人工智能初步

1、人工智能技術(shù)是當(dāng)前信息技術(shù)發(fā)展的熱點(diǎn)之一，是一門研究運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬和延伸人腦功能的綜合性學(xué)科?！叭斯ぶ悄艹醪健辈糠謴?qiáng)調(diào)在必修模塊的基礎(chǔ)上關(guān)注技術(shù)能力與人文素養(yǎng)的雙重建構(gòu)，是信息素養(yǎng)培養(yǎng)的繼續(xù)，是支持個(gè)性發(fā)展的平臺(tái)。人工智能技術(shù)在求解策略和處理手段上具有獨(dú)到之處，是解決非結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化問題的一類有效技術(shù)?！叭斯ぶ悄艹醪健蹦K的設(shè)置目的是使學(xué)生在掌握與使用技術(shù)的過程中，體驗(yàn)人類專家解決復(fù)雜問題的思路，培養(yǎng)多種思維方式，提高信息素養(yǎng)；了解信息技術(shù)發(fā)展的前沿，逐漸領(lǐng)會(huì)信息技術(shù)在現(xiàn)代社會(huì)中的應(yīng)用對(duì)科學(xué)技術(shù)和人類社會(huì)發(fā)展的深遠(yuǎn)意義，產(chǎn)生對(duì)信息技術(shù)未來的追求。李藝：信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)解讀訪問時(shí)間：2005-

2、12-12。必修模塊信息技術(shù)基礎(chǔ)對(duì)人工智能也有所涉及。不同之處是必修模塊只是建議使用自然語言進(jìn)行對(duì)話，體驗(yàn)人工智能的應(yīng)用，而本模塊則要求學(xué)生掌握人工智能語言這一基本工具的主要特征及簡(jiǎn)單應(yīng)用方法，對(duì)語言掌握程度的要求提高到簡(jiǎn)單開發(fā)層面。Í廣東省普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)教學(xué)指導(dǎo)意見廣州教育科研網(wǎng)，訪問時(shí)間2005年12月在本模塊中，課程標(biāo)準(zhǔn)選擇了人工智能領(lǐng)域內(nèi)容易為高中學(xué)生所理解和掌握的部分內(nèi)容：知識(shí)及其表達(dá)、推理與專家系統(tǒng)、人工智能語言與問題求解共3個(gè)主題，結(jié)構(gòu)如下：第三章第六章第一章第四章第二章第五章知識(shí)及其表達(dá)推理與專家系統(tǒng)人工智能語言與問題求解人工智能初步“知識(shí)及其表達(dá)”主題涉及

3、的內(nèi)容相對(duì)其他兩個(gè)主題而言具有一定的獨(dú)立性，是整個(gè)模塊的基礎(chǔ)。通過本主題的學(xué)習(xí)，使學(xué)生理解知識(shí)及知識(shí)表示的概念，認(rèn)識(shí)到知識(shí)表示在人工智能領(lǐng)域中的重要作用，掌握幾種常見的知識(shí)表示方法；并通過對(duì)人工智能領(lǐng)域最新發(fā)展現(xiàn)狀的描述和未來展望，使學(xué)生能夠了解人工智能這個(gè)信息技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的前沿領(lǐng)域，增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，為后面專家系統(tǒng)、問題求解等內(nèi)容的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)，同時(shí)激發(fā)對(duì)人工智能未來的追求?！巴评砼c專家系統(tǒng)”主題旨在培養(yǎng)學(xué)生利用專家系統(tǒng)解決問題的能力。本主題讓學(xué)生體驗(yàn)專家系統(tǒng)的魅力，了解專家系統(tǒng)如何利用知識(shí)進(jìn)行推理，并基于生活實(shí)踐開發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單實(shí)用的專家系統(tǒng)。通過一系列的學(xué)習(xí)，開闊視野，培養(yǎng)興趣，激發(fā)學(xué)生探討人工

4、智能技術(shù)的熱情?！叭斯ぶ悄苷Z言與問題求解”主題實(shí)踐性較強(qiáng)，主要讓學(xué)生用人工智能方法來解決現(xiàn)實(shí)生活中的一些問題。通過學(xué)習(xí)，使學(xué)生能掌握人工智能語言的相關(guān)概念，了解其基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序結(jié)構(gòu)，對(duì)人工智能語言及其特征形成一定的認(rèn)識(shí)，并能夠使用一種人工智能語言編寫程序求解簡(jiǎn)單的問題，能夠上機(jī)調(diào)試、執(zhí)行相應(yīng)的程序。并使學(xué)生知道用人工智能方法解決問題的實(shí)質(zhì)就是計(jì)算機(jī)搜索，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用盲目搜索和啟發(fā)式搜索等搜索方法求解問題，了解人機(jī)博弈的實(shí)質(zhì)，能用搜索技術(shù)解決現(xiàn)實(shí)生活中的一系列問題。通過本主題的學(xué)習(xí)，能使學(xué)生初步掌握人工智能技術(shù)分析問題、解決問題的思路和方法，初步體驗(yàn)人工智能技術(shù)求解策略和處理手段的獨(dú)特之處。

5、通過本模塊的教學(xué)，重點(diǎn)讓學(xué)生能描述人工智能的基本概念，學(xué)會(huì)使用一種人工智能語言解決簡(jiǎn)單問題，把握其基本特點(diǎn)；能利用簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)外殼開發(fā)簡(jiǎn)單的專家系統(tǒng)；知道人工智能對(duì)人類學(xué)習(xí)、生活的影響；通過感受人工智能技術(shù)的豐富魅力，增強(qiáng)對(duì)信息技術(shù)發(fā)展前景的向往和對(duì)未來生活的追求。本模塊的難點(diǎn)在于用人工智能方法解決實(shí)際問題。高中人工智能課程目標(biāo)的基本點(diǎn)是了解和體驗(yàn)，在教學(xué)中，應(yīng)根據(jù)高中學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律和本學(xué)科的特點(diǎn)組織教學(xué)內(nèi)容，選擇那些與學(xué)生們學(xué)習(xí)、生活關(guān)系密切的、看得見、摸得著的人工智能實(shí)際應(yīng)用問題作為案例展開教學(xué)。人工智能初步作為一門獨(dú)立的課程，其最基本的工具人工智能語言的介紹是不可缺少的，但必須考慮

6、中學(xué)生的特點(diǎn)安排教學(xué)，只介紹它的主要特征和最為簡(jiǎn)單的應(yīng)用方法。例如，了解一種常用的人工智能語言（如Prolog），能用遞歸方法編寫簡(jiǎn)單程序求解問題等。在人工智能課程的教學(xué)活動(dòng)中，必須充分發(fā)揮網(wǎng)上信息資源和網(wǎng)上軟件資源的作用。例如，利用相應(yīng)的網(wǎng)站可以在線（Online）進(jìn)行專家系統(tǒng)、符號(hào)運(yùn)算、機(jī)器翻譯等內(nèi)容的教學(xué)與實(shí)驗(yàn)，直接通過Internet運(yùn)行各種應(yīng)用軟件，既可節(jié)約大量的軟件購置成本，又可降低應(yīng)用軟件安裝與維護(hù)的技術(shù)難度。Ì 張劍平：關(guān)于人工智能教育的思考，電化教育研究2003年第1期，第24頁。第一節(jié) 知識(shí)及其表達(dá)“課標(biāo)”相關(guān)內(nèi)容1. 能描述人工智能的概念與基本特點(diǎn)；知道人工智能

7、技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)硬、軟件技術(shù)的進(jìn)步和應(yīng)用需求而發(fā)展的事實(shí)和客觀規(guī)律。2. 列舉人工智能的主要應(yīng)用領(lǐng)域；通過演示或?qū)嶋H操作，體驗(yàn)人工智能的若干典型應(yīng)用，知道其發(fā)展現(xiàn)狀。3. 掌握知識(shí)的概念；學(xué)會(huì)知識(shí)表達(dá)的基本方法。一、內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖：概念與基本特點(diǎn)人工智能概述知識(shí)及其表達(dá) 應(yīng)用領(lǐng)域 人工智能的應(yīng)用發(fā)展現(xiàn)狀 基本概念 表達(dá)方法 知識(shí)及其表達(dá)二、學(xué)習(xí)目標(biāo)細(xì)目表學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)結(jié)果行為指標(biāo)(當(dāng)學(xué)生獲得這種學(xué)習(xí)結(jié)果時(shí)，他們能夠)人工智能的概念與基本特點(diǎn)·說出兩到三種典型的人工智能定義，并了解其產(chǎn)生背景；·通過實(shí)例說明人工智能技術(shù)的特點(diǎn)，如它是一門綜合性的學(xué)科、研究?jī)?nèi)容廣泛、應(yīng)用廣泛等；

