计算思维与计算机导论（第2版）（微课版）-教学大纲

《人工智能导论》教学大纲课程编号K100101420课程性质通识教育类课程课程名称人工智能导论IntroductiontoArtificialIntelligence学分/学时2学分/32学时考核方式线上学习/课后作业/随堂测验/实验平时/课堂表现开课年级学期一年级第1学期开课单位人工智能学院适用专业所有本科生专业教学语言中文先修课程无教材[1]宁爱军，王淑敬等.计算思维与计算机导论（第2版）（微课版）[M].北京：人民邮电出版社，2024年8月.执笔人宁爱军审核人一、课程简介《人工智能导论》是面向所有本科专业学生开设的通识必修课。教学目的主要是培养学生智能思维和计算思维，理解人工智能基本原理、计算机系统结构、计算机网络、信息安全技术，具备探索发现问题、分析问题、使用人工智能技术解决专业、工作、学习问题的能力；具备使用计算机技术解决实际问题的能力；通过自主学习、小组实践和人工智能辅助学习，具备自主学习、团队协作、终身学习的能力。党的二十大报告指出“教育、科技、人才是全面建设社会主义现代化国家的基础性、战略性支撑。必须坚持科技是第一生产力、人才是第一资源、创新是第一动力，深入实施科教兴国战略、人才强国战略、创新驱动发展战略，开辟发展新领域新赛道，不断塑造发展新动能新优势。”，报告内容为教学、科研和人才培养指明了方向。课程坚持以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导，培养学生增强“四个意识”、坚定“四个自信”、坚决做到“两个维护”，贯彻落实立德树人的根本任务，在教学过程中将专业知识和课程思政有机统一，潜移默化地融入课程思政要素，激发学生的担当意识和爱国情怀，对树立学生正确的人生观和价值观起到了引领作用。课程主要内容包括人工智能基础、人工智能相关技术、人工智能实践；计算思维、计算机系统、网络、信息安全等信息技术；物联网、云计算、大数据；WPS文字、表格和演示的高级应用。二、课程目标通过本课程的理论学习和实践，使学生达到以下课程思政目标和知识能力目标。目标1：（课程思政目标）通过课程学习和实践，课程思政元素的有机融合，激发学生的担当意识和爱国情怀，引领学生树立正确的人生观和价值观。使学生具备良好的职业道德，具有自主学习、团队协作、终身学习的能力。理解和掌握人工智能基础、人工智能相关技术，以及计算机系统、网络、信息安全，物联网、云计算、大数据、人工智能等新一代信息技术。目标2：能探索发现问题，使用人工智能技术解决问题，能进行人工智能模型训练和开发；能使用WPSAI快速进行创作和数据处理；能使用AIGC辅助解决问题和辅助学习。能综述和表达计算机相关的技术和原理，能分析判断计算机硬件指标；能设计局域网，分析网络故障；能使用信息安全解决实际问题；能使用WPS快速进行文档处理、数据处理、分析和可视化等。三、课程目标、教学方法与毕业要求的对应关系课程目标与毕业要求指标点的对应关系，以及设计的教学内容和采用的教学方法如表1所示。四、基本要求课程教学通过线上学习、课堂教学、上机实践方式实施：（1）线上学习：尔雅通识课系统《人工智能与创新》课程，在任课教师的指导下，按照课程进度观看视频完成指定习题。任课教师在课内进行研讨。雨课堂部分教学内容由学生观看视频、阅读和自主学习完成。（2）课堂教学：由教师按照教学计划组织课堂教学；课前由教师指导学生观看视频、阅读教材完成部分习题，课上由教师组织开展研讨，教师重点讲授部分重点和难点内容。（3）上机与实践：学生提前观看实验指导视频、阅读实验指导内容并进行练习，课内上机时在教师指导下完成上机内容，部分内容边讲边练。