能。智能陪护机器人在养老院中能够实现自主导航避障，通过语音和屏幕与人进行交互。配合相关检测设备，智能陪护机器人可以检测和监控血压、心跳和血氧等生理信号，并将数据通过无线网络传输到社区医疗中心；在紧急情况下还可及时报警或通知亲人。它还具有智能聊天功能，可以辅助老人进行心理康复。思考：智能陪护机器人可主动帮助人们完成哪些工作？是如何实现交互的？根据《人工智能标准化白皮书（2018版）》，可将人工智能的特征描述如下。由人类设计，为人类服务，本质为计算，基础为数据人工智能系统是人类设计出的机器，它按照设定的程序逻辑或软件算法通过芯片等硬件载体来运行或工作，通过对数据的采集、加工、处理、分析和挖掘，形成有价值的信息流和知识模型，为人类提供延伸人类能力的服务，实现对人类期望的一些“智能行为”的模拟。能感知环境，能产生反应，能与人交互，能与人互补人工智能系统能借助传感器等器件对外界环境（包括人类）进行感知，可以像人一样通过听觉、视觉、嗅觉和触觉等接收来自外界环境的各种信息，对外界刺激产生文字、语音、表情和动作（控制执行机构）等形式的反应，借助于按钮、键盘、鼠标、屏幕、手势、体态、表情、力反馈、虚拟现实和增强现实等方式，人与机器间可以产生交互，机器设备越来越“理解”人类乃至与人类共同协作、优势互补。这样，人工智能系统能够帮助人类做人类不擅长、不喜欢但机器能够完成的工作，而人类则可以去从事更需要创造性、洞察力、想象力、灵活性、多变性的一些工作。有适应特性，有学习能力，有演化迭代，有连接扩展在理想情况下，人工智能系统能够随环境、数据或任务变化调节自适应参数或优化自身模型，且能够在此基础上通过与云、端、人、物越来越广泛深入的数字化连接扩展，实现机器客体乃至人类主体的演化迭代，以增强系统的适应性、鲁棒性、灵活性和扩展性，来应对不断变化的现实环境，从而在各行各业得到广泛的应用。实践活动体验美颜应用人脸识别是美颜应用的核心技术，人脸识别的准确性决定美颜的效果。它可以对人体面部和五官进行精准定位，以此呈现出自然的妆容。这项技术能实现人脸图像采集检测、人脸图像预处理、人脸图像特征提取以及匹配识别等。系统对图片进行整体扫描，自动精确定位人脸五官的关键点（图1.1.5）（参见教材P7），获取关键点以后，将明显的特征作为脸部美化工作的基础，后期再作进一步处理，例如，增加美妆和萌宠贴图等。任选一款美颜应用进行操作，体验美颜应用的功能，并结合人工智能的特征进行分析。阅读拓展人工智能的划分弱人工智能和强人工智能是美国哲学家约翰·塞尔（JohnSearle）提出的术语，用来描述关于人工智能的两种对立的观点。弱人工智能弱人工智能的观点是：尽管计算机程序在检验关于思维和心灵的假设方面是有价值的，但无论怎样编程，计算机都不可能产生真正的思维或心灵。也就是说，弱人工智能机器即使在某些方面具有非凡的智能水平，但其无法将这些方面的能力迁移到其他方面，更不会具有自主意识。强人工智能强人工智能的观点是：经适当编程的计算机可以产生真正的思维或心灵。强人工智能机器在各方面都能与人类比肩，这样的机器能够真正推理和解决问题，是具有知觉和自主意识的人类级别的人工智能。强人工智能也用来泛指人工智能技术最终将变得超越人类。强弱人工智能的划分不体现在其外部功能上，而是强调人工智能的内省能力。目前，在人工智能专业研究领域，还有一种从可应用性角度将人工智能划分为专用人工智能和通用人工智能的观点。这种划分强调人工智能适用的范围。专用人工智能专用人工智能往往面向特定的任务，需求明确、应用边界清晰、专业领域知识丰富、建模相对简单，在局部智能水平的单项测试中可以超越人类智能。通用人工智能通用人工智能可处理视觉、听觉、判断、推理、学习、思考、规划和设计等各类问题，并能举一反三、融会贯通，是一个更趋近于人类的智能系统。人工智能的近期进展主要集中在专用人工智能领域。专用人工智能在信息感知、机器学习等方面进步显著，但是在概念抽象和推理决策等方面的能力还很薄弱。实现从专用人工智能向通用人工智能的跨越式发展，既是下一代人工智能发展的必然趋势，也是研究与应用领域面临的重大挑战。项目实施体验人工智能一、项目活动1.查找人工智能相关资料，搜索人工智能应用。2.体验不同的人工智能应用，根据体验描述各应用的主要功能和特点。二、项目检查1.完成人工智能开放平台账号的注册，安装相应的应用程序。2.结合本节所学内容，完成人工智能体验，填写项目活动记录，如表1.1.1所示。表1.1.1项目活动记录表体验人工智能人工智能应用主要实现功能特点描述3.留存过程性资料，如操作步骤、体验过程微视频和体验感受记录等。课后作业1.梳理本节所学内容，查阅资料，总结人工智能的概念与基本特征。