8、3;了解人工智能技術(shù)隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件技術(shù)進(jìn)步而發(fā)展的事實(shí)，簡(jiǎn)單地歸納其客觀規(guī)律。人工智能的應(yīng)用·列舉實(shí)例說明人工智能的主要應(yīng)用領(lǐng)域，如工業(yè)、商業(yè)、教育以及日常事務(wù)處理等；·熟悉三種以上人工智能典型應(yīng)用，如符號(hào)運(yùn)算、自然語言理解、模式識(shí)別（指紋識(shí)別、語音識(shí)別、光學(xué)字符識(shí)別等）。人工智能的發(fā)展·查找人工智能領(lǐng)域研究最活躍的部分，舉出應(yīng)用實(shí)例；·說出智能機(jī)器人研究的最新進(jìn)展情況，并給出自己對(duì)未來智能機(jī)器人的設(shè)想。知識(shí)的概念描述人工智能技術(shù)中使用的知識(shí)的概念。知識(shí)表達(dá)的基本方法·了解常用的知識(shí)表達(dá)的基本方法，如框架表示法、產(chǎn)生式規(guī)則表示法、狀態(tài)空間表

9、示法、與或圖表示法等； ·會(huì)手工或者借助工具軟件進(jìn)行上述各種知識(shí)表示形式的相互轉(zhuǎn)換。三、重點(diǎn)與難點(diǎn)分析（一）重點(diǎn)1. 人工智能的概念通過了解人工智能的具體內(nèi)容和涵義，使學(xué)生對(duì)人工智能有宏觀的把握，形成整體認(rèn)識(shí)，為學(xué)習(xí)后續(xù)各章節(jié)提供必要的知識(shí)準(zhǔn)備。2. 智能機(jī)器人的定義及其研究現(xiàn)狀該部分內(nèi)容是人工智能領(lǐng)域中進(jìn)展最活躍的部分，也是學(xué)生最感興趣的部分，通過對(duì)其最新發(fā)展現(xiàn)狀的描述，使學(xué)生能夠進(jìn)一步了解信息技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的前沿領(lǐng)域人工智能，從而增強(qiáng)學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)對(duì)人工智能未來的追求。3. 知識(shí)表達(dá)的常用的幾種基本方法知識(shí)表示方法是人工智能技術(shù)求解問題的基礎(chǔ)，也是學(xué)好人工智能課程的前提，是必須掌握

10、的內(nèi)容，掌握的好壞會(huì)對(duì)后面內(nèi)容的學(xué)習(xí)產(chǎn)生直接的影響。需重點(diǎn)掌握框架表示法、產(chǎn)生式規(guī)則表示法、狀態(tài)空間表示法。（二）難點(diǎn)1. 人工智能的概念目前人工智能還沒有公認(rèn)的定義，需要教師引導(dǎo)學(xué)生查找各種較為權(quán)威的說法，以加深學(xué)生對(duì)人工智能概念的理解。2. 人工智能的若干典型應(yīng)用，如自然語言處理、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能代理等因大部分學(xué)生對(duì)人工智能了解尚不多，本部分的教學(xué)老師宜從貼近生活的角度來教學(xué)，以幫助學(xué)生較系統(tǒng)的了解人工智能技術(shù)給人類生活帶來的影響，同時(shí)消除學(xué)生對(duì)人工智能的神秘感。3. 框架表示法、產(chǎn)生式規(guī)則表示法、狀態(tài)空間表示法、與或圖表示法的應(yīng)用對(duì)大部分初次接觸人工智能的學(xué)生來說，用這些方法表達(dá)

11、知識(shí)往往顯得比較抽象，難以理解，但本部分又是學(xué)好人工智能課程必須掌握的內(nèi)容，需要教師精心設(shè)計(jì)教學(xué)。四、教學(xué)建議該部分能夠使學(xué)生對(duì)人工智能及其應(yīng)用有宏觀的把握，涉及情感、態(tài)度、價(jià)值觀的教育，內(nèi)容概括性強(qiáng)，較抽象，對(duì)教學(xué)富有挑戰(zhàn)性。教師上課時(shí)很容易落入說教的俗套，能否通過實(shí)例、演示等方法將抽象轉(zhuǎn)為具體、形象，是在該部分的教學(xué)中需要特別關(guān)注的方面。老師備課時(shí)要多查找資料，引導(dǎo)學(xué)生探討人工智能的其他內(nèi)涵，思索有關(guān)人工智能的深層次問題。該模塊中知識(shí)及其表示部分是人工智能的基本組成部分，學(xué)生能否掌握、掌握的怎么樣對(duì)其它內(nèi)容的學(xué)習(xí)會(huì)產(chǎn)生一定影響，所以必須引起教師的重視。特別是幾種常用的知識(shí)表示方法，對(duì)初次接

12、觸人工智能的學(xué)生來說，往往難以理解，需要教師精心設(shè)計(jì)教學(xué)。建議教師在講授理論性知識(shí)的同時(shí)，多涉及些實(shí)踐活動(dòng)，使學(xué)生通過主動(dòng)參與來把握知識(shí)點(diǎn)。¹ 李藝：人工智能教學(xué)初步教學(xué)用書教育科學(xué)出版社，2005年版，第52頁。1、人工智能的概念教師在講解概念的同時(shí)可以引導(dǎo)學(xué)生探討智能及人工智能的其他內(nèi)涵，思索有關(guān)人工智能的深層次問題，如思考人工智能給人類生活帶來的影響。本節(jié)的教學(xué)可以用辯論的形式或者辯論式討論來引發(fā)學(xué)生思考；也可以提供給學(xué)生相關(guān)的資料讓學(xué)生閱讀學(xué)習(xí)；或者采取問題探究的方式，但問題的設(shè)置應(yīng)該考慮到教學(xué)環(huán)境條件和教學(xué)實(shí)際需要。例1你的周圍有哪些方面用到了人工智能？你所希望的充滿智能的

13、生活是什么樣子的？例2辯論：人工智能能否勝過人類智能。2、人工智能的主要應(yīng)用領(lǐng)域，如自然語言處理、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、智能代理等教師宜采用學(xué)生熟悉的實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生理解本部分內(nèi)容，以使學(xué)生能從已有的經(jīng)驗(yàn)建構(gòu)新的知識(shí)體系，讓學(xué)生形象直觀的感受到人工智能技術(shù)給人們生活帶來的諸多便利，初步感受人工智能的魅力?？梢苑中〗M查找相關(guān)資料、親身體驗(yàn)并交流討論，然后各組陳述討論出的結(jié)果，最后教師點(diǎn)評(píng)。例1可以從生活中尋找類似機(jī)器翻譯等學(xué)生較為熟悉的實(shí)例：讓學(xué)生上網(wǎng)打開“譯星”在線翻譯，或者金山快譯等軟件中的全文翻譯，讓學(xué)生感受到人工智能技術(shù)給人們生活帶來的諸多便利。例2人工智能的另一應(yīng)用領(lǐng)域符號(hào)運(yùn)算，考慮到在中學(xué)

14、數(shù)、理、化、生物等學(xué)科中可能會(huì)有大量的符號(hào)運(yùn)算問題，本節(jié)的教學(xué)可以通過引導(dǎo)學(xué)生打開網(wǎng)站，舉在線運(yùn)算實(shí)例Mathematica，使學(xué)生感受到用計(jì)算機(jī)輔助運(yùn)算和解題的魅力。例3師：請(qǐng)同學(xué)們運(yùn)用已經(jīng)學(xué)過的知識(shí)來完成兩個(gè)任務(wù)。生：分小組收集有關(guān)人工智能的信息，完成任務(wù)1，做出整理并形成報(bào)告。任務(wù)1：現(xiàn)實(shí)生活中，哪些地方使用了人工智能？ 高中生已經(jīng)有一定的分析歸納能力，讓他們自己動(dòng)手搜索，印象會(huì)更深刻，同時(shí)通過協(xié)作學(xué)習(xí)，培養(yǎng)其合作的能力。小組匯報(bào)任務(wù)1。任務(wù)1的匯報(bào)結(jié)束后，由教師點(diǎn)評(píng)，并與學(xué)生逐一學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)的主要應(yīng)用。如：(1)自然語言處理（可舉例說明，如機(jī)器翻譯，可以讓學(xué)生體驗(yàn)在線翻譯；再如自然

