人工智能初步

人工智能初步信息技术选修课程简介课程的意义教材的特点不同栏目的介绍任务提示板学习指引体验活动后续活动评价参考资料内容简介（1）第1章初识人工智能：让学生通过实际操作，体验具有一定智能的软件，通过与计算机聊天、下棋等活动感受人工智能与人类智能之间的关系和区别，了解人工智能的概念和基本特点，了解人工智能的基本领域，帮助学生建立起对人工智能这门学科的初步认识。第2章知识的表示：让学生通过活动充分感受到知识表示是人工智能首先要解决的问题，即如何让知识以适合机器系统的方式进行表示，学生将学习框架表示法、产生式表示法、状态空间表示法、与/或图表示法、谓词逻辑表示法等人工智能中知识表示的方法内容简介（2）第3章人工智能语言：让学生通过实践，学习一种人工智能语言-Prolog,并能够使用该语言设计简单的智能程序。第4章推理与专家系统：让学生通过使用简单的产生式专家系统软件，了解专家系统的基本结构，掌握专家系统正向、反向推理的基本原理，认识常用的不精确推理的基本过程，学会利用一个简易的专家系统外壳开发简单的专家系统。内容简介（3）第5章通过搜索求解问题：让学生从迷宫入手，了解状态空间的概念与方法以及用盲目搜索技术进行状态空间搜索的基本过程，掌握基于状态空间问题的求解过程和进行状态空间搜索的基本思想，知道博弈问题的基本知识以及搜索技术在博弈中的应用。课时安排第1章初识人工智能课标要求：1能描述人工智能的概念与基本特点；知道人工智能技术随着计算机硬、软技术的进步和应用需求而发展的事实和客观规律。2列举人工智能的重要应用领域；通过演示或实际操作，体验人工智能的若干典型应用，知道其发展现状。建议：通过体验智能软件，感受人工智能与人类智能的区别，对人工智能有初步认识主要内容什么是人工智能人工智能常见的研究与应用领域什么是人工智能（1）活动意图：建立起对人工智能的感性认识，比较人类智能与人工智能的差异。重点难点：重点：人工智能的概念与基本特点难点：让学生在实际操作中体会，建立起对人工智能的初步认识课学准备：可以让学生预先收集一些资料，教师也可预先收集一些关于智能、人类智能、人工智能定义的资料。对聊天网站，一定要预先检查是否能正常链接。什么是人工智能（2）建议教学过程：导入新课开始活动教师介绍学习指引中的内容体验活动人工智能常见的研究与应用领域（1）活动意图：通过人工智能的典型成果，即计算机棋手，文字识别，机器翻译和机器人，对人工智能的研究与应用领域有感性认识。重点难点：重点：让学生通过体验，了解人工智能的研究与应用领域。难点：让学生在实际操作中对软件的智能程度进行分析、比较和总结。课学准备：教师一定要预先收集相关软件（可以自己准备，也可让学生准备）并安装在机房的电脑上面。扫描的材料可由教师预先准备好。收集资料要提醒学生不要仅限于网络。有些操作教师甚至考虑要自己预先演示。人工智能常见的研究与应用领域（2）建议教学过程：与计算机下棋，完成活动1，了解人工智能学科中的问题求解识别英语短文，完成文章翻译，完成活动2,了解模式识别和自然语言理解了解各种各样机器人，了解机器人学的发展介绍“学习指引”中的自动定理证明、智能代理、专家系统、自动程序设计和人工神经网络，总结体验活动人工智能常见的研究与应用领域（3）下棋（跳棋，五子棋，相同棋类的同学分成一组）文字识别和机器翻译。识别的材料教师先准备好，可以准备一些“好”的材料和“不好”的材料。翻译可单独进行，用翻译软件，或用google翻译对于各类机器人的讨论，可结合一些影视作品学习指引中的内容要给合前面的活动后续活动与评价活动目标：通过调查和资料收集，让学生感性地了解人工智能对人类生活的影响、全面地了解人工智能学科的发展过程。后续活动可在课余时间完成，如有时间也可一部分在课外，一部分在课内完成。