信息技术（第2版）（拓展模块） 教案 拓展模块5 5.1 认识人工智能

2/8课题名称人工智能基本知识与社会价值授课类型理实一体授课对象授课课时所授课程授课地点所授教材一、学情分析本课程授课对象为高职各专业大一学生，课程开设在大一第2学期，学生在知识储备、学习特点和信息素养的情况如下：1.知识与技能储备通过信息技术课程基础模块的学习,学生已经理解了新一代信息技术的基本概念，了解了新一代信息技术的技术特点、典型应用和技术融合，掌握了常用搜索引擎的搜索方法，能通过网页、社交媒体等不同信息平台进行信息检索。2.学习特点授课对象都是零零后的学生，在学习方面表现出如下特点：（1）喜好电脑与互联网的应用，线上操作所见即所得可以引发学习兴趣；（2）喜欢情境设定，参与其中，厌烦平淡无奇的说教；（3）乐于接受可视化教学资源，反感静态纸质学习材料；（4）偏爱颗粒化、模块化的学习过程，排斥时间冗长的教学过程。3.信息素养学生通过信息技术课程的学习，具备了基础的信息技术学科素养，但是在人工智能方面仍需进一步拓展、加强二、教学内容1.知识目标2.能力目标3.素养目标1.教学重点八、教学环节教学环节教学内容教学活动策略与意图环节一单元导入(10分钟)【问题导入】问题：你在学习、生活、娱乐中用到过那些人工智能？提示：手机上的人工智能、生活中用到的人工智能、电影中的人工智能等。【学习目标】了解人工智能的概念、基本特征和社会价值。了解人工智能的发展历程，及其在互联网及各传统行业中的典型应用和发展趋势。熟悉机器学习的基本原理、开发流程和开发步骤。了解人工智能涉及的核心技术及部分算法，能使用人工智能相关应用解决实际问题。熟悉人工智能技术应用的常用开发语言、开发框架、集成开发环境以及各种开发平台，了解其特点和适用范围。能辨析人工智能在社会应用中面临的伦理、道德和法律问题。【知识图谱】教师活动1.提出问题，展示一些人工智能应用图片2.介绍本单元的学习目标学生活动2.谈发生在身边的人工智能3.思考记录1.问题教学法：问题导入课程，激发学生对人工智能的好奇心与学习愿望。2.讲授教学法：介绍人工智能概述、单元学习目标和单元知识图谱，使学生了解单元教学内容的全貌教学环节教学内容教学活动策略与意图环节二理解人工智能(15分钟)1.什么是人工智能（1）定义：人工智能（英文缩写为AI）是研究如何应用机器(主要是计算机)来模拟人类某些智能行为的基本理论、方法和技术。（2）解释：通过人工智能技术研究人类智能活动的规律，生产出一种能与人的智能相似的方式做出反应的智能机器。这种智能机器能够通过机器视觉、机器听觉、机器触觉、人机交互等方式来认识周围的环境和需要解决的问题，能够像人一样判断、推理、学习、预测、证明，能够根据要达到的目标进行决策或采取相应的行动。（3）简单归结：人工智能是使用机器模拟人类智能的技术（4）本质：人工智能是对人类思维信息过程的模拟，其主要目的是赋予机器特有的视听说动及大脑抽象思维能力。2.实现思维模拟的两个途径（1）结构模拟（2）功能模拟3.机器智能同人类智能的区别（1）物质基础方面（2）情感、道德、自主意识方面（3）任务的通用性方面（4）任务目标方面4.图灵测试如果一个人和一台机器作为测试对象并与测试者隔开，测试者只能通过类似终端的文本设备向测试对象随意提问，然后根据测试对象给出的答案判别哪个是真人、哪个是机器。经过多轮问答后，如果机器能够让平均每个测试者做出超过30%的误判，那么这台机器就通过了测试，并被认为具有类似人类的智能。5.人工智能的分类（1）弱人工智能（2）强人工智能（3）超人工智能教师活动1.提问“什么是人工智能？”2.讲解历史上各种人工智能定义，启发学生从不同角度思考问题如何判断一台机器是否具有智能？讲解图灵测试6.讲授人工智能分类，着重强调目前人工智能的水平（弱人工智能），强人工智能的困难，超人工智能的科幻性学生活动明确学习任务2.3.积极思考，回答问题4.参与互动讨论5.思考记录1.讲授教学法：多角度介绍人工智能概念，使学生加深对人工智能的理解2.讨论法：通过机器智能同人类智能的区别的问题讨论，促进学生对人工智能概念的理解。3.问题教学法：通过多个提问，引导学生逐步深入认识人工智能的本质教学环节教学内容教学活动策略与意图环节三了解人工智能的基本特征(15分钟)1.机器智能由人类设计并为人类服务智能机器是人设计出来的机器，其中的“智能”按照人设定的算法及其程序代码在人发明的芯片等硬件载体中运行，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2.