15、語言理解，可讓學(xué)生在線與Alice對(duì)話）;(2)智能代理（教師展示微軟辦公軟件小助手，根據(jù)學(xué)生情況可適當(dāng)增加一些例子，如智能搜索等；另外，可以推薦給學(xué)生致力于智能代理的開發(fā)與管理的網(wǎng)站： ）；(3)模式識(shí)別（這里教師可舉指紋識(shí)別、臉部識(shí)別、語音識(shí)別、指紋識(shí)別等例子，并創(chuàng)設(shè)相應(yīng)的情景）;(4)人機(jī)對(duì)弈（1997年，“深藍(lán)”計(jì)算機(jī)戰(zhàn)敗國(guó)際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫的故事）;每個(gè)活動(dòng)可以安排3-5分鐘的時(shí)間來完成，最后跟學(xué)生一起討論：我們列舉的生活中運(yùn)用的人工智能分別屬于哪些應(yīng)用領(lǐng)域？ 這樣不再是教師的單純說教，而是讓學(xué)生在體驗(yàn)中去理解人工智能的應(yīng)用，進(jìn)而自然過渡到對(duì)人工智能本質(zhì)的探討。任務(wù)2：在人們對(duì)

16、人工智能的描述中，請(qǐng)總結(jié)出你認(rèn)為較合適的人工智能的概念。這個(gè)問題主要解決人工智能的概念問題，但要了解其概念，對(duì)其歷史、發(fā)展必然要進(jìn)行一番探討。課堂的目標(biāo)關(guān)鍵是要解決“什么是人工智能”，人們對(duì)人工智能的描述是怎樣的。小組匯報(bào)，教師總結(jié)。本環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究問題，讓學(xué)生在體驗(yàn)中理解人工智能的本質(zhì)，避免了教師在教學(xué)過程中對(duì)理論性較強(qiáng)的概念的單純說教，主要是為了加深學(xué)生對(duì)人工智能概念的理解，為學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能初步打下基礎(chǔ)，培養(yǎng)他們學(xué)習(xí)研究的興趣和能力。3、知識(shí)表達(dá)的常用的幾種基本方法，重點(diǎn)是一階謂詞邏輯、產(chǎn)生式規(guī)則表示、狀態(tài)空間表示法這些內(nèi)容與后面人工智能語言、專家系統(tǒng)和通過搜索來求解問題有著

17、緊密的聯(lián)系。知識(shí)表示方法是學(xué)好人工智能課程必須掌握的內(nèi)容，是該門課程的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，而大部分學(xué)生為初次接觸，教學(xué)時(shí)教師應(yīng)遵循認(rèn)知規(guī)律，多用學(xué)生熟悉的例子，避免脫離實(shí)際，同時(shí)要與人工智能語言的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)系起來。這樣才能有效的促進(jìn)知識(shí)的遷移，使學(xué)生更好的理解、掌握該部分內(nèi)容。一階謂詞邏輯較容易理解，但多做練習(xí)是必要的。學(xué)習(xí)產(chǎn)生式規(guī)則表示法時(shí)，建議在學(xué)生搞懂基本原理的前提下，結(jié)合學(xué)生熟悉的日常知識(shí)來設(shè)計(jì)例子，通過必要的聯(lián)系來促進(jìn)知識(shí)的遷移。狀態(tài)空間表示法中，宜把狀態(tài)空間圖的概念與“漢諾塔”等問題結(jié)合起來分析，這樣有助于學(xué)生對(duì)知識(shí)點(diǎn)的理解和掌握。例1 用產(chǎn)生式規(guī)則表達(dá)簡(jiǎn)單的“動(dòng)物識(shí)別”知識(shí)。例2

18、將上述“動(dòng)物識(shí)別”的產(chǎn)生式規(guī)則用“與/或圖”來表達(dá)。例3 對(duì)以上幾種常用的知識(shí)表示方法的特點(diǎn)、適用場(chǎng)合進(jìn)行比較。第二節(jié) 推理與專家系統(tǒng)“課標(biāo)”相關(guān)內(nèi)容1. 演示或使用簡(jiǎn)單的產(chǎn)生式專家系統(tǒng)軟件，感受用專家系統(tǒng)解決問題的基本過程；了解專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)。2. 通過實(shí)例分析，知道專家系統(tǒng)正向、反向推理的基本原理；會(huì)描述一種常用的不精確推理的基本過程。3. 了解專家系統(tǒng)解釋機(jī)制的基本概念及其在專家系統(tǒng)中的重要作用。4. 了解專家系統(tǒng)外殼的概念；學(xué)會(huì)使用一個(gè)簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)外殼，并能用它開發(fā)簡(jiǎn)單的專家系統(tǒng)。一、內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖：專家系統(tǒng)工作原理系統(tǒng)外殼推理與專家系統(tǒng) 基本過程概念 開發(fā) 基本結(jié)構(gòu) 反向推理不精確

19、推理正向推理解釋機(jī)制 二、學(xué)習(xí)目標(biāo)細(xì)目表學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)結(jié)果行為指標(biāo)(當(dāng)學(xué)生獲得這種學(xué)習(xí)結(jié)果時(shí)，他們能夠)用專家系統(tǒng)解決問題的基本過程·會(huì)使用簡(jiǎn)單的產(chǎn)生式專家系統(tǒng)軟件；·體驗(yàn)用專家系統(tǒng)解決問題的基本過程。專家系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)·說出專家系統(tǒng)的組成部分：人機(jī)接口、知識(shí)庫、推理機(jī)、動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫、解釋器；·了解以上各部分的功能。專家系統(tǒng)的工作原理正向推理·說出推理的含義；·說出專家系統(tǒng)正向推理的含義；·結(jié)合實(shí)例描述正向推理的基本過程，解釋其基本原理。專家系統(tǒng)的工作原理反向推理·了解專家系統(tǒng)反向推理的含義；·結(jié)合實(shí)例描述反

20、向推理的基本過程，解釋其基本原理。專家系統(tǒng)的工作原理不精確推理·了解專家系統(tǒng)不精確推理的含義；·結(jié)合實(shí)例描述常用的不精確推理的基本過程。專家系統(tǒng)的解釋機(jī)制·了解專家系統(tǒng)中解釋功能的作用；·結(jié)合實(shí)例說明專家系統(tǒng)的解釋機(jī)制在專家系統(tǒng)中的作用。專家系統(tǒng)外殼的概念·了解專家系統(tǒng)外殼的概念和作用；·掌握專家系統(tǒng)外殼的使用方法。簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)外殼·描述用一個(gè)簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)外殼開發(fā)專家系統(tǒng)的基本步驟；·結(jié)合身邊的應(yīng)用實(shí)例（如校園植物、動(dòng)物園動(dòng)物、交通工具等）構(gòu)建一個(gè)專題知識(shí)庫；·將知識(shí)庫填入所選的外殼，構(gòu)建這個(gè)專家系統(tǒng)

21、。三、重點(diǎn)與難點(diǎn)分析（一）重點(diǎn)1. 專家系統(tǒng)的組成部分及其各部分的功能。該內(nèi)容是學(xué)習(xí)專家系統(tǒng)的工作原理的基礎(chǔ)，應(yīng)讓學(xué)生扎實(shí)掌握。2. 推理機(jī)的基本工作原理推理機(jī)是專家系統(tǒng)的“思維”機(jī)構(gòu)，是否理解本部分內(nèi)容對(duì)掌握整個(gè)人工智能初步模塊有著舉足輕重的作用。推理機(jī)最基本的工作方式是正向推理和反向推理，而不精確推理是人工智能中經(jīng)常碰到的處理不確定信息的推理方式。通過該部分的教學(xué)，利于學(xué)生多種思維方式的培養(yǎng)。（二）難點(diǎn)1. 專家系統(tǒng)的組成部分及其各部分的功能。本部分內(nèi)容比較抽象，教學(xué)時(shí)應(yīng)努力避免教條式的講解。2. 專家系統(tǒng)正向推理、反向推理、不精確推理的基本過程和基本工作原理本部分內(nèi)容比較抽象，形式化較難