评价举例：认识人类智能的特征：*在教师的提示下能够辩别人类智能的特征；**能够知道人类智能的特点，并在日常生活中找到其表现的实例***能够主动地分析人类日常的活动，并归纳总结出人类智能的特征。第2章知识的表示课标要求：1掌握知识的概念2学会知识表达的基本方法建议本章是后面几章的基础，知识表示是把人的知识转换成计算机可以接受的形式，知识表示有多种形式，各有特点。主要内容知识及知识的表示框架表示法产生式表示法状态空间表示法与/或图表示法谓词逻辑表示法知识及知识的表示（1）活动意图：通过描述计算机硬件构造的知识，从使用三种不同的方法-“自然语言”，“图”，“框架结构”描述计算机硬件构造开始，让学生体会同一个知识可以用不同的方法来描述，不同的描述方法各有特点。重点难点：重点：让学生使用不同的方法描述同一种知识，通过学生自己参与描述的过程体验知识与知识表示的概念。难点：抽象概念较多，尤其是让学生区分知识、信息与数据三者的概念。课学准备：教师一定要预先准备一个计算机主机的实物，并贴好相应的标签，如果实物有困难，可采用预先介绍一下计算机主机的知识（带一些图片），然后让学生进行活动。知识及知识的表示（2）建议教学过程：导入新课：交流什么是知识，我们是如何进行知识的表示与交流的执行活动中的第一个任务：用三种不同的方法描述计算机执行第二个任务：分析以上三种方法的特点执行第三个任务：比较不同的知识描述方法各有什么特点教师讲解“学习指引”中的内容小结体验活动（可在课堂上做）强化上述内容框架表示法（１）活动意图：以名片为描述对象，通过收集名片上的信息，并加以归纳整理，逐渐引入框架表示法表示知识．通过活动，学生可以体会到框架的四个组成部分是如何从现实事物中被提取出来的．重点难点：重点：让学生通过观察、搜集信息，归纳整理信息和描述知识等过程，学会使用框架描述知识。难点：如何通过归纳整理获得框架的四个组成部分。教学准备：教师要让学生预先收集一些名片，鼓励学生互相进行名片交流。另外需要一些表示的知识（文本），要求这些知识应该内容相对复杂一些，帮助学生更好地理解框架。框架表示法（２）教学过程安排：导入新课：复习第一节中用框架结构表示计算机构造的知识执行活动的步骤１：从收集到的名片中提取关键性项目执行活动的步骤２：对收集到的信息进行归纳整理执行活动的步骤３：完成框架的表述用学习指引中的内容进行小结应用：利用框架表示法表示一些其它的知识体验活动（可在课堂上做）强化上述内容框架表示法（３）一个框架可以由框架名、槽、侧和值四部分组成。框架一般可表示成如下格式：框架名槽名1侧面11值111值11２侧面1２值1２1值1２２槽名2侧面２１值21１值21２侧面２2值２21…值22２…框架虽然由四部分组成，但是有的时候可以缺损其中的一些结构，比如Ｐ２６地震的框架产生式表示法（１）活动意图：活动要求学生从一个产生式表示法表示的知识中找到规则和事实的对应关系。学生通过寻找规则和答案的对应关系，可以体验到产生式表示法是如何推导出答案来的。重点难点：重点：掌握产生式的基本结构难点：正确地描述规则和事实之间的因果关系教学准备：有可能的话，教师制作一个小课件，模拟一个小小动物园里进行动物识别的场景，对每个小动物都做一个介绍。产生式表示法（２）建议教学过程：导入新课：通过模拟一个小小动物园，介绍七种动物，引入本课以其中一个动物为例，介绍如何通过产生式表示法中描述的规则找出事实完成27页上的表格阅读学习指引小结体验活动（可在课堂上做）强化上述内容产生式表示法（３）在本节活动前，应对学生说明活动中设置的场景和条件，即并不是对全体动物进行识别，而是对预先设定的有限的几个动物进行识别，也不是严格地遵照动物学分类进行识别，所以这些识别在科学上存在一定的缺陷，要求学生把注意力放在寻找规则和事实的关联上。