《初识人工智能》教学案例

《初识人工智能》教学案例作者：夏燕萍单位：无锡市第一中学214031email：[e-mail]一、案例背景信息1．模块：高中信息技术必修模块《信息技术基础》2．年级：高中一年级3．所用教材章节：中国地图版教材第四单元第四节4．学时数：25．学校状况：我校信息技术课在多媒体网络教室进行。教室内有一台教师机，一台服务器和五十六台学生机，通过百兆交换机组建成星型局域网。学生可以通过局域网访问教师自主开发的信息技术学习网站，了解学习内容、获取学习资源、记录学习感受、提交学习成果。教师可以通过大屏幕投影仪创设学习情境，进行必要的集体讲解和演示操作。二、教学设计（一）教学目标知识与技能1、理解人工智能技术的含义和研究目的；2、了解人工智能的发展历程及历史人物；3、熟悉人工智能的研究领域，如机器证明、模式识别、机器翻译、人机博弈、智能机器人等；4、能够列举出人工智能技术在社会生产、生活中的一些应用实例。过程与方法1、通过学习活动，了解光学字符识别和手写输入识别软件的使用方法；2、通过具体实践，学会使用金山全文翻译软件进行英汉翻译；3、在人机博弈的过程中了解机器博弈的原理和方法。情感态度与价值观1、激发学生对人工智能学科的浓厚兴趣；2、认识到人类智能和机器智能之间的区别和联系；3、通过介绍中国及华裔科学家在人工智能领域的杰出贡献，增强学生的民族自豪感；4、体会到人工智能技术的应用价值，培养正确的科学技术应用观；5、学会独立地、辨证地思考问题，提高科学素养。（二）内容分析1、本节的地位和作用本节是中国地图出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《信息技术基础》(必修)中的第四单元第四节。在前一节《尝试开发技巧》中，教材通过分析网页特效程序，简单介绍了程序设计的三种基本结构。本节在前面的基础上，介绍了人工智能的相关内容，是在信息编程加工基础上的一种提升，能开阔学生的视野，激发学生对人工智能的兴趣，也为选修模块《人工智能初步》的开设作了有益的铺垫。2、本节的主要内容本节的内容包括：人工智能的概念、研究目的和发展历程，人工智能的研究领域（如自然语言处理、模式识别、人机博弈、智能机器人等）。通过学习这些内容，不仅要让学生掌握有关人工智能的知识性内容，更重要的是让他们体验人工智能技术给社会生活各方面带来的影响，激发他们对人工智能的学习兴趣。3、重点、难点分析教学重点：体验人工智能的独特魅力，了解其应用领域和实用价值。教学难点：辨证看待人工智能和人类智能的区别和联系，客观认识人工智能技术对社会的影响。（三）学生分析在学习本节之前，学生对人工智能的了解可能仅仅是科幻片中的智能机器人，如《人工智能》、《机械公敌》、《终结者》等电影中的机器人。他们受到科幻片情节的影响，往往认为在未来机器人的智能将会超越人类智能，成为人类的“机械公敌”。高一学生已经具有独立的意识和倾向，上课时不喜欢教师过多的讲授，希望有独立思考和探索的时间。而且，他们有较明显的学习自觉性和一定的自学能力，经过入学后的短期学习，就能适应基于专题学习网站的自主学习方式。因此，教师可以将学习内容做成教学网站供学生访问，开展教师引领、学生自主的课堂教学活动。（四）教学策略设计1．教学方法设计依托学习网站展开教学，安排学习实践活动，提供工具软件及其技术支持，介绍拓展内容。教师对人工智能的含义、人工智能与人类智能的关系等内容进行必要的讲解；对人工智能的发展过程、人工智能领域中著名的科学家、机器证明等内容提供了拓展资源供学生浏览；在自然语言处理、模式识别、人机博弈这三个领域安排了实践活动，通过网站安排实践过程，提供软件下载和软件使用的技术支持，教师对关键步骤进行演示操作。