人工智能模型训练实验与人工智能创新实验，在教师指导下分组完成，提交报告。在教学过程中采用线上学习、课后作业、实验平时、随堂测验、课堂表现进行过程性评价，过程性评价通过超星尔雅平台、雨课堂平台、WPS练习系统完成。线上学习、课后作业、实验平时、随堂测验必须考虑教学章节中的能力目标，了解学生在学习上的进展情况，并及时反馈，督促学生改进学习状态，教师改进教学方法。课程通过雨课堂、腾讯会议、微信群、QQ群等方式进行线上答疑。五、教学基本内容1人工智能基础篇注：尔雅通识课《人工智能与创新》本章节知识学习要求：1．人工智能概览：什么是AI，计算技术的发展概况，AI的技术领域、应用领域和发展方向，AI的风险与挑战，中国AI发展的困境与道路选择，对未来社会的预测，AI对教育的挑战与应对。2．人工智能的相关技术：算法、大数据和算力，机器学习，神经网络结构与深度学习，LM、Transformer和LLM，基座模型与垂直领域模型，AI与大数据，AI芯片层算力，并行计算架构层算力，哲学视角下的AI。重点：1．人工智能概览。难点：1．人工智能的相关技术。本章节素质培养要求（支持课程目标1）：1．理解人工智能的应用领域；中国在AI领域的发展现状；AI芯片的发展。本章节能力培养要求（支持课程目标2）：1．能描述AI的概念，应用领域等。2．能描述AI相关的技术及其应用，以及对人们生活的影响。2人工智能能力篇注：尔雅通识课《人工智能与创新》本章节知识学习要求：1.让AI更好地理解我。2.“现场招生咨询”的必要性研究——AI辅助确认研究主题和研究方案。3.短期租赁房屋受欢迎程度的影响因素分析——AI辅助论文综述撰写。4.撰写社会实践报告。5.口述历史访谈提纲的编写。6.短视频对青少年的健康影响分析。7.中国新能源汽车主要品牌销量分析。8.构建人物关系图谱。9.制作AI编程助手。10.心理咨询机器人的设计与制作。11.矩阵乘法微信小程序开发。重点：1．使用AIGC，提出问题、探索问题本质、提出解决方案、实施解决方案的过程。难点：1．使用AIGC，提出问题、探索问题本质、提出解决方案、实施解决方案的过程。本章节素质培养要求（支持课程目标1）：1．培养学生的提出问题、探索问题本质、提出解决方案、实施解决方案的能力。本章节能力培养要求（支持课程目标2）：学生能够使用AIGC，完成创新项目。3人工智能与创新实践本章节知识学习要求：1．百度人工智能体验（1）图像识别，图像增强与特效，人脸与人体识别，语音技术，语言理解，语言生成，通用文字识别，卡证文字识别，交通文字识别，票据文字识别，其他文字识别。（2）实验1-百度人工智能体验2．EasyDL（1）EasyDL简介，人工智能产品开发流程：①分析业务需求；②采集/收集数据；③标注数据；④训练模型；⑤评估模型效果；⑥部署模型。（2）分组综合设计实验：实验2-EasyDL模型训练实践。3．WPSAI：（1）WPSAI文字：AI生成通知申请证明，灵感市集，AI排版，AI伴写，AI全文总结。（2）WPSAI表格：AI写公式：成绩判断，提取身份证信息，提取文本，文本处理，AI条件格式。（3）WPSAI演示：AI生成PPT、文档生成PPT、生成单页PPT。（4）实验3-WPSAI实践。4.实验4-人工智能与创新实验。（AI同行创新性求解问题综合能力训练，分组综合实验）（1）观察、好奇并提出感兴趣的问题。（2）在AI辅助下探索问题的本质。（AIGC探究，分析总结）（3）拓展知识和能力。（AI帮助确定解决问题的方法与步骤，选择方法、工具）（4）实际动手解决问题。