信息技术（第2版）（拓展模块）拓展模块 教案汇 张丹阳 项目1-5 程序设计 -Web和FTP服务器的配置与管理

课程名称信息技术学习任务认知云计算小组名称积极参与课堂互动情况生生互助协同情况学习过程中遇到的问题及解决方法备注课题名称认识大数据授课类型理论课授课对象授课课时所授课程授课地点所授教材一、学情分析知识技能储备方面：通过前2个模块的学习,学生已经掌握了计算机的基础操作，对信息技术的发展有了一定的了解二、教学内容四、教学重难点学习通资源：验收评价表：学生课前自学、课堂表现和作业质量的最终综合性评价依据。六、教学策略教法：启发引导式、讲授法七、教学流程八、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】了解身边的大数据现象现在的社会是一个高速发展的社会，科技发达，信息流通，人们之间的交流越来越密切，生活也越来越方便，大数据就是这个高科技时代的产物。本节介绍大数据的概念、大数据的结构类型、核心特征等，了解大数据的应用领域及发展趋势。【学习目标】(1)了解大数据的基本概念、结构类型、核心特征；(2)了解大数据的应用场景及发展趋势；【知识图谱】教师活动确本次学习任务为了解大数据。2.播放视频:3.PPT明确展示本次课任学生活动2.明确本单元的学习任务PPT展示任务驱动（设计意图：真实具体工作任务，激发学生的积极性，理实一体）教学环节教学内容教学活动策略与意图环节二知识讲解什么是大数据的数据结构类型？什么是大数据的核心特征？（30分钟）结构化数据就是数据库，也称作行数据，是由二维表结构来逻辑表达和实现的数据，严格地遵循数据格式与长度规范，主要通过关系型数据库进行存储和管理。半结构化数据和普通纯文本相比具有一定结构性，但和具有严格理论模型的关系数据库的数据相比更灵活。是一种适于数据库集成的数据模型，适合描述包含在两个或多个数据库中的数据。半结构化数据携带了关于其模式的信息，并且这样的模式可以在单一数据库内任意改变。非结构化数据是与结构化数据相对的，不适合用数据库二维表来表现，包括所有格式的办公文档、XML、HTML、各类报表、图片和音频、视频信息等。支持非结构化数据的数据库采用多值字段、变长字段机制进行数据项的创建与管理，广泛应用于全文检索和各种多媒体信息处理领域。教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节三小组分工合作学习：深入了解大数据概念和使用范围（20分钟）合作探究大数据在我国各行各业的体现。1.大数据的应用业务流程优化、提高医疗和研发、改善我们的城市、理解客户、满足客户服务需求2.大数据的发展趋势数据的资源化、与云计算的深度结合、数据安全升级、数据管理已成为核心竞争力、数据质量是BI（商业智能）成功的关键教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节四：作品展示、修改完善（15分钟）教师活动对学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节五：总结评价拓展延伸（5分钟）1.什么是大数据2.大数据结构类型3.大数据的核心特征多元评价：1.学生自评2.学生互评3.教师评价教师活动学生活动1.网上评价（简单有趣，便于在问卷网上信息汇总、分析数据）2.多元评价（通过自评、互评、教师评价，解决分组教学中，学习能力的差异性）九、反思与改进自学内容存在问题课程名称项目任务小组名称积极参与课堂互动情况生生互助协同情况学习过程中遇到的问题及解决方法离开实训室前规定操作？（？（？（？（课题名称大数据的系统架构、认识大数据工具授课类型理论课授课对象授课课时所授课程授课地点所授教材一、学情分析知识技能储备方面：通过前2个模块的学习,学生已经掌握了计算机的基础操作，对信息技术的发展有了一定的了解二、教学内容系统架构的相关知识以及对应的大数据工具理解大数据的系统架构，理解大数据的系统架构；（2）了解大数据常用工具。四、教学重难点学习通资源：验收评价表：学生课前自学、课堂表现和作业质量的最终综合性评价依据。六、教学策略教法：启发引导式、讲授法七、教学流程八、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(15分钟)【问题导入】大数据技术是一系列技术的总称，它是集合了数据采集与传输、数据存储、数据处理与分析、数据挖掘、数据可视化等技术，是一个庞大而复杂的技术体系。根据大数据从来源到应用，实现传输的流程，可以将大数据技术架构分为数据采集层、数据存储层、数据处理层、数据治理与建模层、数据应用层。【学习目标】理解大数据的系统架构。从宏观上描述架构的层次：教师活动确本次学习任务。2.PPT图片明确展示本次课任学生活动2.明确本单元的学习任务。PPT展示任务驱动（设计意图：根据系统架构图，激发学生对问题的深入探究）教学环节教学内容教学活动策略与意图环节二知识讲解大数据系统架构各层功能（40分钟）数据收集层主要采用了大数据采集技术，实现对数据的ETL操作，数据从数据来源端经过抽取、转换、加载到目的端。大数据采集的数据类型，主要有以下三类：互联网数据、系统日志数据、数据库数据。当大量的数据被收集完以后，需要对其进行存储。数据的存储分为持久化存储和非持久化存储。对于持久化存储而言，最关键的概念就是文件系统和数据库系统。常见的有分布式文件系统HDFS、对应的分布式非关系型数据库系统Hbase。当数据被收集、存储、正常读写、备份后，还需要考虑到利用它们产生更大的价，那么首先需要对这些数据进行处理。大数据处理分为两类，批量处理（离线处理）和实时处理（在线处理）。通过利用R语言、Python等对数据进行ETL预处理，然后再根据算法模型、业务模型进行融合建模，从而更好地为业务应用提供优质底层数据。5.大数据的应用大数据架构为大数据的业务应用提供了一种通用的架构，还需要根据行业领域、公司技术积累以及业务场景，从业务需求、产品设计、技术选型到实现方案流程上具体问题具体分析，利用大数据可视化技术，进一步深入，形成更为明确的应用，包括基于大数据交易与共享、基于开发平台的大数据应用、基于大数据的工具应用等。教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节三知识讲解认知大数据工具（25分钟）认知大数据工具：1.