机器智能本质上体现为计算，基础是数据从本质上说，人工智能是运行于计算机上的程序代码所表现出来的能力，程序代码按照软件算法通过对数据的采集、加工、处理、分析和挖掘，形成有价值的信息流和知识模型并根据给定的输入做出判断或预测，计算和数据使机器获得了智能。3.机器智能具有感知环境、产生反应的能力人工智能具有借助传感器等器件感知外界环境的能力，能够像人一样通过听觉、视觉、触觉等接收来自环境中的各种信息，能够借助按钮、键盘、鼠标、屏幕、手势、体态、表情、力反馈、虚拟现实与增强现实等方式与人交互，能够对外界的输入产生文字、语音、表情、动作等必要的反应，从而影响到环境或人类。4.机器智能拥有学习和适应能力，可以演化迭代人工智能具有一定的随环境、数据或任务变化而自适应调节参数或更新优化模型的能力，可以利用过去的数据和行为去学习其中蕴含的规律或判断规则，以获取新的知识或技能，并不断提高自身的能力。案例：AlphaGo教师活动1.组织学生讨论人工智能的基本特征（提示：人工智能与众不同的地方）2.归纳讨论结果并加以补充完善3.给出机器智能拥有学习和适应能力的案例学生活动。1.讨论法：通过人工智能基本特征讨论，促进学生对人工智能的进一步理解2.案例分析法：通过AlphaGo案例，进一步理解智能的学习和适应能力教学环节教学内容教学活动策略与意图环节四了解人工智能的主要研究领域(25分钟)1.机器学习机器学习就是专门研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为的科学，其目的是让机器能像人一样具有学习的能力。深度学习强化学习2.知识工程以知识为处理对象，研究如何用机器实现知识的获取、表示、推理和决策，其目标是构造出高效的知识处理系统。专家系统知识图谱3.自然语言处理以语言为研究对象，通过建立可计算模型，帮助计算机理解、翻译、生成人类语言，从而实现人与计算机之间用自然语言进行信息交流的目的。自然语言理解自然语言生成4.语音识别与合成语音识别就是让机器通过识别和理解把语音信号转变为相应文字的过程，它与自然语言理解技术相结合，能让机器听懂人的声音。语音合成是让机器通过规则和理解将任意的文本转换成标准流畅的语音输出，从而让机器能够像人一样开口说话。5.计算机视觉计算机视觉是一门关于如何运用计算机来感知、加工和理解客观世界中三维场景的学问。形象地说，就是给计算机安装上眼睛（照相机）和大脑（算法），让计算机具有“看懂”的智能。6.智能机器人将人工智能技术应用于机器人，使机器人具有感知、思考和行动能力。教师活动1.讲授机器学习，介绍两个重要的研究方向及AlphaGo案例2.讲授知识工程，介绍专家系统和知识图谱。案例：学生-课程知识图谱3.讲授自然语言处理，演示中英文翻译4.讲授语音识别与合成，演示语音转换文本5.讲授计算机视觉，演示计算机视觉处理结果6.讲授智能机器人，演示机器人行走学生活动2.动手操作一些演示案例。3.思考记录1.讲授教学法：通过介绍人工智能的主要研究领域，使学生了解人工智能主要包含的内容及应用范围，初步了解人工智能各学科之间的关系2.案例分析及演示：通过案例分析及演示人工智能各个研究领域的典型应用，使学生能够初步辨识身边的哪些产品使用了哪方面的人工智能技术教学环节教学内容教学活动策略与意图环节五了解人工智能的社会价值(15分钟)1.解放劳动生产力随着人工智能在各行各业的普及应用，越来越多的工作岗位将被人工智能取代，人类摆脱了简单、繁复的日常工作，能从事更轻松、更有意义的工作并获得更多的休闲时光，现有劳动力将得到极大解放。2.提高医疗水平人工智能可以在许多方面颠覆性地提升人类战胜疾病的能力。3.提升社会治理能力将人工智能运用于社会治理中，可以降低社会治理成本，提升治理效率，减少治理干扰，实现精准决策。4.改善生存条件人工智能技术可以改善人类生存条件，为人类提供安全环境。5.解决人类面临的严重问题环境污染、能源危机等问题是人类面临的巨大挑战，关乎世界的发展和人类的命运，而人工智能技术能为解决人类面临的这些严重问题提供颠覆性的解决方案。6.认识自然与社会规律人工智能正在逐步走入科研领域，帮助人类探索未知，认识自然与社会规律。7.优化生活品质人工智能可以改变人类的生活方式，优化生活品质。教师活动1.组织学生讨论人工智能的社会价值2.给出人工智能的一些应用实例启发引导学生3.将学生在讨论中提出的一些应用实例归纳到某个方面的社会价值中4.总结讨论结果并加以补充完善学生活动。1.讨论法：通过人工智能社会价值讨论，提高学生对人工智能社会价值的认识2.启发式教学：通过给出人工智能的一些应用实例，引导学生探索人工智能社会价值教学环节教学内容教学活动策略与意图环节六考核评价与教师小结(10分钟)1.通过学习通课程平台，完成本小节的考核评价测试试题。2.通过学习通课程平台教师端，汇总分析考核评价的总体情况3.