（使用方法和工具，利用AI能力解决问题）重点：1．WPSAI实践、人工智能体验、EasyDL模型训练，人工智能与创新实验。难点：1．EasyDL模型训练。本章节素质培养要求（支持课程目标1）：1．能够理解人工智能的原理，应用，发现问题。本章节能力培养要求（支持课程目标2）：1．能使用人工智能技术，并分析人工智能技术的应用场景。2．能提出问题、分析问题、进行人工智能模型的训练和部署。3．能使用WPSAI快速完成文字处理、数据处理和演示文稿设计。4．学生能够使用AIGC，完成创新项目。4计算思维和计算本章节知识学习要求：1．计算思维概述：计算思维概念，计算思维与各学科的关系。2．计算与自动计算，计算工具发展史。3．课程思政要点：集成电路的基本思想；芯片的发展之路，国家对核心技术的掌握的重要性。重点：1．计算思维概念；计算工具的发展。难点：1．计算与自动计算。本章节素质培养要求（支持课程目标1）：1．理解集成电路的基本思想、芯片的发展之路。本章节能力培养要求（支持课程目标2）：1．能综述计算思维概念，计算思维与各学科的关系2．能综述计算与自动计算，计算工具发展史。5计算机系统本章节知识学习要求：1．0和1的思维，进位计数制。2．二进制与数据编码。3．图灵与图灵机，图灵测试。冯诺依曼计算机，存储程序控制原理。4．课程思政要点：中国周易学说对计算机发展的贡献；图灵机的基本思想加强学生对计算机系统的而理解；冯诺依曼体系结构对计算机发展的影响，计算机系统各部件分工协作与社会集体的分工协作的关系。重点：1．进位计数制，二进制与数据编码；冯诺依曼计算机。难点：1．二进制与数据编码。本章节素质培养要求（支持课程目标1）：1．理解图灵机的基本思想、冯诺依曼体系结构。本章节能力培养要求（支持课程目标2）：1．能进行进位计数制计算及其转换，能理解数据编码。2．能综述图灵机、图灵测试；能综述冯诺依曼计算机，存储程序控制原理。6计算机硬件本章节知识学习要求：1．现代计算机的结构：总线AB、DB和CB，主板、CPU、存储体系、输入和输出设备、接口、显卡，选购计算机策略。2．单片机。3．高性能计算与分布式计算。4．课程思政要点：我国高性能计算的发展，天河一号、二号、太湖之光等；芯片、光刻机自主研发与发展。重点：1．现代计算机的结构,总线AB、DB和CB。微型计算机体系结构。难点：1．微型计算机体系结构。本章节素质培养要求（支持课程目标1）：1．理解我国高性能计算的发展，理解我国在高科技领域的创新。本章节能力培养要求（支持课程目标2）：1．能综述现代计算机的结构。2．能正确认识微型计算机的性能指标，能选择适合的计算机配置。7计算机软件本章节知识学习要求：1．软件系统概述：软件与硬件的关系，系统软件、应用软件。2．操作系统的主要功能：进程管理、存储管理、磁盘和文件管理、设备管理、虚拟机、虚拟主机、备份和还原操作系统3．课程思政要点：操作系统、数据库系统等产业发展状况；国产麒麟操作系统；华为鸿蒙操作系统。重点：1．软件概念、软件与硬件的关系。2．操作系统的基本功能。3．单机多系统、备份和还原。难点：1．操作系统的基本功能。本章节素质培养要求（支持课程目标1）：1．了解操作系统、数据库系统等产业发展状况，了解国产麒麟操作系统、华为鸿蒙操作系统发展状况。本章节能力培养要求（支持课程目标2）：1．能正确综述软件，软件与硬件的关系。2．能综述操作系统的基本功能，操作系统的功能。8计算机网络技术本章节知识学习要求：1．网络概述。网络定义、主要功能。2．网络的分类。按地理范围分类、使用范围分类、网络拓扑结构分类。3．网络体系结构与协议。