大数据存储和管理工具（1）Cloudera（2）MongoDB（3）Talend2.大数据清理工具（1）OpenRefine（2）DataCleaner（3）Excel3.大数据挖掘工具（1）RapidMiner（2）IBMSPSSModeler4.大数据可视化工具（1）Tableau（2）Silk（3）Chartio教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节四：总结评价拓展延伸（10分钟）1.大数据系统架构分为哪几层？2.大数据常用工具多元评价：1.学生自评2.学生互评3.教师评价教师活动学生活动九、反思与改进课题名称搭建大数据环境、使用大数据挖掘工具授课类型理论+实践课授课对象授课课时所授课程授课地点所授教材一、学情分析知识技能储备方面：通过前2个模块的学习,学生已经掌握了计算机的基础操作，对信息技术的发展有了一定的了解二、教学内容环境的搭建以及简单介绍一个常用的大数据工具的使用对大数据环境的搭建有一个初步认识，（1）了解大数据环境的搭建；（2）典型工具的使用方法。四、教学重难点学习通资源：验收评价表：学生课前自学、课堂表现和作业质量的最终综合性评价依据。六、教学策略教法：启发引导式、现场演示法七、教学流程八、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(15分钟)【问题导入】简单介绍Hadoop三种安装模式：单机模式、伪分布式模式、完全分布式模式。本次课以单机模式为例，单机模式是Hadoop的默认模式。【学习目标】了解大数据环境搭建流程。基本流程如下:教师活动确本次学习任务。2.PPT图片明确展示本次课任学生活动2.明确本单元的学习任务。PPT展示任务驱动（设计意图：根据流程图引导学生对问题的深入探究）教学环节教学内容教学活动策略与意图环节二知识讲解大数据环境搭建（20分钟）安装虚拟机2.安装Ubuntu操作系统3.关闭防火墙4.安装SSH并测试5.安装Xshell及Xftp6.安装JDK7.下载Hadoop并解压8.Hadoop的安装及测试教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节三动手实践搭建大数据环境（30分钟）参考“大数据环境搭建”微课视频，指导学生在课堂完成一次大数据环境的搭建。教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节四知识讲解：大数据挖掘工具的使用（15分钟）本部分以RapidMiner为例介绍其使用方法。1.软件介绍2.基本操作方法3.结果的查看教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节五课堂总结：（10分钟）大数据环境搭建过程中出现的常见问题、产生原因及解决方法。教师活动学生活动九、反思与改进课题名称大数据分析算法授课类型理论课授课对象授课课时所授课程授课地点所授教材一、学情分析知识技能储备方面：通过前2个模块的学习,学生已经掌握了计算机的基础操作，对信息技术的发展有了一定的了解二、教学内容大数据分析算法大数据分析的基本算法；熟悉大数据处理流程。四、教学重难点学习通资源：验收评价表：学生课前自学、课堂表现和作业质量的最终综合性评价依据。六、教学策略教法：启发引导式、讲授法七、教学流程八、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】了解大数据分析算法大数据计算模式和分析算法的区别是什么？【学习目标】大数据分析的基本算法；熟悉大数据处理流程。【知识图谱】教师活动确本次学习任务为了解大数据。2.PPT明确展示本次课任学生活动2.明确本单元的学习任务PPT展示任务驱动（设计意图：真实具体工作任务，激发学生的积极性，理实一体）教学环节教学内容教学活动策略与意图环节二知识讲解大数据计算模式（10分钟）所谓大数据计算模式，就是根据大数据的不同数据特征和计算特征，从多样性的大数据计算问题和需求中提炼并建立的各种高层抽象(abstraction)或模型(model)。由于现实世界中的大数据处理问题复杂多样，因此难以有一种单一的计算模式能涵盖所有不同的大数据计算需求。针对不同类型的数据，大数据计算模式可分为以下四种：1.批处理计算2.流式计算3.交互式查询计算4.图计算教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节三知识讲解数据挖掘算法（30分钟）【案例引入】沃尔玛超市通过数据分析发现，男性顾客在购买婴儿纸尿裤时，常常会顺便搭配几瓶啤酒来犒劳自己，于是尝试推出了将啤酒和纸尿裤摆放在一起的促销手段，没想到这个举措居然使纸尿裤和啤酒的销量都大幅增加了。虽然这个故事的真实性有待考量,但确实让不少人开始接触数据挖掘。数据挖掘的任务是从数据集中发现模式，可以发现的模式有很多种，按功能可以分为两大类：预测性模式和描述性模式，二者的主要区别在于是否有目标变量。在应用中往往根据模式的实际作用细分为以下几种：分类、回归、聚类分析、关联分析。1.预测性包括分类和回归分类、回归2.描述性包括聚类和关联聚类、关联3.其他常用算法教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节四：分组讨论（25分钟）大数据处理的基本流程通常，一个好的大数据产品要有大量的数据规模、快速的数据处理、精确的数据分析与预测、优秀的可视化图表以及简练易懂的结果解释。步骤一：数据采集步骤二：数据预处理步骤三：数据处理与分析步骤四：数据可视化与应用环节教师活动结合案例讲解大数据处理的基本流程，并布置任务：完成一个流程图学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节五：总结评价拓展延伸（15分钟）1.大数据计算模式2.数据挖掘基本算法3.大数据处理流程多元评价：1.学生自评2.教师评价教师活动学生活动通过自评、教师评价，找到自身知识薄弱的地方，及时改进提高。九、反思与改进课题名称大数据可视化工具授课类型理论+实践课授课对象授课课时所授课程授课地点所授教材一、学情分析知识技能储备方面：通过前2个模块的学习,学生已经掌握了计算机的基础操作，对信息技术的发展有了一定的了解二、教学内容在教师的引导下，（1）了解大数据可视化工具的种类；（2）了解大数据可视化技术的应用。