状态空间表示法（１）活动意图：状态空间表示法是用来表示问题及其搜索过程的一种知识表示方法，而迷宫问题就是典型的没有固定解题步骤，但是状态空间会随着解题过程发生变化的实例．通过该活动引出了两个问题：如何描述问题中可能存在的各种状态？如何用状态空间图描述搜索过程。重点难点：重点：用状态空间表示法的术语描述机器人走迷宫的过程难点：如何找到所有的移动可能，并准确地在状态空间图上描述出来。教学准备：教师既可让学生在纸上画迷宫，也可找相应的计算机软件代替。状态空间表示法（２）建议教学过程：导入新课：从迷宫游戏引入新课执行活动的步骤１：描述问题中所有可能的状态执行活动的步骤２：定义算符执行活动的步骤３：完成状态空间图执行活动的步骤４：寻找最短通路阅读“学习指引”中的内容拓展思考：生活中还有哪些问题可以使用状态空间表示法表示体验活动（可在课堂上做）强化上述内容状态空间表示法（３）任何问题的求解本质都是一个搜索过程为了让计算机能够有效的搜索，需要对所求解的问题用适当的形式表现出来状态空间的一些术语状态空间表示法表示问题的步骤与／或图表示法（１）活动意图：通过解三层汉诺塔问题让学生体会到与／或图表示法求解问题的过程，学会把比较复杂的原始问题转换成等价的比较容易解决的几个问题的方法。重点难点：重点：使用与／或图把复杂问题分解转换成若干个问题并加以解答，从而实现最终问题的解决。难点：如何理解与图与或图。教学准备：教师既可让学生在纸上，也可找相应的计算机软件代替。与／或图表示法（２）建议教学过程创设情境：讲述汉诺塔的传说，为学生创设解题环境解汉诺塔问题，记录解题过程，即每个盘的搬运过程交流讨论，如何正确解答三层汉诺塔问题利用学习引导深入学习与／或图拓展与／图的应用体验活动，强化学习与／或图表示法（３）虽然与图和或图存在差异，但是在解决实际问题时不能只用一种方法简单地描述问题，需要兼用分解和转换的方法，才能成功地解决问题在总结与／或图表示法解题的关键时候，学生讨论可能有许多种，此时教师有必有适时引导。谓词逻辑表示法（１）活动意图：通过活动比较谓词逻辑表示语句与自然语言之间的关系，强调谓词逻辑表示法的优越性－与人类的自然语言接近，且可方便地存储到计算机内，让计算机作精确处理。活动通过对比谓逻辑表示法语句和人类自然语言，寻找出谓词逻辑表示法中关键的组成部分－谓词。重点难点：重点：了解谓词逻辑表示法的基本概念、术语，教师要指导学生充分理解和掌握谓词、符号、量词等术语及其使用。难点：寻找知识中的谓词，谓词不一定指动词，能够表现知识中的对象之间的关系的词语都可以作为谓词。谓词逻辑表示法（２）建议教学过程通过活动引出自然语言的表示和谓词逻辑的表示，比较两者差异讲授学习指引中的谓词逻辑表示法的组成讲授学习指引的用谓词表示知识的步骤对本章内容进行总结体验活动，强化上述内容谓词逻辑表示法（３）挑选各种各样的知识，包含不同种类的对象之间的关系，让学生充分认识到谓词所能表示的范围后续活动与评价后续活动让学生从整体上对知识表示法有更深入的认识，不仅能够学会使用不同的表示法表示知识，还需用根据不同的表示法的特点选择合适的使用场合。第3章人工智能语言课标要求：1了解一种人工智能语言的基本数据结构和程序结构，掌握相关概念2知道人工智能语言的主要特征3初步学会使用人工智能语言求解简单问题4能够上机调试，执行相应的程序建议：从“读”程序开始，引导学生逐步适应人工智能语言的开发环境，并提供实例帮助学生克服学习中的障碍，在理解prolog语言的基本概念之后，通过调试，改写，填充程序等活动，学会开发简单的程序．主要内容认识Ｐrolog语言Ｐrolog程序的编写认识Ｐrolog语言（１）活动意图：以运行一个范例程序并观察运行结果的方式，让学生直接接触Ｐrolog程序语言及相关程序，用直观的形式让学生建立起感性认识，然后通过对照范例程序源文件中的语句和运行结