4．TCP/IP的网络访问层：网络传输介质、数据传输与控制、硬件设备。5．TCP/IP的网络层：IP地址、IP地址分层结构、特殊IP地址、Ping命令、路由器。6．TCP/IP传输层。7．TCP/IP应用层：客户机/服务器模式，端口号，DNS，WWW服务，电子邮件，FTP，远程登录与远程桌面。8．局域网接入Internet。9．信息检索：国际三大检索、国内文献检索系统、搜索引擎。10．课程思政要点：国家网络发展情况；5G的发展；IPV6发展；互联网+创新创业；网络协议的分层结构思想。重点：1．网络，网络协议。2．IP地址、端口号与域名；局域网接入Internet。3．网络应用层的各项协议的应用。难点：1．IP地址、端口号与域名。本章节素质培养要求（支持课程目标1）：1．理解国家网络发展情况、5G的发展，能够开展互联网+创新创业。本章节能力培养要求（支持课程目标2）：1．能综述网络体系结构与分层的思想，各层的技术要点，能应用网络技术解决问题；能设计小型局域网接入Internet；能分析网络中出现的故障原因。9信息安全技术本章节知识学习要求：1．信息安全概述：信息安全的含义，信息安全的风险来源。2．信息安全防范措施：数据备份，双机热备份，数据加密，数字签名，身份认证，防火墙，漏洞、后门、补丁程序和安全卫士，提高物理安全。3．计算机病毒和木马：病毒概述，病毒的传播途径，病毒防治，木马。4．信息社会的道德规范。5．知识产权保护。6．课程思政要点：信息安全的含义，棱镜门事件与信息安全；AFgl病毒与伊拉克战争；病毒与木马；信息社会的道德规范，知识产权保护；信息安全与国家安全。来历可疑的U盘等存储介质的处理和对策。个人信息保护法，国家安全保护法。重点：1．信息安全的含义，信息安全的防范措施。2．计算机病毒与木马。难点：1．信息安全的防范措施，病毒与木马本章节素质培养要求（支持课程目标1）：1．理解信息安全的含义，具备较强的信息安全意识和能力；形成正确的国家安全观。本章节能力培养要求（支持课程目标2）：1．能综述信息安全的含义，能使用各种信息防范措施解决信息安全问题；能分析信息安全事件中的安全问题。10物联网本章节知识学习要求：1．物联网概述。2．感知层：无线射频识别，二维条形码，传感器，定位技术。3．网络层：移动通信系统，ZigBee等。4．应用层。5．物联网与人工智能。6．课程思政要点：物联网在我国的应用情况，物联网与人工智能的关系。重点：1．物联网的结构，技术要点难点：1．物联网与人工智能的关系。本章节能力培养要求（支持课程目标1）：1．理解物联网的基本原理和技术要点，掌握物联网的应用场景。11云计算本章节知识学习要求：1．云计算概述：云计算概念，特征，云计算业务模型。2．云计算相关技术：硬件技术、分布式技术、虚拟化技术。3．云计算的应用。4．云计算与人工智能。5．课程思政要点：云计算在我国的应用情况，云计算与人工智能的关系。重点：1．云计算的结构，技术要点难点：1．云计算与人工智能的关系。本章节能力培养要求（支持课程目标1）：1．理解云计算的基本原理和技术要点，掌握云计算的应用场景。12大数据本章节知识学习要求：1．大数据概述。2．大数据处理过程：数据采集与预处理、数据管理、数据处理、数据可视化。3．大数据的应用。4．大数据与人工智能。5．课程思政要点：大数据在我国的应用情况；大数据与网络杀熟的关系；大数据与人工智能的关系。重点：1．大数据的处理过程、技术要点难点：1．大数据与人工智能的关系。本章节能力培养要求（支持课程目标1）：1．理解大数据的处理过程，掌握大数据的应用场景。