四、教学重难点学习通资源：验收评价表：学生课前自学、课堂表现和作业质量的最终综合性评价依据。六、教学策略教法：启发引导式、现场演示法七、教学流程八、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】通过几个简单的大数据可视化效果图引出大数据可视化工具。数据可视化工具大致分为四类：入门级工具(Excel)、信息图表工具(D3、Visual.ly、Raphaël、Flot、Echarts、Tableau、大数据魔镜)、地图工具(ModestMaps、Leaflet、PolyMaps、Openlayers、Kartograph、QuanumGIS)、高级分析工具(Processing、NodeBox、R、Python、Weka和Gephi)等。【学习目标】了解大数据环境搭建流程。（1）了解大数据可视化工具的种类；（2）了解大数据可视化技术的应用。教师活动确本次学习任务。2.PPT图片明确展示本次课任学生活动2.明确本单元的学习任务。PPT展示任务驱动（设计意图：根据流程图引导学生对问题的深入探究）教学环节教学内容教学活动策略与意图环节二知识讲解了解大数据可视化工具（10分钟）认识大数据可视化工具：1.入门级工具Excel2.信息图表工具ECharts、Tableau3.地图工具PolyMaps4.高级分析工具Python教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节三动手实践使用大数据可视化工具（40分钟）1.python进行大数据可视化简单演示使用Python进行大数据可视化展示的过程。案例一：词云图根据一份列表记录了某可视化网站上最受用户喜爱的100篇文章的浏览量、评论数和文章分类，得到各类文章的浏览总量，然后使用pycharms库中的WordCloud()函数绘制词云图。案例二：关系图数据源weibo.json中包含大量的微博用户之间微博转发关系，用pyecharts库中的Graph()函数可将用户节点和节点之间的转发关系绘制出来。2.Tableau进行大数据可视化使用Tesktop进行大数据可视化，其实是使用其最核心的产品Desktop，利用其强大的分析能力完成各种指标的分析，并以丰富的可视化效果展示数据。根据上图的流程，演示使用Tableau进行大数据可视化的过程。教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节四动手实践熟悉可视化工具的使用（20分钟）参考“大数据可视化工具使用”微课视频，指导学生在课堂完成练习。教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节五课堂总结：（10分钟）大数据可视化工具的类型、常用工具的使用场合及注意事项。教师活动学生活动九、反思与改进大数据可视化工具使用课题名称大数据的安全与风险授课类型理论课授课对象授课课时所授课程授课地点所授教材一、学情分析知识技能储备方面：通过前2个模块的学习,学生已经掌握了计算机的基础操作，对信息技术的发展有了一定的了解二、教学内容大数据的安全与风险常见的安全问题与风险大数据常见的安全问题与风险；大数据安全防护基本方法；（3）了解大数据安全相关法律法规。四、教学重难点大数据常见的安全问题与风险的表现；大数据安全防护基本方法2/8学习通资源：验收评价表：学生课前自学、课堂表现和作业质量的最终综合性评价依据。六、教学策略教法：启发引导式、讲授法七、教学流程八、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】同学们了解的大数据安全问题有哪些？大数据所涉及的数据量十分巨大，往往采用分布式的方式进行存储，正是由于这种存储方式，存储的路径视图相对清晰，而数据量过大，导致数据保护相对简单，黑客较为轻易利用相关漏洞，实施不法操作，造成安全问题。由于大数据环境下终端用户非常多，且受众类型较多，对客户身份的认证环节需要耗费大量处理能力。由于APT攻击具有很强的针对性，且攻击时间长，一旦攻击成功，大数据分析平台输出的最终数据均会被获取，容易造成较大的信息安全隐患。【学习目标】大数据常见的安全问题与风险；大数据安全防护基本方法；（3）了解大数据安全相关法律法规。教师活动确本次学习任务为了解大数据。2.PPT明确展示本次课任学生活动2.明确本单元的学习任务PPT展示任务驱动（设计意图：真实具体工作任务，激发学生的积极性，理实一体）教学环节教学内容教学活动策略与意图环节二知识讲解大数据安全问题和风险（20分钟）问题数据隔离安全问题（2）数据存储安全问题（3）数据访问安全问题2.风险（1）大数据遭受异常流量攻击（2）大数据信息泄露风险（3）大数据传输过程中的安全隐患（4）大数据的存储管理风险教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节三知识讲解大数据安全防护基本方法（20分钟）建立大数据信息外部环境安全机制（1）对网络资源进行科学合理分配（2）设置防火墙（3）在大数据操作终端中应用入侵检测技术（4）大数据服务器应及时做好补丁程序的更新对大数据文件系统强化安全防护技术手段的应用（1）文件系统安全防护（2）数据库文件加密防护（3）提高用户安全网络应用意识（4）养成安全上网的良好习惯着重解决大数据云计算数据安全问题（1）对大数据进行隔离安全认证防护（2）通过数据加密及备份保护数据存储的安全性（3）对数据访问控制环节的安全隐患要素进行清除教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节四知识讲解：自觉维护和遵守相关法律法规（10分钟）在大数据环境下，数据量巨大、数据变化快等特征会导致大数据分析及应用场景更为复杂，因此必须遵守一定的法律法规以及道德标准，同时政府部门需进一步完善法律法规，保障数据不被窃取、破坏和滥用，以确保大数据系统的安全可靠运行，并发挥大数据的最大作用和价值。2015年，《促进大数据发展行动纲要》国务院2016年，《关于国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》提出实施国家大数据战略2016年，《中华人民共和国网络安全法》2016年，《国家网络空间安全战略》2018年，《信息安全技术个人信息安全规范》2021年，《中华人民共和国数据安全法》教师活动学生活动教学环节教学内容教学活动策略与意图环节五：总结本模块知识点（30分钟）1.