回顾学习内容九、反思与改进成功之处：不足之处：2/7课题名称人工智能发展历程、应用领域和发展趋势授课类型理实一体授课对象授课课时所授课程授课地点所授教材一、学情分析本课程授课对象为高职各专业大一学生，课程开设在大一第2学期，学生在知识储备、学习特点和信息素养的情况如下：1.知识与技能储备学生初步理解了人工智能的定义、基本特征，了解了人工智能的社会价值，初步了解了人工智能一些主要的研究领域，熟悉了一些人工智能产品，2.学习特点授课对象都是零零后的学生，在学习方面表现出如下特点：（1）喜好电脑与互联网的应用，线上操作所见即所得可以引发学习兴趣；（2）喜欢情境设定，参与其中，厌烦平淡无奇的说教；（3）乐于接受可视化教学资源，反感静态纸质学习材料；（4）具有较强的求知欲，希望比较全面地了解人工智能应用。3.信息素养学生具备了基础的信息技术学科素养，对人工智能有了一定的了解，逐步二、教学内容1.知识目标2.能力目标3.素养目标1.教学重点八、教学环节教学环节教学内容教学活动策略与意图环节一课程回顾与学习目标(10分钟)【问题导入】1.什么是人工智能？2.人工智能主要研究领域有哪些？【学习目标】了解人工智能的概念、基本特征和社会价值；了解人工智能的发展历程和发展趋势；了解人工智能在互联网及各传统行业中的典型应用。教师活动1.提出问题，借此回顾上次课所讲内容2.介绍本单元的学习任学生活动2.思考记录1.问题教学法：复习上次课主要内容2.讲授教学法：介绍学习目标，使学生明确本次课的要求教学环节教学内容教学活动策略与意图环节二了解人工智能发展历程(20分钟)1.人工智能诞生介绍达特茅斯会议情况。会议确定了人工智能的名称和任务，其主题抓住了许多重要问题的焦点，今天的许多经典定义都能在这次会议中找到起源，因此这是一次具有历史意义的重要会议，标志着人工智能正式诞生。2.第一次浪潮（1956—1974）自达特茅斯会议之后的近20年间，人工智能的研究在机器学习、问题求解、专家系统、定理机器证明及人工智能语言等方面都取得了许多引人瞩目的成就。但随后人工智能发展遭遇了无法克服的基础性障碍，许多机构逐渐停止了对人工智能研究的资助，人工智能遭遇了第一次低谷。3.第二次浪潮（1980--1987）专家系统遍地开花，人工神经网络等技术取得新的进展。但随后专家系统所存在的知识领域狭窄、知识获取困难、适应性差和测试维护复杂等问题逐渐暴露出来，专家系统开始在商界失宠，人工智能在遭遇了一系列财政问题后进入了第二次低谷。4.第三次浪潮（1993至今）2006年，加拿大多伦多大学的科学家杰弗里·辛顿（GeoffreyHinton）提出深度学习。2012年，由辛顿和他的两名学生设计的深度卷积神经网络AlexNet在大规模视觉识别挑战赛上一举夺魁，并将图像分类任务在1000个类别上的top5错误率降至15.3%，比第二名领先10.8%。至此，深度学习引爆了新一轮人工智能发展。教师活动学生活动讲授教学法：用讲故事的方法叙述人工智能的发展历程，揭示人工智能发展的曲折性，引导学生面对困难勇于创新，同时增强学生对人工智能技术的进一步理解教学环节教学内容教学活动策略与意图环节三了解人工智能在互联网及各传统行业中的典型应用(30分钟)1.人工智能在互联网行业中的应用（1）智能搜索引擎（2）智能推送（3）智能移动支付（4）智能客服2.人工智能在工业领域中的应用（1）日常检修（2）生产线设备参数优化（3）质量检测（4）仓储物流3.人工智能在农业领域中的应用（1）现场监测（2）评估农作物和土壤（3）农业机器人4.人工智能在安防领域中的应用（1）警用方向（2）民用方向智能楼宇工业园区监控家用安防教师活动1.组织学生分组查阅、讨论人工智能在各行业中的典型应用2.给出互联网行业、工业领域、农业领域、安防领域中的一些典型应用实例启发引导学生3.与学生共同讨论分析典型应用案例中使用了哪些方面的人工智能技术4.总结讨论结果并加以补充完善学生活动1.讨论法：通过人工智能在各行业中的典型应用讨论，开拓学生视野，培养良好的数字化学习和交流沟通能力2.案例分析法：通过分析典型应用案例，使学生能够辨识一些人工智能典型应用中使用了哪方面的人工智能技术教学环节教学内容教学活动策略与意图环节四了解人工智能的发展趋势(15分钟)1.实现跨媒体分析推理未来人工智能将逐步向人类智能感知靠近，模仿人类综合利用视觉、语言、听觉、触觉等全维度感知信息，突破跨媒体统一表征、关联理解与知识挖掘等技术，实现跨媒体的认知、学习、推理、设计、创作、预测等功能。2.基于网络的群体智能技术开始萌芽未来人工智能将从单个智能体向基于互联网的群体智能转变。群体智能具有统筹优化、鲁棒性强和信息共享高效等优点，可以实现基于