22、，需要教師特別注意。3. 運(yùn)用簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)外殼開發(fā)專家系統(tǒng)的基本步驟通過引導(dǎo)學(xué)生實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生用人工智能方法解決問題的能力，體驗(yàn)人類專家解決復(fù)雜問題的思路，培養(yǎng)多種思維方式。借助專用的專家系統(tǒng)的“外殼”或開發(fā)工具，讓學(xué)生在構(gòu)建小型知識(shí)庫的層面上參與人工智能的開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐，即從網(wǎng)上下載簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)外殼，利用其開發(fā)簡(jiǎn)單的專家系統(tǒng)，讓學(xué)生通過對(duì)這種過程的親歷和體驗(yàn)，掌握開發(fā)專家系統(tǒng)的步驟，并利用其它學(xué)科知識(shí)作為知識(shí)庫的內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)熟悉專家系統(tǒng)外殼和整理零碎知識(shí)的雙重目的。四、教學(xué)建議專家系統(tǒng)是人工智能中的重要組成，也是其應(yīng)用的一個(gè)主要方面，它是模擬人類專家解決問題的思路和經(jīng)驗(yàn)，來解決現(xiàn)實(shí)社會(huì)

23、特定領(lǐng)域中復(fù)雜問題的一類軟件系統(tǒng)。一般而言，借助人工智能語言構(gòu)筑專家系統(tǒng)是一個(gè)具有相當(dāng)技術(shù)水平的工作，首先需要對(duì)人工智能語言的掌握與運(yùn)用達(dá)到較高的水平。然而，標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于人工智能語言的初步要求符合學(xué)生的實(shí)際認(rèn)知水平，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)達(dá)不到構(gòu)筑專家系統(tǒng)對(duì)語言能力的要求。因此，完全依靠學(xué)生自己的技術(shù)水平去開發(fā)專家系統(tǒng)是不現(xiàn)實(shí)的，學(xué)習(xí)任務(wù)超出了學(xué)生的“最臨近發(fā)展區(qū)”，只會(huì)打擊學(xué)生的積極性。Ì李藝：信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)解讀訪問時(shí)間：2005-12-12。這一部分內(nèi)容大多比較抽象，學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)較少，教師可以將人類的大腦、人類推理的方式和特點(diǎn)與專家系統(tǒng)及其推理機(jī)相類比來幫助學(xué)生理解。雖然專家系統(tǒng)完全是個(gè)新事物

24、，但是它與各種知識(shí)表示，尤其是學(xué)生有一定知識(shí)基礎(chǔ)的產(chǎn)生式規(guī)則表示方式有密切的關(guān)系。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，不能忽視這個(gè)有利于學(xué)生知識(shí)增長(zhǎng)和能力發(fā)展的“最臨近發(fā)展區(qū)”。1. 通過簡(jiǎn)單的程序來演示專家系統(tǒng)正向推理、反向推理、不精確推理的基本過程，從而理解推理機(jī)的基本工作原理。在這一部分中，專家系統(tǒng)的推理原理是教學(xué)的一大難點(diǎn)。“推理”這個(gè)詞對(duì)于高二學(xué)生來說不會(huì)太陌生，在平常的學(xué)習(xí)和生活中已經(jīng)有所接觸，并有一定的感性經(jīng)驗(yàn)，但專家系統(tǒng)的推理則屬于新內(nèi)容。因此，在這部分的教學(xué)中，應(yīng)該盡量使用問題解決學(xué)習(xí)的方法，使學(xué)生在不斷地提出問題、解決問題的過程中學(xué)到知識(shí)，促進(jìn)推理思維和問題解決能力的進(jìn)一步發(fā)展。Ì

25、 李藝：人工智能教學(xué)初步教學(xué)用書教育科學(xué)出版社，2005年版，第86頁。推理機(jī)最基本的方式是正向推理和反向推理，學(xué)生只要掌握其中一種推理方式即可推演到另外一種。而不精確推理是人工智能中經(jīng)常碰到的處理不確定信息的推理方式。2. 掌握用一個(gè)簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)外殼開發(fā)專家系統(tǒng)的基本步驟，并動(dòng)手開發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的專家系統(tǒng)為了對(duì)專家系統(tǒng)解決問題的模式有更深刻的了解，需要學(xué)生動(dòng)手參與專家系統(tǒng)的開發(fā)，在過程中加深理解。為了降低難度，可以借助專用的專家系統(tǒng)的“外殼”或開發(fā)工具，讓學(xué)生在構(gòu)建小型知識(shí)庫的層面上參與人工智能的開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐。不應(yīng)讓學(xué)生通過學(xué)習(xí)人工智能語言來開發(fā)專家系統(tǒng)外殼，因?yàn)檫@對(duì)絕大多數(shù)學(xué)生來說都有些偏

26、難了。例1 在專家系統(tǒng)的教學(xué)過程中，讓學(xué)生自行構(gòu)建由產(chǎn)生式規(guī)則組成的知識(shí)庫。例2 針對(duì)學(xué)生熟悉或感興趣的一個(gè)分類問題，利用簡(jiǎn)易專家系統(tǒng)外殼開發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的專家系統(tǒng)。如，用于識(shí)別校園中植物的專家系統(tǒng)（詳見本章第四節(jié)案例一）。例3認(rèn)識(shí)專家系統(tǒng)教學(xué)設(shè)計(jì)Í 轉(zhuǎn)自人工智能教育網(wǎng)唐浩 廣東省佛山市南海區(qū)石門中學(xué)本節(jié)內(nèi)容是新課標(biāo)廣東教育出版社人工智能初步選修模塊第三章“專家系統(tǒng)”的入門篇，旨在引導(dǎo)學(xué)生對(duì)人工智能的應(yīng)用有更進(jìn)一步的了解，對(duì)諸如語音識(shí)別系統(tǒng)，生物醫(yī)療診斷系統(tǒng)，制定最佳行車路線的GPRS等類似的專家系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能有一個(gè)較全面的理解。是對(duì)前一章“知識(shí)表示”學(xué)習(xí)的應(yīng)用，之后將深入學(xué)習(xí)專家系統(tǒng)

27、的知識(shí)獲取、推理過程、解釋功能和開發(fā)等。教學(xué)程序（一）新課引入展示智能機(jī)器人的畫面，說明智能機(jī)器人是人工智能中的應(yīng)用，人工智能中還有一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于我們的生活與科技中，以此引入將要學(xué)習(xí)的專家系統(tǒng)。播放瘋狂醫(yī)院看病記的Flash動(dòng)畫。學(xué)生觀看動(dòng)畫，回憶自己曾接受醫(yī)生治療的情形。感受并討論人類醫(yī)學(xué)專家在解決復(fù)雜問題時(shí)的思維。（二）提出問題、學(xué)生實(shí)踐探究及歸納總結(jié)在教學(xué)的不同階段分別向?qū)W生提出兩個(gè)問題，并通過多媒體網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)演示專家系統(tǒng)操作過程，學(xué)生在操作中通過小組協(xié)作交流探究問題的解決。最后教師對(duì)學(xué)生的探究結(jié)果進(jìn)行歸納總結(jié)，讓學(xué)生透過現(xiàn)象看到本質(zhì)。并通過辯論加深對(duì)專家系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。【問題一

28、】專家系統(tǒng)有什么特征？首先指導(dǎo)學(xué)生帶著“專家系統(tǒng)和人類專家有什么相同點(diǎn)與不同點(diǎn)？”的問題操作“疾病診斷治療專家系統(tǒng)”，體驗(yàn)電腦專家如何為人看病的。設(shè)計(jì)意圖：軟件操作不但能使學(xué)生更好的理解問題，而且也能促進(jìn)思維，為學(xué)生理解復(fù)雜抽象的難題提供了幫助。學(xué)生探究：學(xué)生通過小組協(xié)作的方式，結(jié)合軟件操作和人類醫(yī)生的思維過程可以得出最大的相同點(diǎn)是專家系統(tǒng)能模擬人類醫(yī)生的思維過程，一步一步循序漸進(jìn)從而提出診斷問題。教師總結(jié)：教師引導(dǎo)學(xué)生學(xué)生從探究結(jié)果歸納出專家系統(tǒng)的特征。教師從專家系統(tǒng)的特征引出專家系統(tǒng)的概念?！締栴}二】專家系統(tǒng)有哪幾個(gè)基本組成部分？各部分功能是什么？指導(dǎo)學(xué)生分組操作“動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)”，并推