大数据的基本概念、结构类型、核心特征；2.大数据的系统架构；3.大数据常用工具、环境搭建及典型工具的使用方法4.大数据分析的基本算法、大数据处理流程5.大数据可视化技术6.大数据相关法律法规多元评价：1.学生自评2.教师评价教师活动学生活动通过自评、教师评价，找到自身知识薄弱的地方，及时改进提高。九、反思与改进课题名称模块4物联网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，课程开设在大一第二学期，学生情况在知识储备、学习特点和信息素养的情况如下。1.知识储备学生在高职或高中已经学习了信息技术课程，并且在大一第一学期已经完成了高职信息技术（基础模块）的学习，具备了基础的信息技术知识和技能。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）喜欢实践动手操作，厌烦枯燥乏味的理论讲解；（2）喜欢任务式引导，情境设定，参与其中，厌烦平淡无极的说教；（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；（5）对挑战性的题目感兴趣，对基础性题目求知欲偏低；（6）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。3.信息素养学生通过高职或高中信息技术课程的学习，具备了基础的信息技术学科素养，但是在数字化学习与创新方面仍需加强二、教学内容1.知识目标(1)了解物联网的基础知识、应用领域、发展趋势，以及物联网与其他信息技术的融合等；(2)了解物联网的体系结构；(3)了解物联网感知层关键技术，如物联网传感器、自动识别及智能设备等；(4)了解物联网网络层关键技术，如互联网技术、无线传感网络技术及卫星通信技术等；(5)了解物联网应用层关键技术，如云计算技术、中间件技术及物联网应用操作系统等。2.能力目标初步掌握物联网感知层、网络层、应用层各层关键技术3.素养目标通过小组学习，培养与人沟通、协同工作、口才表达等能力1.教学重点物联网感知层、网络层、应用层各层关键技术八、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导入与学习任务(10分钟)向学生提问：你们在身边接触过哪些物联网应用？如安防监控、智能家居等。物联网（InternetofThings，IoT）是指通过信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动物体的状态，采集声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种信息，通过各类网络接入，实现物与物、物与人的泛在连接，实现对物品和过程的智能化感知、识别和管理。本主题包含物联网的基本知识、体系结构、感知层、网络层、应用层的关键技术与物联网应用系统的安装与配置等内容。【学习任务】通过本节内容的学习，完成下列学习任务：

1.在学习过程中认真复习，梳理记录好学习笔记；2.了解物联网的基础知识、应用领域、发展趋势，以及物联网与其他信息技术的融合等；3.了解物联网的体系结构；4.了解物联网感知层关键技术，如物联网传感器、自动识别及智能设备等；5.了解物联网网络层关键技术，如互联网技术、无线传感网络技术及卫星通信技术等；6.了解物联网应用层关键技术，如云计算技术、中间件技术及物联网应用操作系统等；9.通过小组学习，培养与人沟通、协同工作、口才表达等能力；10.完成单元考核评价中的相关任务。教师活动1.向学生提问，进行课程导入。2.介绍物联网小节的学习任学生活动1.积极思考，回答问题。3.明确本小节的学习任务4.思考记录1.问题教学法，通过提问引到学生进入到课程主题2.讲授教学法，介绍物联网概述、本节知识图谱及学习任务，使学生了解本节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认识物联网(20分钟)4.1认知物联网本节介绍物联网的概念、应用领域、发展趋势等，并对物联网与其他信息技术的融合等内容。4.1.1物联网的基础知识1.物联网的定义物联网（IoT，InternetofThings）即“万物相连的互联网”，是互联网基础上的延伸和扩展的网络，将各种信息传感设备与网络结合起来而形成的一个巨大网络，实现任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。2.物联网的起源物联网概念最早出现于比尔·盖茨1995年《未来之路》一书，在《未来之路》中，比尔·盖茨已经提及物联网概念，只是当时受限于无线网络、硬件及传感设备的发展，并未引起世人的重视。物联网的发展路径3.物联网的基本特征物联网的基本特征从通信对象和过程来看，物与物、人与物之间的信息交互是物联网的核心。物联网的基本特征可概括为整体感知、可靠传输和智能处理。4.1.2物联网的应用领域与发展趋势1.物联网的应用领域物联网的应用领域广泛，主要的应用场景包括智慧城市、智慧物流、智能交通、智慧能源、智能医疗、智能家居、智慧建筑、智能安防、智慧零售、智慧农业、智能制造，如图所示。物联网的应用领域2.物联网的发展趋势物联网作为通信行业新兴应用，在万物互联的大趋势下，市场规模将进一步扩大。（1）应用引领产业发展我国物联网产业的发展是以应用为先导，存在着从公共管理和服务市场、到企业、行业应用市场、再到个人家庭市场逐步发展成熟的细分市场递进趋势。（2）标准体系逐渐成熟物联网标准体系是一个渐进发展成熟的过程。物联网概念涵盖众多技术、众多行业、众多领域，试图制定一套普适性的统一标准几乎是不可能的。物联网产业的标准将是一个涵盖面很广的标准体系，将随着市场的逐渐发展而成熟。（3）综合性平台即将出现随着行业应用的逐渐成熟，新的通用性强的物联网技术平台将出现。物联网的创新是应用集成性的创新，一个单独的企业是无法完全独立完成一个完整的解决方案的。一个技术成熟、服务完善、产品类型众多、应用界面友好的应用，将是由设备提供商、技术方案商、运营商、服务商协同合作的结果。