高一信息技術(shù)《人工智能初步》精品教案

1、優(yōu)選教育資源共贏共享共進教學(xué)基本信息課名第一章知識表不及Prolog語言第四節(jié)狀態(tài)變化類問題求解是否屬于地方課程或校本課程否學(xué)科信息技術(shù)學(xué)段高中年級高一授課日期20*年9月11日教材書名：人工智能初步出版社：廣東教育出版社出版日期：20*年06月指導(dǎo)思想與理論依據(jù)新修訂的普通高中技術(shù)課程標準（實驗）中指出：信息技術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)之一是培養(yǎng)學(xué)生的計算思維能力，具備計算思維的學(xué)生在解決社會生活中的實際問題時，能夠采用計算機可以處理的方式界定問題、抽象特征、建立結(jié)構(gòu)模型、合理組織數(shù)據(jù)。信息技術(shù)課程應(yīng)體現(xiàn)學(xué)科的核心素養(yǎng)。結(jié)合問題解決的真實過程，發(fā)展學(xué)生的計算思維。本節(jié)課通過學(xué)習(xí)狀態(tài)空間表示法對問題抽象特

2、征、建立結(jié)構(gòu)模型并求解，體現(xiàn)了對學(xué)生計算思維的培養(yǎng)。學(xué)生的學(xué)習(xí)過程基于體驗式學(xué)習(xí)理論，即學(xué)習(xí)者親身介入實踐活動，通過認知、體驗和感悟，在實踐過程中獲得新的知識、技能、態(tài)度。遵循從特殊到一般，再從一般到特殊這一認識事物的普遍規(guī)律，通過體驗歸納過程、規(guī)律。教學(xué)背景分析教學(xué)內(nèi)容：廣東教育出版社出版的普通高中信息技術(shù)選修5人工智能初步在第一章中對人工智能進行了概述，接下來第二章開始講人工智能最基本的內(nèi)容一一知識表示。知識是一切智能行為的基礎(chǔ)，知識表示讓機器能夠識別和處理知識。本章共介紹了四種知識表示的常用方法，本節(jié)所介紹的狀態(tài)空間表示法與其它三種是并列關(guān)系，可以根據(jù)實際情況選擇合適的知識表示法。相比較

3、而言，狀態(tài)空間表示法更抽象一些。尤其是第一步一一狀態(tài)變量的設(shè)計，尤為困難。所以在課堂練習(xí)活動的設(shè)置環(huán)節(jié)，遵循循序漸進的原則，由易到難安排題目。直到最后布置作業(yè)才讓學(xué)生獨立完成第一步一一狀態(tài)變量的設(shè)計。學(xué)生情況：高中生具有一定的空間想象能力，可以理解和掌握本節(jié)課的內(nèi)容。學(xué)生在課余生活中會接觸到一些益智游戲，其中的一部分有利于學(xué)生的智力發(fā)展。但是大多停留在感性認識水平，即便能過關(guān)，其中道理也模糊不清。本節(jié)課是學(xué)生學(xué)習(xí)的第三種知識表示法，通過數(shù)學(xué)、物理等學(xué)科的學(xué)習(xí)已經(jīng)有了一些將知識符號化的基礎(chǔ)，但對狀態(tài)空間的相關(guān)概念以及狀態(tài)空間表示法的實際應(yīng)用還是初次接觸。本節(jié)課能夠引領(lǐng)學(xué)生把一些適用于狀態(tài)空間的問

4、題求解過程提升到一個理性認識的水平，初步學(xué)會用狀態(tài)空間表示法表示知識，并學(xué)以致用。教學(xué)方式：講授法、任務(wù)驅(qū)動法教學(xué)手段：1 .利用益智游戲分析、體驗狀態(tài)變化類問題求解的一般過程。2 .準備微視頻學(xué)習(xí)資源實現(xiàn)學(xué)生的個性化學(xué)習(xí)。技術(shù)準備：學(xué)校有網(wǎng)絡(luò)機房，學(xué)生人手一臺計算機。每班學(xué)生有自己的賬戶和文件夾，師生通過FTP交換數(shù)據(jù)。網(wǎng)上共享空間提供可以課后訪問的學(xué)習(xí)資源。根據(jù)學(xué)生和學(xué)校設(shè)備情況，本節(jié)課在網(wǎng)絡(luò)機房進行。教學(xué)目標（內(nèi)容框架）教學(xué)目標:1 .知識與技能：了解狀態(tài)、操作和狀態(tài)空間的概念。2 .過程與方法：初步學(xué)會用狀態(tài)空間表示法表示知識。3 .情感態(tài)度與價值觀：體驗狀態(tài)空間表示法求解問題的一般過