2．关于教学流程和教学活动的设计思路从“深蓝”战胜卡斯帕罗夫引入课题，首先介绍人工智能的概念，研究领域、发展历程以及在人工智能发展中作出杰出贡献的科学家，然后通过对机器证明、模式识别、自然语言处理、人机博弈、智能机器人等各个研究领域的深入探讨和学习实践，启发学生思考、分析和认识人工智能的应用价值及其对社会生活各方面的影响。三、教学过程四、教学反思本课用“深蓝”战胜卡斯帕罗夫的事例引入课题，同时也设置了问题情境“电脑战胜的是一个人，还是整个人类的智能？”来引起学生的注意。在讲述人工智能就是利用计算机来模拟或实现人类智能之后，就抛出问题：“什么是人类智能呢？”。接着，教师介绍了人类智能的最新研究成果——多元智能理论。然后，把人工智能的研究领域和多元智能的各个方面联系起来介绍给学生。这种别出心裁的类比介绍，不仅使学生初步了解了人类本身的智能，也使他们比较容易理解人工智能的研究领域，对人工智能和人类智能的联系和区别有了清楚地认识。对机器证明领域的介绍基于学生对初中几何证明的理解。通过拓展资源中一道几何定理的机器证明，介绍了华裔科学家王浩和我国中科院的吴文俊教授在该领域的杰出贡献。这不仅增进了学生对我国人工智能技术研究水平的了解，也能增强学生的民族自豪感。模式识别是比较成熟的人工智能技术，教师对该领域的介绍比较全面。通过安排三个实践活动：光学字符识别、手写识别和语音识别，培养学生对模式识别技术的应用能力。同时，通过教师的补充讲解和学习网站-拓展资源中的介绍，使学生进一步认识到模式识别技术在社会生产实践中的重要作用，体验技术的实用价值。在自然语言处理领域中，教师主要介绍了机器翻译。通过两篇译文的对比，学生可以发现机器翻译优势是速度快，弱点则比较多，如在多义词、习惯用语和复杂句的翻译方面都有值得改进的地方。而这些问题都要靠人类专家的不断探索和研究才能解决。在博弈领域，教师安排学生使用“欢乐五子棋”软件体验人机博弈。教师演示了战胜该软件中“高级”和“特级”选手的“必胜绝招”，揭示了机器博弈的弱点。最后总结人和计算机下棋时各自的优势和劣势，指出：人不是输给一台计算机，而是输给了人类的集体智慧（计算机硬件和博弈软件都是人类创造的）。讲到智能机器人时，教师从会逃跑的“迪克”机器人引入话题，自然而然地谈到了科幻片中智能机器人。于是提出了关于“人工智能的未来”的思考题，请学生就正、反两种观点展开讨论。最后，教师表明立场并进行了解释。通过这个环节的讨论，使学生对人工智能的认识更加客观，对人类和人类创造的智能工具之间的关系也有了辨证的理解。五、教学资源本节的教学资源主要是教学演示文稿和学习网站。学习网站主要包括一张主页和四个栏目：学习导言、实践活动、技术支持和拓展资源。学习导言中简单介绍了人工智能的起源和发展，人工智能的概念和研究目的，提出学习的问题和任务；实践活动中包括五个环节：机器证明、模式识别、自然语言处理、人机博弈和智能机器人；技术支持网页针对学生实践活动中用到的软件进行操作指导，如尚书七号、蒙恬手写盘、金山快译、欢乐五子棋等；拓展资源部分介绍一些人工智能方面的背景知识和网上搜索到的拓展内容，列表如下：人工智能传奇（上）人工智能传奇（中）人工智能传奇（下）人工智能领域英雄谱机器证明简史我国科学家在机器证明领域的重要贡献《几何专家》软件介绍人机对弈大事记深蓝工作组中的华裔科学家卡斯帕罗夫与深蓝超级计算机天梭小胜中国象棋大师浪潮天梭超级计算机简介中国科普-神奇的机器人科幻电影中的十大经典机器人