随着产业的成熟，支持不同设备接口、不同互联协议，可集成多种服务的共性技术平台将是物联网产业发展成熟的结果。（4）有效商业模式逐步形成针对物联网领域的商业模式创新将是把技术与人的行为模式充分结合的结果。物联网将机器、人、社会的行动都互联在一起。新的商业模式出现将是把物联网相关技术与人的行为模式充分结合的结果。4.1.3物联网和其他信息技术的融合物联网的核心与基础仍是互联网，物联网是互联网的延伸。互联网就是把网络终端设备相连，或是人相连，物联网是把物体相连，物联网技术是电子、通信、计算机三大领域技术的融合。物联网的发展方向是不再需要用户去互动，而是实现自动地，智能地直接为人服务。1.物联网与移动通信5G技术的融合5G与物联网是相互发展，共同进步，又相互依赖的两项技术，共同组成了智能化网络应用体系，5G网络为物联网提供了良好的进步环境和空间，物联网也为5G网络的发展提供了现实依据。2.物联网与人工智能的融合物联网（IoT）与人工智能（AI）的融合催生出新的智能物联网（AIoT）产业。3.物联网与区块链的融合长期以来，区块链已被视为一种隔离技术。然而最近，我们看到了将区块链与其他技术（例如大数据、人工智能等）集成在一起的趋势。教师活动1.讲授物联网的定义、物联网的起源、物联网的基本特征、物联网与其他信息技术的融合；2.通过学校教学楼智能控制的案例，分析智慧建筑的应用场景及所用技术3.组织学生讨论及分析智能家居、智能交通等应用场景。学生活动2.积极思考案例，回答问题。3.参与互动讨论，理解物联网的应用场景。1.讲授教学法，介绍物联网的定义、物联网的起源、物联网的基本特征、物联网与其他信息技术的融合，使学生了解物联网的概念。2.案例分析法，介绍学校教学楼智能控制的案例3.讨论法，互动讨论物联网的应用，促进学生对物联网的理解。教学环节教学内容教学活动策略与意图环节三物联网的体系结构(15分钟)4.2理解物联网的体系结构如图所示，物联网体系结构主要由三个层次组成：感知层、网络层和应用层组成。物联网的体系结构4.2.1感知层感知层解决的是人类世界和物理世界的数据获取问题，由各种传感器以及传感器网关构成。该层被认为是物联网的核心层，主要作用是物品标识和信息的智能采集，它由基本的传感器件（例如RFID标签和读写器、各类传感器、摄像头、GPS、二维码标签和识读器等基本标识和传感器件组成）以及传感器组成的网络（例如RFID网络、传感器网络等）两大部分组成。该层的核心技术包括射频技术、新兴传感技术、无线网络组网技术、现场总线控制技术（FCS）等，涉及的核心产品包括传感器、电子标签、传感器节点、无线路由器、无线网关等。4.2.2网络层网络层也成为传输层，解决的是感知层所获得的数据在一定范围内，通常是长距离的传输问题，主要完成接入和传输功能，是进行信息交换、传递的数据通路，包括接入网与传输网两种。传输网由公网与专网组成，典型传输网络包括电信网（固网、移动网）、广电网、互联网、电力通信网、专用网（数字集群）。接入网包括光纤接入、无线接入、以太网接入、卫星接入等各类接入方式，实现底层的传感器网络、RFID网络的“最后一公里”的接入。4.2.3应用层应用层也可称为处理层，解决的是信息处理和人机界面的问题。网络层传输而来的数据在这一层里进入各类信息系统进行处理，并通过各种设备与人进行交互。处理层由业务支撑平台（中间件平台）、网络管理平台（例如M2M管理平台）、信息处理平台、信息安全平台、服务支撑平台等组成，完成协同、管理、计算、存储、分析、挖掘，以及提供面向行业和大众用户的服务等功能，典型技术包括中间件技术、虚拟技术、高可信技术，云计算服务模式、SOA系统架构方法等先进技术和服务模式可被广泛采用。教师活动讲授物联网的体系结构，包括感知层、网络层、应用层等各层技术。学生活动2.积极思考，回答问题。3.了解物联网的体系结构，包括感知层、网络层、应用层等各层技术。4.思考记录。讲授教学法，通过介绍物联网感知层、网络层、应用层等各层技术，使学生了解物联网体系结构中的各层技术教学环节教学内容教学活动策略与意图环节四物联网感知层关键技术(15分钟)4.3物联网感知层关键技术4.3.1物联网传感器在物联网架构的感知层中，传感器主要负责接收对象的“语音”内容。传感器技术是从自然源中获取信息并对其进行处理、转换和识别的多学科现代科学与工程技术。它涉及传感器的规划、设计、开发、制造和测试，信息处理和识别，改进活动的应用和评估。物联网传感器早已渗透到诸如工业生产、智能家居、宇宙开发、海洋探测、环境保护、资源勘探、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等极其之泛的领域。4.3.2自动识别1.条形码识别技术由于在日常生活当中条形码充斥着大社会信息，这些信息数据的采集和分析将直接影响到社会人们的生活以及生产决策，并且自动识别技术指的是通过识别装置或扫描装置，自动获取物品当中的一些负载信息，然后通过核心处理器对这些数据进行处理和计算。条形码由不同宽度的黑白条以及特定的编码排列组成，并且条形码在数据转换过程当中需要扫描和编译这两个环节，而对于现阶段应用十分广泛的二维码来说，是在一维条形码基础之上延伸出来的一种新型自动识别技术，这种技术可以将信息储存在一维空间或二维空间当中，但是二维码的信息处理需要经过扫描设备以及编译设备。2.射频识别技术射频识别技术距今已经有70多年的发展历史，这一技术在我国相对比较成熟，并且许多产品也用到了这一技术。射频识别技术主要是利用射频信号通过空间的耦合作用来实现非接触设备之间的信息传递。有源系统、无源系统、定位系统、低波高频以及微波系统等都是射频技术的特征，同时，射频识别技术的应用十分简单，一般不需要人工干预，十分符合我国现代生产当中的应用要求，该技术也可以存储大量的信息，具有较强的信息处理以及识别的能力。4.3.3智能设备智能设备是指任何一种具有计算处理能力的\t"/item/%E6%99%BA%E8%83%BD%E8%AE%BE%E5%A4%87/_blank"设备或机器。功能完备的智能设备必须具备灵敏准确的感知功能、正确的思维与判断功能以及行之有效的执行功能。智能设备是传统电气设备与计算机技术、数据处理技术、控制理论、传感器技术、网络通信技术、电力电子技术等相结合的产物。智能设备主要包括两方面的关键内容：自我检测是智能设备的基础；自我诊断是智能设备的核心。智能设备的智能级别可的定义为多种级别：第一级,能感知环境的微智能传感式硬件。