5.2-探秘人工智能第1課時-【新教材】教科版(2019)高中信息技術必修一教案

教科版2019信息技術必修1數(shù)據(jù)與計算第5單元數(shù)據(jù)分析與人工智能5.2探秘人工智能教學設計【教材分析】高中信息技術課程以全面提升學生的信息素養(yǎng)為根本目標。信息技術自身的發(fā)展可以歸納為新知識的更新、新技術的更替、新工具的更換。如智能硬件的普及、應用場景的快速切換、大數(shù)據(jù)與人工智能帶來的社會深度變化、新興工具的快速升級、創(chuàng)造空間的不斷延伸。教材必須適應時代要求，保證知識技能的系統(tǒng)性、先進性；注重項目與活動對學生創(chuàng)新意識與核心素養(yǎng)的驅動；貼近學生生活，充分尊重其認知發(fā)展規(guī)律；立足當下實際，面向未來適當拓展。人工智能是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學。人工智能是對人的意識、思維的信息過程的模擬。了解和探索人工智能是當代學生必要的專業(yè)素養(yǎng)。在設計內容時，應當充分考慮社會進步和科學技術發(fā)展的成果及發(fā)展趨勢，具有一定的科學性、前瞻性與時代性，引導學生了解信息技術的最新發(fā)展成果對生活、學習的影響，以激發(fā)學生數(shù)字化創(chuàng)新的動機，培養(yǎng)學生對信息技術發(fā)展的適應能力。本節(jié)圍繞“人工智能科普營”項目，清晰、系統(tǒng)地把握人工智能的脈絡，提高學生學習人工智能的興趣，培養(yǎng)多角度思維的能力以及完整地解決問題的能力，從而更有效地發(fā)展學生的邏輯思維能力。本節(jié)從人機對戰(zhàn)開篇，介紹啟發(fā)式搜索及人工智能基礎知識，從揭示AlphaGo核心算法入手，展示人工智能領域的軟硬件關鍵技術。遵循AI學科的主流觀點和體系，突出當前成就；內容上強調與信息技術學科核心概念與核心素養(yǎng)直接關聯(lián)，并盡可能采用直觀的方法描述智能算法及其實現(xiàn)過程；通過實踐性強、操作性強的實例，重在理解、體驗人工智能應用；通過剖析典型案例闡述智能技術社會化應用的巨大價值以及隨之帶來的倫理、安全、法律等不同層面上的復雜問題?！窘虒W建議】本項目本著以活動引導教學的主旨，注重讓學生在實踐活動中了解人工智能的概念，體會人工智能的魅力，以激發(fā)他們對人工智能的興趣，為后面的基礎理論學習打好基礎。學生在學習本節(jié)內容后應該了解人工智能的基本概念和特征，人工智能的發(fā)展歷程，主要分支、主要觀點，典型應用及系統(tǒng)等。在教學準備階段，教師應預先調試人工智能相關設備，收集安裝相關軟件，下載相關學習資源，如有關人工智能的資料、視頻片段（電影或紀錄片）等供學生實踐、參考和觀摩。引入人工智能概念時，教師可以通過古今中外一些生動的實例和故事揭示人類對于自身智能的思考和對智能拓延的渴望，從而加深學生對智能和智能機器的理解，引發(fā)其對智能的探索；介紹人工智能發(fā)展過程時，可以通過介紹一些典型的歷史人物和史實，使學生體會人工智能這門學科從孕育到產生再到發(fā)展的過程中經歷的艱辛歷程；體驗人工智能技術應用時，應引導學生思考人工智能對人類生活的促進作用和更廣闊的應用空間；探究人工智能算法時，選取學生較容易了解的算法舉例說明，如：決策樹、神經網絡等，盡量用淺顯易懂的語言讓學生了解算法的機理，或是對比智能算法和普通算法，凸顯人工智能算法的優(yōu)越性，可以不深入到算法的實現(xiàn)。教師應將教學重點放在引導學生如何去“體會”“好奇”“喜歡”這門科學，了解本學科與其他學科在研究問題、解決問題上的新奇和獨特之處，培養(yǎng)學生創(chuàng)新意識，拓展學生創(chuàng)新思維?！窘虒W目標】1、了解人工智能技術的相關概念與應用領域。2、了解人工智能技術發(fā)展的新趨勢。3、認識人工智能在信息社會中的重要作用?！窘虒W重點、難點】人工智能技術的相關概念與應用領域。人工智能技術發(fā)展的新趨勢。人工智能在信息社會中的重要作用?！窘虒W過程】人工智能作為國際競爭的新焦點，是引領未來的戰(zhàn)略性技術，世界主要發(fā)達國家把發(fā)展人工智能作為提升國家競爭力、維護國家安全的重大戰(zhàn)略。誰能引領人工智能，誰就掌控了人類的未來!在本節(jié)中，我們將通過對人工智能典型案例的剖析，了解智能信息處理的巨大進步和應用潛力，認識人工智能在信息社會中的重要作用。新聞業(yè)正在智能化，醫(yī)學正在智能化，甚至法律也正在智能化。在科技進步的競賽中，我們聽到了人工智能飛奔的聲音。它可以診斷癌癥，創(chuàng)造藝術，在很短的時間里從最復雜的游戲中“學會”并挑戰(zhàn)人類三千年傳承的戰(zhàn)略。本節(jié)我們將圍繞“人工智能科普營”項目揭開人工智能的“隱身衣”，了解其核心技術及價值。