29、理出表1中的動(dòng)物分別是什么，并要求學(xué)生思考：這個(gè)動(dòng)物識(shí)別專家系統(tǒng)由哪幾個(gè)部分組成、各部分的功能與作用是什么？表1 動(dòng)物特征表第一組有羽毛，會(huì)游泳，不會(huì)飛，有黑白二色產(chǎn)奶，吃肉，黃褐色，有暗斑點(diǎn)有蹄，產(chǎn)奶，有黑條紋有羽毛，有長(zhǎng)脖子，有長(zhǎng)腿，不會(huì)飛，有黑白二色*第二組有暗斑點(diǎn)，有長(zhǎng)脖子，有長(zhǎng)腿，產(chǎn)奶，有蹄產(chǎn)奶，吃肉，黃褐色，有黑條紋有羽毛，會(huì)游泳，不會(huì)飛，人養(yǎng)，嘎嘎叫，會(huì)下蛋不會(huì)飛，人養(yǎng)，有羽毛， 早晨叫*第三組有羽毛，吃肉，夜間活動(dòng)，睜一只眼睡覺不會(huì)飛，人養(yǎng)，會(huì)下蛋，陸地生活，有羽毛吃雜食，吃了就睡直立行走，會(huì)制造工具，會(huì)使用工具*設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生實(shí)際操作，通過小組協(xié)作和自主學(xué)習(xí)相結(jié)合的方式，完

30、成對(duì)問題的探究。培養(yǎng)學(xué)生觀察分析問題的能力。表1提供的動(dòng)物特征都是學(xué)生比較感興趣的，這樣能引起他們的學(xué)習(xí)興趣。教師演示：演示表1中某個(gè)動(dòng)物的推理操作。學(xué)生探究：通過實(shí)際操作，推理得出每組里面的動(dòng)物各是什么。在操作過程中能對(duì)該系統(tǒng)的組成和功能有感性的認(rèn)識(shí)。注：教師設(shè)置系統(tǒng)的知識(shí)庫中，每組最后一個(gè)動(dòng)物都不能推理出來，以促使學(xué)生思考，加深對(duì)專家系統(tǒng)“知識(shí)庫”的認(rèn)識(shí)。教師總結(jié)：引導(dǎo)學(xué)生歸納動(dòng)物識(shí)別系統(tǒng)的組成及各部分功能后，推廣到廣泛意義的專家系統(tǒng)。專家系統(tǒng)由人機(jī)交互接口、綜合數(shù)據(jù)庫、推理機(jī)、知識(shí)庫、解釋器組成。并講解各部分功能和工作流程。【辯論賽】專家系統(tǒng)VS人類專家情景設(shè)置：為了加深學(xué)生對(duì)專家系統(tǒng)的

31、認(rèn)識(shí)，組織學(xué)生分兩組辯論，從而比較出專家系統(tǒng)與人類專家的優(yōu)缺點(diǎn)分別是什么。在辯論之前，教師講述斯坦福大學(xué)實(shí)驗(yàn)的故事（圖6.1），為辯論開始作鋪墊，激發(fā)學(xué)生的辯論激情。圖6.1 斯坦福大學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)場(chǎng)圖右邊是9個(gè)醫(yī)生和一個(gè)專家系統(tǒng)，他們分別對(duì)10個(gè)病人診斷并開出處方，圖左邊是由8個(gè)專家組成的評(píng)判小組，對(duì)10個(gè)處方進(jìn)行評(píng)判。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是專家系統(tǒng)開的處方更全面。學(xué)生辯論：雙方就各自的觀點(diǎn)對(duì)對(duì)方予以反駁、辯論。學(xué)生能從辯論中得出人類專家有人情味，處理問題更靈活，而專家系統(tǒng)成本低，使用期限不受限制，而且專家系統(tǒng)可被復(fù)制的特點(diǎn)能降低成本、增加效益。這些需要教師引導(dǎo)學(xué)生歸納出來。（三）活動(dòng)探究學(xué)生首先閱讀專家系

32、統(tǒng)的類型，然后分組自主上網(wǎng)體驗(yàn)國(guó)內(nèi)外開發(fā)的各類專家系統(tǒng)，了解它們的分類，感受專家系統(tǒng)的應(yīng)用前沿。在動(dòng)手操作與比較分析的基礎(chǔ)上，每組同學(xué)就各自的想法和體驗(yàn)，按照專家系統(tǒng)處理問題的類型，對(duì)教師提供的專家系統(tǒng)進(jìn)行分類（表）。表 專家系統(tǒng)分類表第一組農(nóng)業(yè)專家系統(tǒng)、環(huán)境情況自我評(píng)價(jià)系統(tǒng)、攝像機(jī)購買選擇系統(tǒng)、人力資源分配系統(tǒng)、飛機(jī)故障診斷與維修系統(tǒng)第二組奶牛專家系統(tǒng)、生物(醫(yī)療)診斷系統(tǒng)、設(shè)備故障診斷系統(tǒng)、天氣預(yù)報(bào)、制定最佳行車路線的CARG系統(tǒng)第三組計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)CAI、農(nóng)作物收成預(yù)測(cè)、高危病人監(jiān)護(hù)系統(tǒng)VM、電話電纜維護(hù)ACE系統(tǒng)、自動(dòng)程序設(shè)計(jì)系統(tǒng)PSI教師抽樣小組的活動(dòng)成果并總結(jié)。分析：在教學(xué)中采用了

33、“情景教學(xué)”和“問題驅(qū)動(dòng)”的教學(xué)方法。利用瘋狂醫(yī)院看病記的有趣的Flash動(dòng)畫，作為引入，并讓學(xué)生從中體驗(yàn)并思考人類醫(yī)生為病人治病的思維過程。以辯論賽的方式加深學(xué)生對(duì)專家系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)。在教學(xué)過程中讓學(xué)生親自操作專家系統(tǒng)，活躍了課堂氣氛；在學(xué)生的實(shí)踐活動(dòng)中教師適時(shí)提出探究的問題，以幫助學(xué)生理解專家系統(tǒng)的構(gòu)成及原理。第三節(jié) 人工智能語言與問題求解“課標(biāo)”相關(guān)內(nèi)容1. 了解一種人工智能語言的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序結(jié)構(gòu)，掌握相關(guān)概念，知道人工智能語言的主要特征。2. 初步學(xué)會(huì)使用該語言設(shè)計(jì)程序求解簡(jiǎn)單問題，并能夠上機(jī)調(diào)試、執(zhí)行相應(yīng)的程序。3. 了解狀態(tài)空間的概念與方法，學(xué)會(huì)用該方法描述待求解的問題。4. 通

34、過簡(jiǎn)單博弈問題的分析，了解用盲目搜索技術(shù)進(jìn)行狀態(tài)空間搜索的基本過程，知道啟發(fā)式搜索的基本思想及其優(yōu)點(diǎn)。一、內(nèi)容結(jié)構(gòu)圖：人工智能語言基本結(jié)構(gòu)主要特征求解簡(jiǎn)單問題問題求解搜索的類型 盲目搜索啟發(fā)式搜索 運(yùn)行機(jī)理人工智能語言與問題求解 二、學(xué)習(xí)目標(biāo)細(xì)目表學(xué)習(xí)內(nèi)容學(xué)習(xí)結(jié)果行為指標(biāo)(當(dāng)學(xué)生獲得這種學(xué)習(xí)結(jié)果時(shí)，他們能夠)人工智能語言的基本結(jié)構(gòu)·了解某種人工智能語言如Prolog語言的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和程序結(jié)構(gòu)；·描述該人工智能語言的編程思路；·用該人工智能語言表示簡(jiǎn)單的問題。人工智能語言的運(yùn)行機(jī)理理解該種人工智能語言的匹配、遞歸等運(yùn)行機(jī)理。人工智能語言的主要特征·列舉人工智