第二级，在第一级的基础上增加自我调节能力--传感式智能设备。第三级，在第二级基础上增加学习能力并能够与人类交互。更高级别的智能是全自动感知、分析、决策，不需要人的参与。教师活动物联网感知层关键技术，包括物联网传感器、自动识别、智能设备等学生活动2.积极思考，回答问题。3.了解物联网感知层关键技术。4.思考记录。1.讲授教学法，通过介绍物联网传感器、自动识别、智能设备等相关技术，使学生了解物联网感知层的各项关键技术环节五物联网网络层关键技术（15分钟)4.4物联网网络层关键技术如果说感知层是物联网的“感觉器官”，那么网络层就是物联网的“神经”。物联网网络层中存在着各种“神经中枢”，用于信息的传输。物联网网络层具有多种关键性技术，包括互联网技术、无线传感网络技术以及卫星通信技术。4.4.1互联网技术互联网几乎包含了人类的所有信息，是人类信息资源的汇总，人们常说的因特网就是互联网的狭义称谓。互联网技术是物联网技术的前身。在相关网络协议的约束下，通过互联网相连的网络将海量的信息汇总、整理和存储，实现信息资源的有效利用和共享，这其实就是互联网最主要的功能。互联网是由众多的子网连接而成，它是一个逻辑性网络，而每一个子网中都有一些主机，这些主机主要是由计算机构成，它们相互连接，共同控制着自己区域的子网。4.4.2无线传感器网络技术在物联网中，要与人无障碍地通信，必然离不开能够传输海量数据的高速无线网络。无线网络不仅包括允许用户建立远距离无线连接的全球语音和数据网络，还包括短距离蓝牙技术、红外线技术和Zigbee技术。无线传感器网络的英文简称是WSN，即在众多传感器之间建立一种无线自组织网络，并利用这种无线自组织网络实现这些传感器之间的信息传输。在这个传输过程中，无线传输网络会对传感器所采集的数据进行汇总。该技术可以使区域内物品的物理信息和周围环境信息全部以数据的形式存储在无线传感器中，有利于人们对目标物品和任务环境进行实时的监控，也有利于分析和处理有关信息，对物品进行有效的管理。4.4.3卫星通信技术物联网设备进行通信交流最主要的方式是依赖于各种通信技术，依赖于基站和天线。其实对于大部分陆地地区来说，这种常规模式是可以满足要求的。但是像海洋、戈壁沙漠、深山老林这样的区域均是无法建立基站的。除了传统陆地基站之外，人们自然而然就想到，是不是可以将基站搬到“天上”，即建立卫星通信，使之成为地面基站通信的补充和延伸。卫星通信技术是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个终端之间的通信。从物联网的角度来说，卫星的本质，是以航天技术为手段，借助社会和资本的资源，实现“全球”万物互联的商业价值。教师活动讲授物联网网络层关键性技术，包括互联网技术、无线传感网络技术以及卫星通信技术等。学生活动2.积极思考，回答问题。3.了解物联网网络层关键技术。4.思考记录。1.讲授教学法，通过介绍互联网、无线传感网络以及卫星通信等相关技术，使学生了解物联网网络层的各项关键技术教学环节教学内容教学活动策略与意图环节六物联网应用层关键技术(15分钟)4.5物联网应用层关键技术4.5.1云计算技术物联网的发展离不开云计算技术的支撑。物联网终端的计算和存储能力有限，云计算平台可以作为物联网的大脑，实现海量数据的存储和计算。根据美国国家标准与技术研究院（NationalInstituteofStandardsandTechnology，NIST）的定义，云计算是指能够针对共享的可配置计算资源，按需提供方便的、泛在的网络接入的模型。上述计算资源包括网络、服务器、存储、应用和服务等，这些资源能够快速地提供和回收，而所涉及的管理开销要尽可能小。具体来说，云模型包含五个基本特征、三个服务模型和四个部署模型。五个基本特征：按需自助服务（On-DemandSelf-Service）、广阔的互联网访问（BroadNetworkAccess）、资源池（ResourcePooling）、快速伸缩（RapidElasticity）、可度量的服务（MeasuredService）。三个服务模型：软件即服务（SoftwareasaService，SaaS）、平台即服务（PlatformasaService，PaaS）、基础设施即服务（InfrastructureasaService，IaaS）。四个部署模型：私有云（PrivateCloud）、社区云（CommunityCloud）、公有云（PublicCloud）、混合云（HybridCloud）。云计算体系结构4.5.2中间件技术中间件就是一种系统软件平台，为网络应用软件提供综合的服务和完整的环境，借助这种软件使得网络应用、硬件数据能够实现集成，达到业务的协同，实现业务的灵活性。中间件技术给用户提供了一个统一的运行平台和友好的开发环境，物联网中间件是减小用户高层应用需求与网络复杂性差异的有效解决方案，对加快物联网大规模产业化发展具有重要作用。在物联网中采用中间件技术，以实现多个系统和多种技术之间的资源共享，最终组成一个资源丰富、功能强大的服务系统。4.5.3物联网应用操作系统物联网应用操作系统涉及芯片层、终端层、边缘层、云端层等多个层面。单一层次的物联网应用操作系统与安卓在移动互联网领域的地位和作用类似，实现了应用软件与智能终端硬件的解耦。就像在安卓的生态环境中，开发者基本不用考虑智能终端的物理硬件配置，只需根据安卓的编程接口编写应用程序，就可以运行在所有基于安卓的智能终端上一样，物联网应用操作系统的作用也是如此。针对物联网操作系统的外围功能模块，也有一些特殊的要求：（1）支持应用程序的远程升级。上文说到，因为物联网的种种应用环境和条件限制，远程升级是物联网操作系统在升级方式上的重要途径，当然同时也是最为低成本的选择。（2）外部存储。支持硬盘、USBstick、Flash、ROM等常用存储设备，以便在网络连接中断的情况下，起到临时存储数据的作用。（3）对物联网常用的无线通信功能要内置支持。在公共网络、近场通信、桌面网络接口之间，要能够相互转换，能够把从一种协议获取到的数据报文，转换成为另外一种协议的报文发送出去。除此之外，还应支持短信息的接收和发送、语音通信、视频通信等功能;（4）网络功能。物联网操作系统必须支持完善的TCP/IP协议栈，包括对IPv4和IPv6的同时支持。