5、程。教學(xué)重點：用狀態(tài)空間表示法表示知識教學(xué)難點：狀態(tài)變量的設(shè)計時間（分）教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖3（課前2分鐘預(yù)備）復(fù)習(xí)提問：（3分鐘）提問1：不久前圍棋界上演了一場人機大戰(zhàn)，代表人類一方出場的是誰?（世界頂級圍棋棋手李世石）提問2:與他對弈的是誰？（AlphaGo是具有人工智能的計算機系統(tǒng)）提問3：最終是誰獲得了比賽的勝利呢？（AlphaGo）提問4:為什么研究用計算機卜圍棋？（圍棋是一種及其復(fù)雜的狀態(tài)變化類問題）組織提問就坐思考回答組織課堂明確研究狀態(tài)變化類問題的意義，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。2引入新課：（2分鐘）使用知識表示法的目的是把社會、生活問題符號化，從而輸入到計算機中由計算機進行問

6、題求解。卜.圍棋的過程中，棋局的狀態(tài)一直在變化，對于這類狀態(tài)變化類問題，適合用知識表示法中的狀態(tài)空間表示法進行描述。要想明白計算機是如何求解下圍棋這類狀態(tài)變化類問題，可以從一個簡單的狀態(tài)變化類問題入手一一翻硬幣問題。講解聽講強調(diào)知識表示法的目的和狀態(tài)空間表示法的應(yīng)用范圍，講授新課：狀態(tài)變化類問題求解板書觀看為后續(xù)學(xué)習(xí)做鋪墊。16一、狀態(tài)空間表示法的相關(guān)概念演示講解：翻硬幣問題盤盤盤觀察明確學(xué)習(xí)課題通過實例狀態(tài)：事物在某一時刻的狀況。翻轉(zhuǎn)三枚硬幣，用“0”表講解思考體驗、感受概念時間（分）教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖示硬幣為止面朝上，用“1”表示硬幣為反面朝上。狀態(tài)變量的取值是事先設(shè)定的，具

7、體用什么數(shù)值表示都可以。操作：引起狀態(tài)變化的手段。翻轉(zhuǎn)三枚硬幣的操作，分別用ABC表示。如果在設(shè)計操作時用大寫，整個求解過程都要用大寫。狀態(tài)空間：用狀態(tài)變量和操作符號表示知識的符號系統(tǒng)。適用于表示狀態(tài)變化過程類問題求解的知識。狀態(tài)空間圖：狀態(tài)空間的圖示形式。下圖中表示出了翻動三次硬幣的六種解法，八種狀態(tài)。練習(xí)1:完成課堂練習(xí)一Q0,0,0J）引導(dǎo)指導(dǎo)檢查歸納思考填寫實現(xiàn)教學(xué)目標1實現(xiàn)教學(xué)目標2C1,0,0)0,0,1,00)(0,0,1)從解決簡單問題開L<AC>-TAC>-、C1,1,0)(1,0,1)(0,1,1,始，運用計算思維B識別分析CaA(1,1,1)問題、抽象、

8、選做題：設(shè)初始狀態(tài)為“正”、“反”、“正”，每次只能指導(dǎo)思考建模、設(shè)計系統(tǒng)解且必須翻一枚硬幣。連翻三次（必須三次，不能多，也不能少）檢查決方案21后能否達到三枚全朝上或全朝下的狀態(tài)？提示：可以出現(xiàn)重復(fù)狀態(tài)參考答案：七種解法到全正（aab/ccb/aba/cbc/bbb/bcc/baa）,不能至U全反。狀態(tài)空間中的任何狀態(tài)都可以是初始狀態(tài)，只不過是問題的初始條件/、同而已。二、用狀態(tài)空間表示法求解問題播放演示：過河問題（益智游戲）分析講解板書講解觀察思考回答觀察思考分層教學(xué)問題難度螺旋式上升（指定多個目標狀態(tài)、限定操作次數(shù)、改變初始狀態(tài)）有個人要劃船把菜、羊、狼運到對岸。只有人會劃船，并且每次只

9、能運一樣?xùn)|西。如果沒有人的看護，狼會吃羊、羊會吃菜。請問該如何將這三樣?xùn)|西平安運到對岸呢？實現(xiàn)教學(xué)目標2、3激發(fā)興趣、體驗過時間（分）教學(xué)過程U?：box口】cjhkiUE!,：:'i變量igyhelptherpjr<?mo'cthe明"卜：狀態(tài)空間表示法求解問題的一般步驟教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖程。設(shè)計狀態(tài)設(shè)計操作I繪制狀態(tài)符號空間圖1.設(shè)計狀態(tài)變量思考問題1:在游戲中羊有幾種狀態(tài)？（兩種，在左岸或者在右Ert-th4t:wolvescjtiheepjusheepdt口bba驢whennujround明確重點提問引導(dǎo)思考討論回答岸。）只考慮操作前后的狀態(tài)，不考

