第8章《走进人工智能》初识人工智能--机器学习 教案 2023—2024学年苏科版（2018）初中信息技术九年级全一册

初识人工智能--机器学习 · 教材分析 本节课是人工智能学习的第二节课，主要学习人工智能的一个分支——机器学习，通过使用软件Mblock软件感受机器学习的过程，通过生活中机器学习的应用，让学生了解人工智能与社会的关系。 机器学习是人工智能的核心研究领域之一，他研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构，从而不断改善自身的性能。机器学习是一门研究学习算法的学问，他利用已有的数据来建立模型，再用模型去解决未知的问题。 · 教学目标： 一、知识与技能 1.了解“机器学习”的概念。 2.了解机器学习的一般过程，能够描述机器学习的过程。 3. 能够应用机器学习，设计人工智能创意编程作品。 二、过程与方法 1.对比人的学习过程，小组合作完成生僻字识别程序。 2.通过视频，感受人工智能中的机器学习在生活中的应用。 3.结合生活实际，小组合作完成机器学习创意编程作品。 三、情感态度价值观 1.感受机器学习对生活学习带来的影响，能够正确看待机器学习的发展方向及意义，认识到事物的两面性。进一步激发学术概念学习和探究新技术、新知识的积极性。 2.亲历设计与实现人工智能创意编程作品的基本过程与方法，感受到技术改变生活，唤醒对人工智能的好奇心，为将来的人工智能人才培养打下基础。培养学生的信息安全意识与信息社会责任感。 · 教学重难点 教学重点：理解机器学习的原理，能够描述机器学习的过程。 重点突破：采用对比的教学法，人的学习和机器学习的对比，帮助学生归纳理解机器学习的原理，梳理机器学习的过程。 教学难点：理解机器学习是基于大数据和算法的。 · 教学准备 多媒体教室 · 教学过程 一.新课导入 教师：同学们，你们知道世界上最厉害的围棋选手都有哪些吗？ 生：柯洁、李世石、江维杰等等。 师：那你们知道有一个叫Alpha Go的机器人战胜了这些世界冠军级棋手吗？我们一起来看一个视频。 师：看完视频，同学们有什么想法呢？ 生：Alpha Go学习能力强，学习速度快…… 师：今天，我们一起来聊一聊有关学习的话题，出示幻灯片主题：探秘人工智能——机器学习。（板书：机器学习） 二、机器学习 说到学习，我最先想到我们人是最会学习的。那么我们是如何学习的呢？ 生：通过感官对事物有一定的认知，经过大脑收集、分析、加工信息，最后又通过身体对信息做出一定的反应。 教师：那么机器又是如何学习的呢？他们是怎么变得越来越聪明，越来越智能呢？我们一起来看今天的学习目标。 1、什么是机器学习？ 师：我们一起来看一个视频。（播放视频） 师：机器学习是人工智能的核心研究领域之一，它研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构，从而不断改善自身的性能。（板书：机器学习的定义） 2、机器是如何学习的？ 师：机器用采集到的数据进行训练，以建立一个模型，再对模型进行验证和评估，然后投入应用。 师：数据的采集会用到各种设备，例如：摄像头、麦克风、红外传感器、温度传感器等等。建立模型和模型的验证评估就类似于人类的大脑，计算机对收集到的数据反复观看提取特征，并对这些特征进行总结归纳，找到一定的规律，再一遍一遍的评估验证，测试识别结果的成功率，这个过程就是训练模型，评估验证结果满意再拿去应用，如指示角色对象做出一些动作。（板书：采集——建模——验证——评估——应用） 3、体验机器学习 师：下面我们就通过一个例子来感受一下机器是如何学习的吧！ 师：在学习中，我们经常会学习生字，学习生字的时候，我们是不是先观察生字的外形，提取生字的特征，多练习几遍之后，就在脑海中有了这个生字的模型。之后再见到这个字，你就认识它了？ 师：接下来我们就看看计算机是如何学习生字的。 3.机器学习 师打开屏幕广播，操作教师机。 师：打开慧编程软件，添加扩展，找到让计算机学习的模块和命令——机器学习，在模块区多了一个机器学习模块，点击训练模型，在训练模型里可以新建模型，新建模型的分类数量值为3-30，我们选择3，这时候样本数就是三。生字对计算机来说只是一连串的像素值，它并不能读懂它，所以需要我们来告诉计算机，这个生字怎么读。我们通过输入告诉计算机每个生字样本对应的名称，计算机自动提取特征的时候就知道这些特征是和哪些样本相对应了。当然提取特征的过程是依赖后台算法，和我们的思考过程一样是不可见的。 师：不断改变生字卡片在摄像头中的位置，并单击“学习”按钮进行采样，我们可以看到一个分类可以有九个样本，我们依次完成采样。为什么要不断改变生字卡片在摄像头中的位置、角度呢？ 生：采样数据的多样性，让模型更准确。 师：模型准确之后我们选择使用模型。 师：我们可以看见，出现了三个指令，我们就是通过指令编写程序，控制计算机按照我们的想法运行的。观察这三条指令，根据我们以