1.3人工智能研究內容與應用教學設計人教-中圖版高中信息技術選擇性必修4

第1章人工智能概述1.3人工智能研究內容與應用教學設計教學背景信息科技是現代科學技術領域的重要部分，主要研究以數字形式表達的信息及其應用中的科學原理、思維方法、處理過程和工程實現。當代高速發(fā)展的信息科技對全球經濟、社會和文化發(fā)展起著越來越重要的作用。義務教育信息科技課程具有基礎性、實踐性和綜合性，為高中階段信息技術課程的學習奠定基礎。信息科技課程旨在培養(yǎng)科學精神和科技倫理，提升自主可控意識，培育社會主義核心價值觀，樹立總體國家安全觀，提升數字素養(yǎng)與技能。教材分析本節(jié)課的教學內容選自人教/地圖出版社選擇性必修4人工智能初步第1章人工智能概述1.3人工智能研究內容與應用。在一次北京國際消費電子博覽會上，首次亮相的“小螞哥”吸引了眾多觀眾，大家紛紛上前與其互動?！靶∥浉纭笔且豢钣糜跓o人配送的智能物流機器人，到達目的地后會自動通過語音通知客戶取貨，在一定區(qū)域范圍內實現自動化配送。“小螞哥”具有衛(wèi)星定位、自主行駛、主動避障和規(guī)劃路線等多種功能，應用了機器人自主定位、計算機視覺、嵌入式控制和機械設計等多種技術。除此之外，還有許多人工智能技術已經應用于人們的生產和生活當中。人工智能（ArtificialIntelligence，AI）對社會的影響，遠比人們今天所認識的還要廣泛。本章將以“人工智能在身邊”為主題開展項目活動，引領同學們了解人工智能的典型應用，感受人工智能給我們生活帶來的巨大變化，體驗人工智能新應用，關注人工智能的發(fā)展趨勢，激發(fā)同學們學習人工智能課程的興趣。教學目標1.了解人工智能的主要研究內容和重點應用領域。2.了解人工智能的應用現狀，知道人工智能的典型應用。3.能夠發(fā)現身邊的人工智能，感受人工智能對我們生活的影響。教學重點與難點教學重點:了解人工智能的主要研究內容和重點應用領域。教學難點:能夠發(fā)現身邊的人工智能，感受人工智能對我們生活的影響。教學方法與教學手段案例分析法、講授法、任務驅動法。教學過程問題導入體驗探索智能中的人工智能智能是目前普及率和使用率非常高的電子產品。隨著人臉識別、語音翻譯、智能遙控、娛樂休閑、電子商務和個人理財等眾多應用程序的開發(fā)和應用，人們的生活變得更加便捷。例如，語音翻譯技術不僅可以做到實時翻譯，還可以用標準的發(fā)音朗讀文字。語音翻譯技術作為跨語言溝通的橋梁，極大地方便了不同語種國家和地區(qū)的人們之間的交流。語音翻譯技術主要應用于會議記錄、語音筆記和實時字幕等場景以及社交聊天等應用程序，如圖1.3.1所示。思考：生活中你是否體驗過語音翻譯技術的應用？如果體驗過，試分析該應用的功能是如何實現的。人工智能的主要研究內容人工智能是一門綜合性學科，涉及哲學、心理學、認知科學、計算機科學、數學和工程學等學科，這些學科為人工智能的研究和發(fā)展提供了豐富的知識基礎和研究方法。思考活動智能菜單翻譯我們在異國旅游的時候，自然要品嘗當地美食。使用拍攝菜單照片，“智能菜單翻譯”應用程序就可將照片中的菜品文字內容翻譯出來，讓點菜不再困難，如圖1.3.2所示?！爸悄懿藛畏g”應用程序依托海量的菜品語言數據資源，基于深度學習技術，通過高效的訓練平臺，在大規(guī)模通用模型基礎上，實現了精準的翻譯。思考：拍照翻譯與語音實時翻譯的區(qū)別是什么？這兩種智能翻譯功能應用了人工智能的哪些技術？人工智能的主要研究內容如表1.3.1所示。表1.3.1人工智能的主要研究內容研究內容描述知識表示知識表示是對知識的一種描述，或者說是一組約定，是一種計算機可以接受的用于描述知識的數據結構。對知識進行表示的過程就是把知識編碼成某種數據結構的過程專家系統專家系統是一種具有特定領域內大量知識與經驗的智能計算機程序系統，即模擬人類專家的計算機程序系統人工神經網絡人工神經網絡是一種應用類似于大腦神經元連接的結構進行信息處理的數學模型。通過調整內部大量節(jié)點之間相互連接的關系，達到處理信息的目的計算機視覺計算機視覺就是用各種成像系統代替視覺器官作為輸入手段，由計算機來代替大腦完成處理和解釋。計算機視覺的最終研究目標就是使計算機能像人一樣，通過視覺觀察了解世界，具有自主適應環(huán)境的能力自動推理從一個或幾個已知的判斷邏輯推論出一個新的判斷邏輯的思維過程稱為推理。自動推理是知識的使用過程，人解決問題就是利用以往的知識，通過推理得出結論模式識別模式識別是通過計算機用數學計算的方法對表征事物或現象的各種形式的信息進行處理和分析，是對事物或現象進行描述、辨認、分類和解釋的過程自然語言處理自然語言處理是實現人與計算機之間用自然語言進行有效通信的各種理論和方法人工智能殺毒引擎人工智能殺毒引擎是我國完全自主研發(fā)的第三代殺毒引擎（具有我國的自主知識產權）。