第四单元《人工智能初步》《第 2 课时 采集数据、建立模型、验证模型》教学设计 2023—2024学年沪科版（2019）高中信息技术必修1

高中新课程新教材优质课评选 项目九 了解手写数字识别——体验人工智能 采集数据、建立模型、验证模型 ——机器学习的一般过程 【教材分析】 本节课内容是信息技术必修 1《数据与计算》第四单元《人工智能初步》中的项目九了解手写 数字识别——体验人工智能。本项目的教学目的是了解什么是人工智能，什么是机器学习、机器学 习的一般过程，计算机如何进行手写数字识别，人工智能发展对社会的作用及影响。本节课内容是 了解什么是机器学习、了解机器学习的一般过程，是整个项目的难点，尤其在数据采集、建立模型 部分，涉及到很多陌生的概念和代码。 【学情分析】 通过项目二的学习， 学生已经对数据编码有所了解。通过项目六的学习， 学生已经对 python 基 础知识有所掌握。在本单元上一节课中，学生知道了人工智能的含义，了解了人工智能的发展，对 人工智能技术的应用非常感兴趣，但是对人工智能技术本身仍缺乏了解。本节课理论知识较多，学 生理解起来会感觉到有些困难。 【核心素养】 信息意识：能够根据解决问题的需要，自觉、主动地寻求恰当的方式获取与处理信息。 计算思维：能够采用计算机领域的学科方法界定问题、抽象特征、建立结构模型、合理组织数据。 【教学目标】 1.通过分析数据采集及数据预处理的方法、分析 MNIST 数据集的组成，增强信息意识。 2.在使用 python 程序进行机器学习建立模型的过程中， 了解人工智能的思想方法， 促进计算思 维的形成与发展。 3.通过了解机器学习的概念、体验机器学习的一般过程，提升对人工智能技术作用的认识，发 展信息社会责任。 【教学重难点】 1.重点：了解机器学习的概念、体验机器学习的一般过程。 1 学科网（北京）股份有限公司 2.难点：理解采集数据的方法和作用、调试参数建立模型的过程。 【教学准备】 软硬件环境： 64 位操作系统的多媒体机房、 python IDLE、python 第三方库、 MNIST 数据集。 教学素材：读入 MNIST 数据集并将其中的二进制数据转换成图像格式文件的 python 代码、建 立手写数字识别模型的 python 代码、教学网页、教学应用游戏小程序。 【教学过程】 环节 教师活动 学生活动 设计意图 （一） 激趣导入， 引出课题 1.师：今天的课程从观看一个短视频开 始。 放播《2022 世界人工智能大会“鼎文识 别”技术》视频，了解人工智能在中国古代 文字识别中的应用。 2.师：这个视频是 2022 人工智能大会上 文字识别的最新应用，能够把弯曲的鼎上的 古代文字识别出来。从常用汉字识别到古代 文字识别，识别正确率从低到越来越高，这 是机器学习的结果。本节课我们一起来了解 机器学习，以及机器学习的一般过程的前三 个步骤：采集数据、建立模型、验证模型。 3.什么是机器学习呢？请同学们在课本 134 页找一找答案。 机器学习（machine learning）是一门 研究学习算法的学问，它利用已有的数据来 建立模型，再用模型去解决未知的问题。 1.认真观看。 2.了解本节课课 题。 3.学习机器学习的 概念。 通过视频， 激发学生学习兴 趣，了解人工智 能的最新成果， 感受中国文化的 魅力，引出本节 课的课题，明确 本课的内容—— 机器学习及其一 般过程的前三个 步骤。 2 高中新课程新教材优质课评选 （二） 课程主线： 机器学习的 一般过程 1.师：机器是怎么学习的？机器学习的 一般过程是什么呢？机器学习和人类学习类 似，我们先来看看人类学习的一般过程。 2.师：郑蒲港分校地处农村，学校周围 和校园内都有农田，不同的季节会有不同的 作物，老师为了认识它们，上网找了很多图 片，包括：花生、萝卜、南瓜……今天也想 让同学们也认识认识它们。老师制作了一个 游戏程序，我们一起来玩一玩。老师想请一 位同学上台来完成游戏。（请同学上台） 游戏规则：运行【游戏】识别作物，点 击【学习/下一次】生成图片，进行学习，每 次学习后点击【验证】测试正确率。学习完 成后，老师将通过大屏幕展示图片，进行测 试。 3.师：游戏时间到，我们一起来测试下 能识别几种吧。 4.师：结合大家的体验，整个人类学习 过程包括：准备图片、多次看图片、自我验 证、测试、实物识别。 机器学习的一般过程也类似包括：采集 数据、建立模型、验证模型、评估模型、应 用模型。即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。 1.倾听。 2.认真听讲，玩游 戏。 3.参与测试。 4.回顾游戏过程， 了解人类学习的一 般过程，对比机器 学习的一般过程。 通过游戏， 更加有趣的让学 生了解人类学习 的一般过程，通 过人类学习的一 般过程和机器学 习的一般过程对 比，过渡到