但TCP/IP协议栈是面向互联网设计的通信协议栈，由于物联网本身特征与互联网有很大差异，TCP/IP协议栈在应用到物联网的时候，面临许多问题和挑战，需要对TCP/IP协议栈做一番优化改造。（5）支持完善的GUI功能。图形用户界面一般应用于物联网的智能终端中，完成用户和设备的交互。GUI应该定义一个完整的框架，以方便图形功能的扩展。同时应该实现常用的用户界面元素，比如文本框、按钮、列表等。教师活动讲授物联网应用层关键性技术，包括云计算技术、中间件技术、物联网应用操作系统等。学生活动2.积极思考，回答问题。3.了解物联网应用层关键技术。4.思考记录。1.讲授教学法，通过介绍云计算技术、中间件技术、物联网应用操作系统等相关技术，使学生了解物联网应用层的各项关键技术教学环节教学内容教学活动策略与意图环节七典型物联网应用系统的安装与配置(90分钟)4.6典型物联网应用系统的安装与配置4.6.1项目介绍智能照明系统是智能家居中的重要组成部分，传统照明系统多采用电气开关进行电路的控制，而智能照明系统可基于物联网技术实现远程照明控制、亮度控制、色彩控制等功能。本项目模拟一套智能家居中的照明系统，利用ArduinoUNO作为主控板，WiFi模块实现无线通信、双色LED模块模拟照明灯光。最终，实现利用手机APP控制灯光开关等功能。4.6.2硬件设备安装本项目用到的硬件包括ArduinoUNO主板、双色LED模块、WIFI模块，将WiFi模块RX和TX分别连接到Arduino的串口上，Arduino的两个控制引脚分别与LED模块上的红色和绿色灯控制引脚相连，Arduino的5V供电引脚连接到WiFi模块的供电引脚上，将各模块的GND相连，连接图如图所示。智能照明系统硬件连接图1.Arduino简介Arduino是一款便捷灵活、方便上手的开源电子原型平台，包含硬件（各种型号的Arduino主板）和软件（ArduinoIDE）。Arduino是由意大利互动设计学院的师生所开发，设计的初衷就是为个性化的学生提供共有开发平台，以解决单独开发软硬件过程中的效率和技术问题。ArduinoUNO主板如图所示：ArduinoUNO主板可以看到，与目前动辄4层以上的大型电路板相比，该单板非常简单，接口丰富，适合用来学习和进行创意设计。除此之外，Arduino的简洁还体现在其IDE开发环境上。传统单片机开发需要阅读大量底层芯片手册，掌握复杂的时序逻辑及进行大量的调试设备操作。Arduino的开发不需要与底层的寄存器及IO口进行交互，完全使用封装好的API甚至图形界面进行开发，大大减轻开发难度。目前，已经有部分初中学生使用Arduino参加创客比赛，实现很多有趣的功能。Arduino开发套件Ardublock图形化开发示意图如图所示：Ardublock图形化开发界面2.Arduino的特点（1）跨平台性ArduinoIDE可以在Windows、MacintoshOSX、Linux三大主流操作系统上运行，而其他的大多数控制器只能在Windows上开发，从而扩展应用的适配性。（2）开发简单、清晰、易掌握对于初学者来说，极易掌握，同时有着足够的灵活性。不需要太多的单片机基础、编程基础，简单学习后，可以快速地进行开发。（3）开放性Arduino的硬件原理图、电路图、IDE软件及核心库文件都是开源的，在开源协议范围内里可以任意修改原始设计及相应代码。由以上特点可以看出，Arduino平台秉承了开源硬件的设计理念——简单高效，专注于业务，隐藏底层技术细节。由于其简单易学的特点，开发者可以快速地将自己的创新想法搭建出原型系统，用于产品原型演示及创新创业大赛。4.6.3网络配置WiFi模块拥有远程控制和局域网两种模式。远程控制模式需要将Arduino连接到公网上，使用移动端设备实现远程控制。局域网模式需要将Arduino和移动端设备连接到同一局域网下，在局域网中实现无线控制。本实验以局域网模式为例，WiFi模块将产生名为MakeRobot20182930的WiFi信号。如图所示，使用移动终端搜索并连接该WiFi信号，即可完成局域网网络连接。局域网网络连接4.6.4软件部署1.Arduino软件部署Arduino初始化设置将连接红灯和绿灯的控制引脚设为输出模式，并初始化为熄灭状态，WiFi波特率设置为9600。WiFi模块通过串口向Arduino发送灯光控制指令，其中“$LED-0-^”代表熄灭、“$LED-1-^”代表红灯亮、“$LED-2-^”代表绿灯亮。Arduino在接到指令后将通过红绿灯控制引脚向LED模块输出相应的信号。准备好Arduino程序后，需要对代码进行编译，点击“项目”→“验证/编译”，如图所示。编译Arduino项目在Arduino项目没有语法错误的情况下，界面下方显示编译完成及资源使用情况，如图所示。Arduino项目编译完成点击“项目”→“上传”，将项目上传到Arduino开发板，如图所示。上传Arduino项目2.移动端软件部署在移动端使用提供的apk文件安装Android控制软件。控制软件中设置关闭、红灯、绿灯三个按钮，如图所示，分别向WiFi模块发送“$LED-0-^”、“$LED-1-^”、“$LED-2-^”三种指令，用于实现无线控制功能。移动端控制界面4.6.5综合测试在完成硬件安装、网络配置、软件部署之后，可对智能照明系统进行综合测试。当点击移动端界面上“红灯”按钮时，LED模块的红灯亮起。当点击移动端界面上“关闭”按钮时，LED模块灯光熄灭。当点击移动端界面上“绿灯”按钮时，LED模块的绿灯亮起。红灯控制测试结果关闭控制测试结果绿灯控制测试结果教师活动讲授Arduino开发套件、物联网应用系统安装与配置方法。2.组织学生练习简单物联网应用系统的安装与配置步骤。学生活动2.根据实训指导练习简单物联网应用系统的安装与配置。3.思考记录。1.讲授教学法，通过介绍Arduino开发套件、物联网软硬件配置方法，使学生了解进行简单的物联网应用系统安装与配置的方法根据实训指导练习简单物联网应用系统的安装与配置，使学生能够体验物联网系统的安装配置过程。教学环节教学内容教学活动策略与意图环节八考核评价与课堂小节(25分钟)1.考核评价组织学生完成考核测试试卷。2.课堂小结教师活动1.组织学生完成考核测试试卷。2.学生活动2.1.通过考核评价，了解学生对本小节知识技能的掌握情况。2.通过九、反思与改进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，可以实现基于群智感知的知识获取和开放动态环境下的群智融合与增强，可以支撑覆盖全球的大规模群体感知、协同与演化。