它采用了人工智能算法模型——支持向量機，不僅查殺速度快、病毒檢出率高，而且還具備“自學習、自進化”的能力，無須頻繁升級特征庫，就能免疫90%以上的加殼和變種病毒，有效解決了前兩代殺毒引擎“不升級病毒庫就無法查殺新病毒”的技術難題，在全球范圍內屬于首例。從技術角度來說，對付病毒的關鍵點就是要把已潛入或打算潛入到用戶計算機中的危險程序找出來，而這個“查找”的過程類似于互聯網上的搜索引擎。在海量的信息數據中，殺毒軟件通過搜索引擎智能地找出已知或未知的病毒，這種“智能”的“查找識別”是新一代殺毒軟件的核心所在。研發(fā)一個具備學習能力的病毒智能識別引擎，就是讓計算機具備人類的學習能力，讓計算機自己來發(fā)現和學習病毒的變化規(guī)律。這樣，就能獨立地將新老病毒的查殺率提升到前所未有的高度。人工智能殺毒引擎向世界展示了我國自主創(chuàng)新的領先科技成果。閱讀拓展人工智能的應用人工智能在眾多領域中的應用都取得了舉世矚目的成就，特別是計算機視覺、專家系統、自然語言處理、模式識別和機器人等技術的應用，極大地改變了我們的生活。智能家居智能家居通過物聯網技術，實現家庭中硬件設備的互聯互通，使用戶可以遠程遙控設備。設備具有自我學習等功能，可以收集、分析用戶行為數據，為用戶提供個性化生活服務，使家居生活更加便捷、舒適。例如，遠程遙控各類家用電器的運轉，通過人臉識別和指紋識別技術實現開鎖等，如圖1.3.3所示。智能交通智能交通集成了通信、信息采集、信息分析和控制技術。通過網絡技術將交通設備進行聯通，對交通信息進行采集、分析，并形成決策，達到相互協調、資源優(yōu)化、高效運轉的目的。例如，根據上下班高峰路段車輛信息實時調整道路紅綠燈時長，應用電子不停車收費（ElectronicTollCollection，ETC）系統，等等，如圖1.3.4所示。智能安防智能安防是通過人臉識別、視頻圖像分析等技術對圖像進行智能判斷，實現實時的安全防范和處理。人工智能技術的應用使安防不再是被動防御，而是主動發(fā)現、精準判斷、及時預警。例如，區(qū)域入侵檢測、人臉檢測等，如圖1.3.5所示。智能穿戴智能可穿戴設備正在改變我們的生活方式。它通過便捷的穿戴形式、實時的數據采集、精準的數據分析，為用戶提供建議，協助用戶解決問題。例如，可穿戴設備會主動提醒作息時間，實時檢測身體狀況并給出改善建議等。智能物流智能物流利用智能搜索技術，通過分析歷史庫存數據，建立預測模型，實現對庫存商品的動態(tài)調整。物流倉庫的分揀機器人接到訂單后，可以迅速定位商品在倉庫內的位置，規(guī)劃最優(yōu)揀貨路徑，完成揀貨后自動規(guī)劃路線，把貨物送到打包臺，如圖1.3.6所示。這不僅節(jié)約了勞動力，還提升了物流速度，提高了工作效率。隨著人工智能理論和技術的日益發(fā)展，人工智能的應用領域也在不斷擴大?？梢栽O想，未來的人工智能產品，將會是人類智慧的“容器”。從智能可穿戴設備到智能家居、智能機器人、智能駕駛、智能教育、智能醫(yī)療、智能金融、智能工業(yè)和智能農業(yè)等，人工智能正在不知不覺中改變著人們的生活，人工智能的發(fā)展將給人們帶來更加美好的未來。閱讀拓展智能公交2017年12月2日，全球首批智能公交車（圖1.3.7）從深圳福田保稅區(qū)開出，引起廣泛關注。智能公交車滿載25人，其中有17個座席和8個站席。車輛運行時速25km，最高時速為30km，單次續(xù)航里程可達150km，40min即可充滿電。智能公交試運營線路為全長1.2km的環(huán)線，設有海梁、深巴、福田三站。目前這條線路只是處于“數據采集試運行階段”，即“有人駕駛、試驗線路、只針對特定人群開放”。該公交車裝有智能駕駛公交系統，能實現減速避讓、緊急停車、繞行障礙物和自動靠站等功能，基本實現了智能駕駛。項目實施關注人工智能一、項目活動1.結合生活中人工智能的應用場景，嘗試說出這些人工智能應用主要涉及的研究內容，感受人工智能給我們生活帶來的變化。2.結合本節(jié)所學內容，在你了解的人工智能應用中，推薦一個你認為發(fā)展前景最好的應用，完成項目報告，并以多媒體的形式呈現研究成果，與全班同學分享、交流。二、項目檢查1.結合本節(jié)所學內容，能夠說出人工智能的主要研究內容和典型應用。2.填寫項目報告，如表1.3.2所示，并與全班同學分享、交流。表1.3.2項目報告項目名稱項目成員成員分工人工智能的應用功能及應用場景研究內容及相關技術應用價值未來的應用前景3.留存過程性資料，如研究文檔、體驗過程微視頻和體驗感受記錄等?？偨Y評價1.請同學們總結本章的核心概念與關鍵能力。2.根據自己的掌握情況填寫下表。學習內容掌握程度人工智能的概念□不了解□了解□理解人工智能的基本特征□不了解□了解□理解人工智能的發(fā)展歷程□不了解□了解□理解人工智能的發(fā)展現狀□不了解□了解□理解人工智能的主要研究內容□不了解□了解□理解人工智能的應用□不了解□了解□理解□不了解□了解□理解課后作業(yè)1.在上不同的翻譯應用程序，對比幾款應用程序的翻譯功能，了解它們各自的特點，推薦你最喜歡的一款。2.利用人工智能開