35、能語言的主要特征，如無固定的運(yùn)行順序、有強(qiáng)大的遞歸功能、能自動(dòng)邏輯推理、數(shù)據(jù)和程序結(jié)構(gòu)統(tǒng)一等；·描述人工智能語言與其它計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語言如Basic、FoxPro等的不同。編寫程序求解簡(jiǎn)單問題·初步使用該語言設(shè)計(jì)程序求解簡(jiǎn)單問題；·上機(jī)調(diào)試、執(zhí)行相應(yīng)的程序。搜索的類型·了解人工智能求解問題的實(shí)質(zhì)是計(jì)算機(jī)搜索；·用狀態(tài)空間法表示簡(jiǎn)單問題；·解釋盲目搜索和啟發(fā)式搜索的基本思路并說明它們的異同。盲目搜索·理解寬度優(yōu)先搜索方法并結(jié)合實(shí)例說明寬度優(yōu)先搜索的基本過程；·理解深度優(yōu)先搜索方法并結(jié)合實(shí)例說明深度優(yōu)先搜索的基本過程；

36、·了解寬度優(yōu)先搜索和深度優(yōu)先搜索的異同和優(yōu)缺點(diǎn)；·根據(jù)實(shí)際需要選擇合適的搜索方法。啟發(fā)式搜索·描述啟發(fā)式搜索的基本思想及其優(yōu)點(diǎn)；·能用啟發(fā)式搜索算法求解一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問題，如博弈問題。三、重點(diǎn)與難點(diǎn)分析（一）重點(diǎn)1. 使用人工智能語言設(shè)計(jì)程序求解簡(jiǎn)單問題，并上機(jī)調(diào)試、執(zhí)行相應(yīng)的程序該部分內(nèi)容實(shí)踐性較強(qiáng)，重在培養(yǎng)學(xué)生用人工智能方法分析問題和解決問題的能力。2. 寬度優(yōu)先搜索的基本原理和基本方法需要學(xué)生扎實(shí)掌握該部分內(nèi)容，因?yàn)閷?duì)寬度優(yōu)先搜索的基本算法掌握的好壞，會(huì)直接影響后面幾種搜索方法的學(xué)習(xí)。3. 啟發(fā)式搜索的基本思想及其優(yōu)點(diǎn)啟發(fā)式搜索的方法是在搜索中加入

37、啟發(fā)性信息，用以指導(dǎo)搜索，以縮小搜索范圍，提高搜索速度。（二）難點(diǎn)1. 人工智能語言中遞歸的運(yùn)行機(jī)理初學(xué)者會(huì)覺得遞歸思想比較抽象，較難理解，對(duì)大部分學(xué)生是個(gè)很大的挑戰(zhàn)。2. 使用該語言設(shè)計(jì)程序求解簡(jiǎn)單問題，并上機(jī)調(diào)試、執(zhí)行相應(yīng)的程序該部分要求學(xué)生會(huì)編寫比較簡(jiǎn)單的程序解決常見問題，會(huì)調(diào)試和運(yùn)行程序；實(shí)踐性較強(qiáng)，對(duì)沒有編程基礎(chǔ)的同學(xué)有一定的難度。3. 啟發(fā)式搜索的基本思想及其優(yōu)點(diǎn)通過具體的例子來介紹各算法的實(shí)際運(yùn)用，使學(xué)生能靈活運(yùn)用這些搜索的思想解決實(shí)際問題。教師不能局限于表面知識(shí)點(diǎn)的介紹，一定要結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中的具體問題，真正做到理論與實(shí)踐相結(jié)合。四、教學(xué)活動(dòng)建議該部分實(shí)踐性較強(qiáng)，可以多安排一些上

38、機(jī)課時(shí)。1. 理解人工智能語言中匹配和遞歸的運(yùn)行機(jī)理。遞歸等思想較難理解，對(duì)學(xué)生來說是個(gè)很大的挑戰(zhàn)，教學(xué)方式宜以教師為主的教學(xué)方式。在教師引導(dǎo)下，請(qǐng)學(xué)生舉出生活中的遞歸例子，如鏡子互相映像的遞歸現(xiàn)象，理解遞歸的思想。例1 用遞歸方法求解漢諾塔（Hanoi）問題。例2 用遞歸方法求n的階乘。例3 用匹配方法解決簡(jiǎn)單的查詢問題。2. 用狀態(tài)空間法求解問題?？梢酝ㄟ^分析簡(jiǎn)單的博弈問題，讓學(xué)生了解用盲目搜索技術(shù)進(jìn)行狀態(tài)空間搜索的基本過程。例 “井字棋”問題。3. 說出搜索的基本類型：盲目搜索和啟發(fā)式搜索。搜索的基本類型如下圖，講解時(shí)著眼于這些搜索之間的區(qū)別會(huì)比較容易為學(xué)生所接受。搜索的基本類型寬度優(yōu)先

39、搜索 盲目搜索啟發(fā)式搜索 深度優(yōu)先搜索 利用問題本身的一些相關(guān)信息來指導(dǎo)搜索的進(jìn)行例“啟發(fā)式搜索與人機(jī)博弈”的教學(xué)設(shè)計(jì)Ì轉(zhuǎn)自人工智能教育網(wǎng)李永前 浙江師范大學(xué)附屬中學(xué)在該部分的教學(xué)中，將通過相關(guān)活動(dòng)，讓學(xué)生進(jìn)一步了解啟發(fā)式搜索的過程、啟發(fā)式搜索與窮舉式搜索的不同之處。在本節(jié)教學(xué)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了窮舉式搜索的知識(shí)，如寬度優(yōu)先搜索和深度優(yōu)先搜索；已經(jīng)了解了狀態(tài)空間、狀態(tài)空間搜索及啟發(fā)式搜索的基本概念。教學(xué)過程：任務(wù)1：讓學(xué)生實(shí)際操作電子字典(例如文曲星)或博弈網(wǎng)站中的“黑白棋”游戲，寫出該游戲的規(guī)則，并在“玩”的過程中，總結(jié)出自己設(shè)想的“致勝”法則。任務(wù)2：進(jìn)入因特網(wǎng)，查找“人機(jī)博弈”

40、的相關(guān)資料。教學(xué)步驟教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖新課導(dǎo)入1.講解如何啟動(dòng)黑白棋程序。2.講解黑白棋的基本規(guī)則，并簡(jiǎn)單演示如何“玩”黑白棋。3.重點(diǎn)說明在“玩”的過程中，本節(jié)課教學(xué)要完成的任務(wù)。1.了解本節(jié)課的兩個(gè)教學(xué)任務(wù)。2.啟動(dòng)并開始“玩”黑白棋。通過“玩”黑白棋游戲，理清自己（也就是“人”）在走棋時(shí)的思路。教學(xué)任務(wù)11.指導(dǎo)學(xué)生如何從教師機(jī)上獲取表格一和表格二。2.在表格一中，將黑白棋的第一條規(guī)則，也是最難寫一條規(guī)則，提供給學(xué)生作為范例。3.講解黑白棋的上述規(guī)則。如：現(xiàn)輪到黑棋走。若黑棋在“C6”位下一棋，則垂直方向的“C5”和對(duì)角線方向的“D5”白棋均變?yōu)楹谄辶恕?.與學(xué)生討論一些“致勝”法

41、則。如：“吃子越多越好”等。并引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深入討論，如：“吃子越多越好”是一條最好的“致勝”法則嗎？5.指導(dǎo)學(xué)生將填寫好表格一和表格二的Word文檔，以自己的學(xué)號(hào)為文件名，上傳到教師機(jī)上。1.通過例一，了解黑白棋的最基本規(guī)則?；卮穑寒?dāng)黑棋在圖一的其它位置上下一棋子時(shí)，棋局發(fā)生什么變化？2.寫出黑白棋的游戲規(guī)則，并填寫表格一。3.總結(jié)自己認(rèn)為的“致勝”法則，并填寫表格二。4.整理自己的“致勝”法則。如：各條“致勝”法則的優(yōu)先級(jí)；哪些“致勝”法則將受哪種條件的制約等。對(duì)自己想不清楚的問題，可放到校園網(wǎng)的論壇中進(jìn)行討論。5.上傳填寫好表格一、表格二的Word文檔。通過書寫游戲規(guī)則和游戲的“致勝”法則