13人工智能本章节知识学习要求：1．人工智能概述。2．人工智能相关技术：计算机视觉、机器学习、自然语言处理技术、机器人技术、语音识别技术。3．人工智能应用：无人驾驶、人脸识别、机器翻译、智能客服、AIGC。4．课程思政要点：人工智能在我国的应用情况。重点：1．人工智能相关技术。难点：1．人工智能模型训练。本章节能力培养要求（支持课程目标1）：1．能提出问题，开发人工智能模型产品；用好WPSAI；体验人工智能。14WPS文字高级应用本章节知识学习要求：1．文字处理操作：文字处理基本操作、查找与替换、绘制流程图、绘制思维导图、邮件合并。2．样式：创建样式、应用样式、修改样式。3．页眉页脚：分页符和分节符、设置页眉页脚、设置页码。4．其他文档排版方法：多级列表、题注、脚注与尾注、交叉引用、参考文献、自动生成目录。5．审阅文档：批注、修订。6．实验：WPS练习系统，综合练习。7．课程思政要点：灵活使用高级排版技术，快速、高效、准确地完成工作。重点：1．文档排版中能够提高效率和准确性的各项高级工具。2．通过实验练习上述高级工具。难点：1．分节的方法，文档中设置不同页眉页脚。本章节素质培养要求（支持课程目标1）：1．掌握灵活使用高级排版技术，能够快速、高效、准确地完成工作。本章节能力培养要求（支持课程目标2）：1．掌握WPS文字高级排版技巧，能高效快速完成排版工作。15WPS表格高级应用本章节知识学习要求：1．表格编辑：WPS表格基本操作、输入数据、填充、复制与选择性粘贴、条件格式。2．公式与计算：运算符与表达式、输入公式、函数。3．单元格引用：相对地址引用、绝对地址引用、混合地址引用、外部引用。4．常用函数：MAX函数与MIN函数、IF函数、SUMIF函数与SUMIFS函数、AVERAGEIF函数、COUNT函数与COUNTA函数、COUNTIF函数与COUNTIFS函数、VLOOKUP函数与HLOOKUP函数。5．数据处理与分析：数据有效性、数据排序、数据筛选、删除重复项、分类汇总、数据透视表。6．图表：创建图表、编辑图表。7．实验：WPS练习系统，综合练习。8．课程思政要点：通过公式、函数等方法，使用计算机技术解决学习工作生活的实际问题。重点：1．数据处理与分析中能够提高效率和准确性。2．公式函数，数据处理与分析。难点：1．公式函数，数据处理与分析。本章节素质培养要求（支持课程目标1）：1．理解人工完成数据处理和分析容易出错、效率低，具备利用计算机技术高效准确地解决问题的理念。本章节能力培养要求（支持课程目标2）：1．能使用WPS表格高效、准确地完成数据处理与分析，解决问题的理念和能力。16WPS演示高级应用本章节知识学习要求：1．演示文稿的设计理念：演示文稿的内容设计、演示文稿设计的原则。2．创建演示文稿：新建演示文稿、幻灯片版式、新建幻灯片、添加元素。3．演示文稿设计：概述、母版、幻灯片切换、幻灯片动画。4．演示文稿交互：超链接、动作按钮、幻灯片放映。5．实验：WPS练习系统，综合练习。重点：1．快速高效设计演示文稿。2．演示文稿的设计理念。难点：1．幻灯片动画设计本章节能力培养要求（支持课程目标2）：1．能使用WPS快速完成演示文稿设计，结构合理，美观，整体效果好。六、教学安排及学时分配本课程采用线上线下混合式教学模式，学时分配与教学安排见表2。表2学时分配与教学安排章节名称讲授线上上机实验测试1人工智能基础篇5测试12人工智能能力篇53人工智能与创新实践26实验1-百度人工智能体验实验2-EasyDL-模型训练实践实验3-WPSAI实践实验4-人工智能与创新实验4计算思维和计算21测试25计算机系统