10、慮操作過程中的狀態(tài)。在船上是操作的中間過程，不設(shè)為一種狀態(tài)。結(jié)論：狀態(tài)的數(shù)量決定狀態(tài)變量的取值。設(shè)置在左岸的狀態(tài)用0表示，在右岸的狀態(tài)用1表示。思考問題2:游戲的初始狀態(tài)用幾個1表示？（四個，因為要表示出菜羊狼的狀態(tài)的同時還有表示人的狀態(tài)，用來判斷狀態(tài)是否合理）所以初始狀態(tài)用（1,1,1,1）表示，1,1,0,1,1,1,RY0,1,0,1R0,1,0,01,1,1,01,0,1,1R0,0,0,1RY+0,0,1,0RR1,0,1,0RY提問分析引導(dǎo)提問分析引導(dǎo)思考討論回答思考討論回答突破教學(xué)難點鞏固“操作”的概念時間（分）教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖目標狀態(tài)用（0,0,0,0）表示。狀

11、態(tài)變量的取值不一定是兩種，有些問題設(shè)計狀態(tài)變量時可能需要多個值表示多種狀態(tài)。2.設(shè)計操作符號思考問題3:需要設(shè)計運人的操作符號嗎？（需要，當人劃空船到對岸的時候，狀態(tài)發(fā)生了變化。變化的原因就是人的操作，所以要有對應(yīng)的操作符）提問思考分析討論引導(dǎo)回答演示用符號RG繪制狀態(tài)空間圖應(yīng)用設(shè)計狀態(tài)變量設(shè)計操作符號Y、L分別表示把人、菜、羊、狼送到對岸3.繪制狀態(tài)空間圖思考問題4：有哪些可能的操作符號？（R、RC、RY、RL）用上面設(shè)計的狀態(tài)變量和操作符號繪制狀態(tài)空間圖。演示前兩步操作，分析如何繪制狀態(tài)空間圖。練習(xí)2：完成課堂練習(xí)二，提交作業(yè)。布置巡視講解總結(jié)觀看思考聽講填寫聽講理解回憶梳理4個思考問題引

12、導(dǎo)明確用狀態(tài)空間表示法表示知識的一般步驟，突出重點利用游戲輔助繪制狀態(tài)空間圖，體驗問題求解的過程，突出重點布置 記錄鞏固并拓 展本節(jié)課 所學(xué)習(xí)的 知識分層任務(wù)（拓展練習(xí)）：提燈過河問題。游戲驗證：這個過河問題一共有兩種解，通過游戲中的操作對狀態(tài)空間圖中的兩種解進行驗證?？偨Y(jié)歸納：（2分鐘）狀態(tài)空間表示法的概念和應(yīng)用課后作業(yè)：（1分鐘）提燈過橋問題：一家五口晚上輪流用僅有的一盞油燈過獨木橋，每次最多只能過兩人。每人過橋需要的時間分別是：1、3、6、8和12秒兩人過橋的時間是最慢人的時間。油燈最多只能燃燒30秒。參考資料：PPT兩個過河問題的游戲、講解微視頻和閱讀材料。學(xué)習(xí)效果評價設(shè)計評價方式1.

13、 課堂表現(xiàn)2. 課堂練習(xí)一3. 課堂練習(xí)二評價量規(guī)評價項目評價標準分值課堂聽講認真聽講20回答問題積極回答問題20課堂練習(xí)一每空2分共30分課堂練習(xí)二一6個狀態(tài)，每個3分，6個操作，每個2分共30分本教學(xué)設(shè)計與以往或其他教學(xué)設(shè)計相比的特點（300-500字數(shù)）本教學(xué)設(shè)計借助實際生活中能調(diào)動學(xué)生積極性的三個益智游戲為任務(wù)驅(qū)動，合理開發(fā)和利用課程資源，作為學(xué)習(xí)新知識的基礎(chǔ)和內(nèi)化條件。其中兩個用于課堂練習(xí)，另一個用于課后作業(yè)。但是益智游戲不能在課前同時都共享給學(xué)生，會分散學(xué)生的注意力。應(yīng)該在學(xué)生開始做課堂練習(xí)二時共享，用來輔助繪制狀態(tài)空間圖。分析菜羊狼過河問題的規(guī)則時可以直接用游戲界面進行演示，這樣更生動形象一些。準備了電子版課堂任務(wù)單，要求學(xué)生下課前提交?？梢悦鞔_課堂練習(xí)任務(wù)，評價反饋學(xué)習(xí)情況。由于狀態(tài)