42、，讓學(xué)生學(xué)會(huì)如何分解自己“瞬間”的思維（即“放慢”思維速度），將“模糊”的、原始的思維，逐步轉(zhuǎn)化為可用文字表達(dá)的、較為清晰的游戲規(guī)則和游戲“致勝”法則。游戲規(guī)則雖然是事先確定的，但也允許學(xué)生用自己的方式表達(dá)。而對(duì)于游戲的“致勝”法則，每個(gè)學(xué)生都會(huì)有自己不同的想法，要鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)表自己獨(dú)特的見解。教學(xué)任務(wù)21.教學(xué)任務(wù)2是針對(duì)已經(jīng)較好完成任務(wù)1的同學(xué)而設(shè)置的。2.在參考網(wǎng)址中提供了一些有關(guān)的網(wǎng)站。1.進(jìn)入教師提供的網(wǎng)站，瀏覽人機(jī)博弈的相關(guān)資料。2.自己查找更多有關(guān)人機(jī)博弈的資料。3.將查到的好的網(wǎng)址或好的資料，發(fā)布到校園網(wǎng)的論壇上，供大家討論。通過查找人機(jī)博弈的資料，讓學(xué)生了解人機(jī)博弈研究的進(jìn)展，

43、了解編寫人機(jī)博弈程序的復(fù)雜程度，激發(fā)學(xué)生對(duì)人機(jī)博弈的興趣。表格一：黑白棋的游戲規(guī)則序號(hào)游戲規(guī)則1雙方輪流走，所走的棋在水平、垂直、對(duì)角線方向，將對(duì)方所夾的棋，均變?yōu)樽约侯伾钠濉? 3 4 表格二：你認(rèn)為的“致勝”法則序號(hào)“致勝”法則備注1  2  3  4  5  注：盡量標(biāo)明“致勝”法則的優(yōu)先級(jí)。各種“致勝”法則在不同情況下，如果優(yōu)先級(jí)會(huì)發(fā)生變化，請(qǐng)?jiān)趥渥⒅姓f明。圖6.2 黑白棋的某一狀態(tài)圖（現(xiàn)在由黑棋下子） 附：參考答案表格一：黑白棋的游戲規(guī)則序號(hào)游

44、戲規(guī)則1雙方輪流走，所走的棋在水平、垂直、對(duì)角線方向，將對(duì)方所夾的棋，均變?yōu)樽约侯伾钠濉?當(dāng)輪到一方下子，而該方又無法下子時(shí)，則由對(duì)方下子。3當(dāng)一方的子被另一方全部吃完時(shí)，則被吃完的一方被認(rèn)為是“輸家”。4當(dāng)所有的棋格均被填滿后，棋子多的一方被認(rèn)為是“贏家”。表格二：自己認(rèn)為的“致勝”法則序號(hào)“致勝”法則備注1能占角的，盡量先占角。序號(hào)1的法則，優(yōu)先于序號(hào)2的法則。2能占邊的，盡量先占邊。如果本方能占邊，但導(dǎo)致對(duì)方能占角，則本法則不適用。3盡量將對(duì)方占邊的子吃掉。可能導(dǎo)致對(duì)方占角的，則該法則不適用。4盡可能將對(duì)角線上的對(duì)方子吃掉。可能導(dǎo)致對(duì)方占角的，則該法則不適用。5盡可能多地吃掉對(duì)方的子。

45、在上述法則均不適用的情況，再使用該法則。注：上述是一種可行的“致勝”法則，并不是最優(yōu)的法則。任務(wù)3：寫出在理想狀態(tài)下，對(duì)黑白棋走兩步后的評(píng)價(jià)函數(shù)。任務(wù)4：進(jìn)入因特網(wǎng)查找資料，討論與人機(jī)博弈相關(guān)的問題。例如：(1)“致勝”法則的優(yōu)劣與評(píng)價(jià)函數(shù)的關(guān)系。(2)在博弈搜索中，為什么會(huì)產(chǎn)生節(jié)點(diǎn)爆炸問題。(3)在人機(jī)博弈中，除了采用啟發(fā)式搜索外，還可以用哪些搜索策略？(4)通過前面的實(shí)踐操作和分析，談?wù)勗谌藱C(jī)對(duì)弈游戲中所指“棋力”的含義是什么？教學(xué)步驟教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖復(fù)習(xí)討論1.引導(dǎo)學(xué)生討論哪些“致勝”法則較為有效。2.提出問題，如何將“致勝”法則，轉(zhuǎn)換為判斷在某個(gè)位置下子的依據(jù)。3.給出一種黑白

46、棋的狀態(tài)（由哪方下子），如果黑棋下一子，白棋下一子，黑棋再下一子后的狀態(tài)作為目標(biāo)狀態(tài)。引導(dǎo)學(xué)生討論該如何搜索。1.通過瀏覽、討論，了解自己與其他同學(xué)的“致勝”法則的優(yōu)缺點(diǎn)。2.思考“致勝”法則的優(yōu)劣，與對(duì)弈取勝的關(guān)系。3.針對(duì)教師給定的狀態(tài)，討論如何進(jìn)行搜索。將具體的黑白棋，與“抽象難懂”的搜索算法聯(lián)系起來，逐步化解搜索算法的難度，讓更多的學(xué)生對(duì)啟發(fā)式搜索算法感興趣。教學(xué)任務(wù)31.回憶以前學(xué)過的知識(shí)，與學(xué)生一起討論窮舉式搜索的空間狀態(tài)圖和搜索量。2.提醒學(xué)生，上述討論出黑方最佳的下子位置，是在一種理想狀態(tài)下的搜索得到的，即白方是按黑方的愿望來下子的，也沒有“致勝”法則的介入。3.繼續(xù)在這種理想

47、狀態(tài)下，講解如何用啟發(fā)搜索減少搜索量。4.給出一種求評(píng)價(jià)函數(shù)f的方法：其g值為當(dāng)前狀態(tài)下白棋的個(gè)數(shù)；h取即使白棋不下子，黑棋最多能殺白棋的個(gè)數(shù)。如圖6.4，以此方法計(jì)算出的各個(gè)節(jié)點(diǎn)的評(píng)價(jià)函數(shù)，并畫出搜索路徑圖。5.引導(dǎo)學(xué)生討論：比較完全搜索與啟發(fā)式搜索的不同點(diǎn)。并討論編寫人機(jī)對(duì)弈程序的困難程度。1.利用圖三，分析窮舉式搜索的空間狀態(tài)圖和搜索量。2.學(xué)生分成三組，根據(jù)教師在B分枝給出的范例，分別完成A、C、D三個(gè)分枝各個(gè)節(jié)點(diǎn)的g、h值及該節(jié)點(diǎn)的評(píng)價(jià)函數(shù)f值的計(jì)算。3.每組學(xué)生在自己這一分枝上，根據(jù)評(píng)價(jià)函數(shù)畫出啟發(fā)式空間狀態(tài)搜索圖。4.通過對(duì)比窮舉搜索和啟發(fā)式搜索，分析啟發(fā)式搜索的優(yōu)越性。5.討論

48、：若加入某一“致勝”算法，那么各節(jié)點(diǎn)的g、h、f又該如何計(jì)算？利用學(xué)生已經(jīng)熟悉的黑白棋，來討論在人機(jī)對(duì)弈時(shí)，如何計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)的評(píng)價(jià)函數(shù)f，進(jìn)一步了解啟發(fā)式搜索，以及啟發(fā)式搜索在人機(jī)對(duì)弈中的作用。有沒有更好的求評(píng)價(jià)函數(shù)f的方法？加入某一“致勝”算法后又如何求評(píng)價(jià)函數(shù)？通過多種方法，讓學(xué)生充分了解求出在啟發(fā)式搜索中具有重要地位的評(píng)價(jià)函數(shù)。教學(xué)任務(wù)41.教學(xué)任務(wù)4是針對(duì)已經(jīng)較好完成任務(wù)3的同學(xué)而設(shè)置的。2.對(duì)任務(wù)4的四個(gè)問題，教師作簡(jiǎn)要的說明。如人機(jī)博弈程序除加入啟發(fā)式信息外，程序還要具備自學(xué)習(xí)功能；另外，極小極大法，剪枝法也是人機(jī)博弈程序中常用的方法等，幫助學(xué)生完成相關(guān)問題的回答。1.進(jìn)入因特網(wǎng)，