本項目主要包含“認識人工智能”和“

揭秘智能算法”兩個任務。

任務一認識人工智能

“阿爾法圍棋”的橫空出世激發(fā)了全社會研究的熱情。恰逢學?！叭斯ぶ悄芸破諣I”活動，請你作為志愿者參與其中，協(xié)助搜集信息，并為活動出謀劃策。

活動1探問最強大腦

回顧人類智能與人工智能的幾次對戰(zhàn)，可以感受到人工智能技術的飛速發(fā)展。請搜集相關信息，并完善表5.2.1。

在“深藍”系列計算機中，存放了包括卡斯帕羅夫的棋譜在內的近百年棋譜記錄，它的“智能”主要體現(xiàn)在對海量的實戰(zhàn)棋譜的啟發(fā)式搜索上。

啟發(fā)式搜索

根據(jù)問題的實際，不斷尋找可利用的知識，構造一條推理路線解決問題，這個過程就是搜索。按預定的控制策略進行搜索，而不考慮問題本身特性的搜索，稱為盲目搜索，這種搜索一般適用于求解比較簡單的問題。另一種搜索方式稱為啟發(fā)式搜索，它在搜索過程中加入估價函數(shù)等啟發(fā)信息，不斷自動調整搜索方向，加速求解進程。例子

以八數(shù)碼問題為例，尋找從初始局面到目標局面移動方案的過程就是一次搜索，控制策略不同，搜索到的解決方案移動的步數(shù)也各不相同。某八數(shù)碼問題的算法平臺如圖5.2.1所示。

路徑規(guī)劃也是啟發(fā)式搜索的一種典型應用，如衛(wèi)星定位、無人駕駛汽車等。請設計一份迷宮圖，并表述自己的啟發(fā)式搜索方案，看看誰的方案既快又準。

活動2體驗人工智能

有些同學提出了這樣的問題:“計算機真的能像人類一樣思考嗎?何謂人工智能?”作為前沿科技，人工智能的內涵在不停地變化。人工智能

1950年的“圖靈測試”揭開了人工智能的序幕。一般而言，人工.智能是利用數(shù)字計算機或者數(shù)字計算機控制的機器模擬、延伸和擴展人的智能，感知環(huán)境，獲取知識并使用知識獲得最佳結果的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)。

有人把人工智能分成弱人工智能和強人工智能。弱人工智能一般指實現(xiàn)特定功能的專用智能設備，不能真正實現(xiàn)推理和解決問題。強人工智能是指真正能思考、有知覺、有自我意識的人類級別的智能機器。例子自動駕駛、車牌識別、刷臉支付以及深入人心的智能機器人，這些生活中常見的技術都屬于人工智能的不同應用。人工智能已快速地介入我們的衣食住行,刷新了我們的生活方式。它就在這里,唾手可得。

人工智能到底有哪些應用呢?請選擇2~3個領域了解人工智能的應用現(xiàn)狀，填寫表5.2.2，并與同學交流討論。

“人工智能科普營”舉辦了很多場專家講座，學校希望將專家講座整理成