3.自主智能系统成为新兴发展方向随着生产制造智能化改造升级的需求日益凸显和自主无人系统智能技术的发展，通过嵌入智能系统对现有的机械设备和系统进行改造升级成为更加务实的选择。在此引导下，无人车间、智能工厂、自动驾驶、智能机器人将蓬勃发展，自主智能系统正成为人工智能的重要发展及应用方向。4.人机协同催生混合增强智能形态人类智能和人工智能各有所长，两种智能具有很强的互补性。因此，把人的认知模型引入人工智能系统，形成人机协同的混合增强智能形态是人工智能一个非常重要的发展趋势。在混合增强智能形态下，人可以接受机器的信息，机器也可以读取人的信号，两者相互作用，互相促进，共同完成更加复杂多变的任务，进而大幅提高人类智力活动能力。教师活动1.讲授人工智能的发展趋势2.与学生互动，畅想人工智能的未来应用场景3.与学生互动讨论人工智能产业发展及个人职业规划学生活动2.积极思考，。3.思考记录1.讲授人工智能的发展趋势，使学生了解人工智能主要技术发展方向，准备迎接人工智能发展带来的挑战2.讨论法：通过与学生互动式讨论，畅想未来人工智能的应用场景，拓宽学生思路，进一步激发学生对人工智能的兴趣教学环节教学内容教学活动策略与意图环节五考核评价与教师小结(15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.教师小结九、反思与改进成功之处：不足之处：2/7课题名称机器学习的基本原理与开发流程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了解了人工智能的概念、基本特征、社会价值、和，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.学习特点授课对象在学习方面表现出如下特点：（1）喜欢具体实例，厌烦抽象理论；（2）乐于接受可视化教学资源，反感静态纸质学习材料；（3）喜欢人工智能，具有较强的求知欲，希望进一步了解人工智能的基本原理。3.信息素养学生具备了基础的信息技术学科素养，二、教学内容机器学习项目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】什么是机器学习？说明：机器学习目前是主流的人工智能方法，人工智能技术的应用开发主要集中于机器学习技术的开发及应用，机器学习已成为新一代人工智能技术的典型代表，因此，后面课程主要围绕机器学习相关内容展开。【学习目标】教师活动1.提出问题，回顾以前所学内容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：复习机器学习概念，为本次课程做好铺垫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学习机器学习的基本原理(20分钟)1.机器学习主要任务是什么？利用以往的经验优化系统自身的性能，其目标就是要利用过去的历史数据通过学习算法对模型进行训练，使模型越来越符合数据中蕴含的规律或规则，最终得出性能良好的问题解决模型。2.什么是模型？机器学习旨在从历史数据中寻找一个特定输入和预期输出的功能函数f(x)，该函数在机器学习领域又被称为模型，它可以根据给定的输入做出判断或预测。在机器翻译中，模型可以根据一段英文文字输出相应的汉字；在语音识别中，模型可以根据语音信号判断出说话的内容；在人脸识别应用中，模型可以根据输入的照片判断出照片中的人是谁；在围棋博弈中，模型可以根据当前的棋谱局势预测下一步“最佳”走法的落子位置。3.怎样建模？（1）找到一个“好用”的模型（2）用历史数据训练模型4.归纳（1）面向过去找规律；（2）根据归纳出来的规律面向未来做预测。教师活动学生活动讲授教学法：用问题引导，用图示讲授机器学习的任务、模型、建模过程，引导学生逐步理解机器学习的基本原理教学环节教学内容教学活动策略与意图环节三学习机器学习分类(15分钟)1.监督学习2.无监督学习聚类3.监督学习中的分类任务与回归任务（1）分类任务输出离散值例：图像分类（2）回归任务输出连续值例：气温预测教师活动1.通过案例讲解监督学习2.通过案例讲解无监督学习3.提问：监督学习和无监督学习的区别4.通过案例讲解分类任务与回归任务学生活动案例分析法：通过分析典型应用案例，使学生能够区分监督学习和无监督学习、分类任务和回归任务的不同点教学环节教学内容教学活动策略与意图环节四学习机器学习项目开发流程与步骤(30分钟)1.明确目标（1）明确需要解决什么问题；（2）了解实际业务场景问题；（3）判断问题的性质；（4）确定性能要求；（5）可行性分析。2.准备数据（1）数据收集（2）数据探索（3）数据预处理（4）数据标注3.选择模型（1）建立基准（2）训练多种模型（3）评估并比较性能（4）调整功能与特征（5）选择最合适模型4.准备数据（1）划分数据集（2）训练优化模型（3）验证泛化能力（4）评估模型5.上线运行（1）模型集成（2）模型部署（3）模型监控（4）模型维护教师活动1.给出机器学习项目开发流程图2.按照开发流程图所示顺序讲授机器学习项目开发流程与步骤学生活动2.积极思考，记录讲授教学法：围绕开发流程图讲授机器学习项目开发流程与步骤，使学生建立总体的流程框架和具体的步骤顺序教学环节教学内容教学活动策略与意图环节五考核评价与教师小结(15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.教师小结九、反思与改进成功之处：不足之处：2/7课题名称决策树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理解了机器学习的基本原理，熟悉了机器学习项目开发流程与步骤，能够区分监督学习和无监督学习的不同点2.学习特点授课对象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，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，希望了解一些具体的人工智能方法。3.信息素养学生具备了基础的信息技术学科素养，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】什么是监督学习？分类任务主要解决什么问