49、針對(duì)任務(wù)2的四個(gè)問題，查找相關(guān)資料。2.對(duì)一般同學(xué)，要求回答其中的一個(gè)問題。對(duì)能力較強(qiáng)的同學(xué)，要求盡可能多地回答問題。也可自己提出問題，發(fā)布在校園網(wǎng)的論壇上。3. 提交作業(yè)。通過教學(xué)任務(wù)2，讓學(xué)生了解到，人機(jī)博弈程序中，除了教學(xué)中要求掌握的啟發(fā)式搜索外，還有許多問題有待研究和解決。 圖6.3 黑白棋的狀態(tài)圖（注：圖中的數(shù)值是由“WZebra”黑白棋程序提供的在該位置下子的估算值）圖6.4 黑白棋的狀態(tài)空間圖（注：f評(píng)價(jià)函數(shù)；g當(dāng)前狀態(tài)下白棋的個(gè)數(shù)；h即使白棋不下子，黑棋最多能殺白棋的個(gè)數(shù)）分析：在本節(jié)教學(xué)中用了任務(wù)驅(qū)動(dòng)法，讓學(xué)生親自操作黑白棋游戲，然后教師及時(shí)引導(dǎo)，將具體的黑白棋與抽

50、象難懂的搜索算法聯(lián)系起來，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并逐步化解了搜索算法的難度，活躍了學(xué)生的思維。第四節(jié) 典型教學(xué)案例案例一 專家系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)Ì選自中小學(xué)信息技術(shù)教育2004年7月。設(shè)計(jì)者楊銀輝單位浙江師范大學(xué)田家炳教育學(xué)院案例名稱專家系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)適應(yīng)范圍人工智能初步課時(shí)3課時(shí)【教學(xué)內(nèi)容分析】人工智能作為一門研究運(yùn)用計(jì)算機(jī)模擬和延伸人腦功能的綜合性學(xué)科，在一定程度上代表著信息技術(shù)的發(fā)展前沿。新頒的高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)把人工智能初步作為選修課程納入我國(guó)的中學(xué)信息技術(shù)教育中，此為適時(shí)之舉。但是人工智能在國(guó)內(nèi)中學(xué)的開設(shè)尚屬首次，教師教學(xué)經(jīng)驗(yàn)缺乏，對(duì)學(xué)生來說，也是一個(gè)陌生的事物，所以要能全面貫徹

51、新課標(biāo)精神，與其他幾門選修課程相比，難度較大。專家系統(tǒng)是人工智能領(lǐng)域的重要組成內(nèi)容，也是該領(lǐng)域發(fā)展得較為成熟的部分。為了縮小現(xiàn)實(shí)與理想之間的矛盾，在人工智能課程“專家系統(tǒng)”內(nèi)容的教學(xué)中，我們希望“以問題解決為中心”的教學(xué)方式，通過小組協(xié)作，讓學(xué)生在感受什么是專家系統(tǒng)的基礎(chǔ)上既了解有關(guān)專家系統(tǒng)的基本知識(shí)，又能利用專家系統(tǒng)外殼自行開發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)，由此既增強(qiáng)他們對(duì)人工智能的認(rèn)識(shí)，又促進(jìn)問題解決能力，發(fā)散性思維能力和社會(huì)合作能力的培養(yǎng)?！緦W(xué)生分析】選修這門課程的學(xué)生通常已具有一定的信息技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)（信息技術(shù)基礎(chǔ)是所有高中學(xué)生的必修課程），懂得如何操作計(jì)算機(jī)、上網(wǎng)瀏覽信息和收集資料等。“專家系統(tǒng)

52、”的學(xué)習(xí)內(nèi)容在人工智能教材中一般都是置于“知識(shí)表示”之后，因此學(xué)生對(duì)各種知識(shí)表示方式都有初步了解，掌握了例如產(chǎn)生式規(guī)則、狀態(tài)空間圖、語義網(wǎng)絡(luò)等的基本表示方法。但是各種知識(shí)表示如何在人工智能中得到應(yīng)用，學(xué)生們對(duì)這個(gè)問題在上一階段的學(xué)習(xí)中還難以深入體會(huì)。專家系統(tǒng)通過把領(lǐng)域?qū)＜业拇罅恐R(shí)加以計(jì)算機(jī)編程嵌入到計(jì)算機(jī)內(nèi)部，產(chǎn)生式規(guī)則的知識(shí)表示方式在專家系統(tǒng)的知識(shí)庫建設(shè)中得到了實(shí)際應(yīng)用。因此對(duì)于學(xué)生來說，雖然專家系統(tǒng)完全是個(gè)新事物，但是它與各種知識(shí)表示，尤其是產(chǎn)生式規(guī)則表示方式，有著理論與實(shí)際應(yīng)用的關(guān)系。教師在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，不能忽視這個(gè)有利于學(xué)生知識(shí)增長(zhǎng)和能力發(fā)展的“最鄰近發(fā)展區(qū)”?！窘虒W(xué)目標(biāo)】知識(shí)與技能目

53、標(biāo)：1、感受什么是專家系統(tǒng)，知道專家系統(tǒng)和專家系統(tǒng)外殼之間的區(qū)別和聯(lián)系；2、了解專家系統(tǒng)的基本構(gòu)造和工作機(jī)制；3、能利用專家系統(tǒng)外殼自行開發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)。過程與方法：1、能夠根據(jù)任務(wù)的要求，有效采集、分類和管理信息；2、通過感受人類專家解決復(fù)雜問題的思路，增強(qiáng)邏輯思維和問題解決能力。情感態(tài)度與價(jià)值觀：1、進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)人工智能領(lǐng)域的認(rèn)識(shí)，感受人工智能技術(shù)的豐富魅力；2、增強(qiáng)協(xié)作學(xué)習(xí)和人際交流能力。【課時(shí)安排】本次教學(xué)計(jì)劃用3個(gè)課時(shí)完成專家系統(tǒng)及其設(shè)計(jì)的課程內(nèi)容：第1課時(shí)：主要讓學(xué)生感受什么是專家系統(tǒng)，并了解有關(guān)專家系統(tǒng)的一些基本知識(shí)；第2課時(shí)：主要讓學(xué)生能夠利用InterModeller專

54、家系統(tǒng)外殼自行設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易的植物識(shí)別專家系統(tǒng)；第3課時(shí)：學(xué)生展示設(shè)計(jì)的植物識(shí)別專家系統(tǒng)，在互相交流中提高口頭表達(dá)能力和作品鑒賞能力?！菊n前準(zhǔn)備】在網(wǎng)絡(luò)教室的教師機(jī)和每臺(tái)學(xué)生機(jī)上安裝InterModeller專家系統(tǒng)外殼和由這個(gè)外殼開發(fā)的“疾病診斷治療專家系統(tǒng)”。教師收集人類專家給病人診斷治療病情的錄像資料和有關(guān)自然界各類植物介紹的錄像資料?！窘虒W(xué)過程】（一）情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)興趣(a),(b),(c)），體驗(yàn)電腦專家是如何為人們治病的。(a)(b)(c)圖6-5 “疾病診斷治療專家系統(tǒng)”咨詢界面讓學(xué)生以小組為單位（全班學(xué)生以每4人為一組）討論下列問題：電腦專家與人類專家相比較，它們各有怎樣的優(yōu)勢(shì)和

55、劣勢(shì)？學(xué)生展開討論。最后教師小結(jié)：雖然人類專家比電腦專家在問題處理上更靈活，但是成功的專家系統(tǒng)通過模擬領(lǐng)域?qū)＜姨幚韱栴}的思想，可以處理具體領(lǐng)域中的復(fù)雜問題，從而減少勞務(wù)開支和人才培養(yǎng)費(fèi)用；而且由于軟件的便于復(fù)制性，專家系統(tǒng)能夠廣泛傳播人類專家的寶貴知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)；若對(duì)軟件保管合理，還能長(zhǎng)期延續(xù)人類專家的經(jīng)驗(yàn)，使其不受人類專家壽命的影響。因此，成功的專家系統(tǒng)能為人類帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益。教師提出本次課程的主要學(xué)習(xí)任務(wù)：通過體驗(yàn)各類專家系統(tǒng)實(shí)例，感受什么是專家系統(tǒng)，并在了解專家系統(tǒng)的基本構(gòu)造和工作機(jī)制的基礎(chǔ)上，能夠利用專家系統(tǒng)外殼自行開發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)易的專家系統(tǒng)，例如自然界植物識(shí)別專家系統(tǒng)。（二）新課展開，構(gòu)建知識(shí)教師講授專家系統(tǒng)的概念，以及它與專家系統(tǒng)外殼的區(qū)別。要求學(xué)生通過因特網(wǎng)資源的搜索，收集、體驗(yàn)并分析國(guó)內(nèi)外開發(fā)的各類專家系