第一部分 单元教学设计4 走进智能时代-高中信息技术和通用技术单元教学设计

  第一部分  信息技术   单元教学设计 4  走进智能时代　 035 << 单元教学设计 4 走进智能时代 一、单元学习主题 本单元学习的主题是“智能交互益拓展”，通过实例感受人工智能的魅力。 本单元内容选自《数据与计算》第 4 章“走进智能时代”。 本单元通过情景模拟、实景观察的方式，让学生体验人工智能对社会发展的影 响，感受人工智能与社会各行各业相结合所带来的巨大变化，并思考人工智能广泛 应用可能会引发的社会问题以及应对策略。 二、课标要求 （一）内容要求 课程标准有如下内容要求：通过人工智能典型案例的剖析，让学生了解人工智 能技术和智能信息处理的巨大进步和应用潜力，从而认识人工智能在信息社会中的 重要作用。 >> 036 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 （二）学业要求 课程标准有如下学业要求：了解人工智能技术，认识人工智能在信息社会中的 重要作用。（计算思维、信息意识） 三、学情分析 高一年级的学生已经在前面的学习中掌握了信息技术基础知识，以及简单的利 用程序设计解决问题的方法，具备有关信息社会法律法规常识。 高一年级的学生一出生就是信息社会的原住民，从小就开始接触生活中无处不 在的智能交互。他们首先面临智能社会的巨大挑战，人工智能作为影响社会方方面 面的颠覆性技术，会对学生的生活与学习产生重大影响，学生在居家生活、参观旅 游、娱乐交际等社会活动中，随时处于人工智能系统与产品的环境中。在学习中， 学生将置于智能在线学习平台之中，在智能学习系统的帮助与引导下，在智能导师、 智能学伴的协助下进行自主学习、体验学习、合作学习、探究学习、游戏学习等学 习活动，他们正处于人工智能技术应用快速普及和发展的过程中，培养信息社会责 任，辩证地理解人工智能的社会价值，合理使用新兴技术非常重要。 高中学生很快要经历高考，选择未来的专业，甚至考虑未来的职业规划。基于 此出发点，启发学生思考人工智能技术发展带来的社会发展，以及由此引发的各种 问题，积极思考如何更好地适应这个智能社会。结合高中学生的知识基础和社会学 基础，辩证地看待人工智能技术对社会的影响。 四、单元素养目标 （一）信息意识 学习本单元内容后，能主动关注人工智能发展的新动向，并有意识地使用新技   第一部分  信息技术   单元教学设计 4  走进智能时代　 037 << 术处理信息。 （二）计算思维 根据实际情况，确定解决问题的方案，选用适当的数字化工具或方法获取、组 织和分析数据，并能迁移到其他相关问题的解决过程中。 （三）信息社会责任 认识信息技术发展给社会进步和生产生活带来的影响。 （四）数字化学习与创新 针对特定的学习任务，运用一定的数字化学习策略管理学习过程与资源，完成 任务、创作作品。 五、单元教学策略 本单元在学生机房进行，使用能够接入互联网的电脑，以带宽能达到千兆到桌 面为最佳，教师使用广播式教学等信息化教学手段，创设情境，以任务为驱动，在 任务问题的引导下，学生依托教师提供的学案、课件和素材等教学资源，自主进行 探究，小组协作学习，最终完成学习任务，解决任务中的实际问题。 六、单元活动设计 单元活动设计如表 1-11 所示。 >> 038 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 表 1-11  单元活动设计表 课时序号 活动名称 活动内容 课时安排 1 认识人工智能 认识人工智能的产生与发展 感受人工智能的魅力 1 课时 2 利用智能工具解决问题 学会使用百度、腾讯、阿里云、科大讯飞、 旷视科技等企业的人工智能平台，体验并学 会使用人机交互、人脸识别、语音识别、机 器学习等人工智能技术解决实际问题 尝试使用 Python 语言开发工具开发智能 工具 2 课时 3 人工智能的应用与影响 世界上主要发达国家和联合体如美国、欧 盟等都把发展人工智能技术作为国家战略， 人工智能的发展体现了一个国家的综合实力 ； 了解人工智能在我国各个领域中的应用，了 解人工智能对社会、经济和个人生活的影响 1 课时 七、课时设计举例 （一）课时 1  人工智能平台中的智能工具 1. 课时目标 了解人工智能的发展历程、典型应用与趋势，并能够描述人工智能的概念与基 本特征。（信息意识） 在日常生活与学习中能充分发挥人工智能的应用价值，能合理利用人脸识别、 手写识别、语音识别、机器翻译和智能推荐等人工智能技术进行数字化学习。（信息 意识、数字化学习与创新） 了解我国在人工智能领域取得的重要进展。（信息社会责任） 2. 课时重难点 重点：了解人工智能的含义，能描述人工智能的概念与基本特征；体验常见的 人工智能技术，体会人工智能带给人们的便捷服务，感受人工智能的魅力。 难点：理解人工智能的概念，并能客观认识人工智能的本质特征；利用智能平 台提供的智能工具解决问题。   第一部分  信息技术   单元教学设计 4  走进智能时代　 039 << 3. 课时活动设计 课时活动设计如表 1-12 所示。 表 1-12  课时 1活动设计表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 为学生播放一段 AI 虚拟 学生“华智冰”唱歌的视频 向学生介绍“华智冰”，引 出本节课主题—人工智能 学生集中注意力， 观看视频，并积极 反馈 演示新颖有趣的 AI 实例视 频，带来视觉冲击效果，引 起全体学生的注意，激发学 生的学习兴趣，创设生动活 泼的教学情境，从而引出人 工智能 教师通过轻松的语言将学 生带入本节课程，加强师生 之间的情感沟通，激发学生 积极的学习情绪 讲授新课（一） 教师明确学习要求，学生 自主学习学生机中“人工智 能的发展历程”部分 教师带领学生学习人工智 能的发展历程—“三盘棋” 认真听讲，积极 思考，体会人机博 弈对人工智能发展 的影响 教师通过对人机博弈“三 盘棋”的描述性讲解，让学 生了解人工智能的三次发展 高潮 教师 ：“刚才老师带着大家 简单了解了人工智能的发展。 那到底什么是人工智能呢？” 教师为学生阐述人工智能 的定义 认真听讲 教师通过回答人工智能是 什么，引导学生掌握人工智 能的概念 联系实际 教师带领学生回想日常生 活中人工智能的案例，并给 予积极性评价 学生认真听讲与 思考，并积极反馈 教师通过提问，引起学生 的注意，激发学生的学习动 机，促进交流互动，使学生 参与到教学中，促进学生思 维发展，进而了解学生的学 习情况，获得教学反馈 教师对学生的回答进行积 极评价，激发学生的学习兴 趣与热情，促进学生积极参 与教学活动 教师由讲解变为提问，引 起学生的注意，使学生明确 注意方向，进一步提高学生 的学习兴趣，激发学生的学 习动机 >> 040 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 续  表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 讲授新课（二） 教师明确学习要求，学生 自主学习学生机中“感受人 工智能的魅力”部分 教师带领学生从人机交 互、图像识别与生物特征识 别技术、自然语言处理、机 器学习、深度学习几个方面 进一步了解人工智能，感受 人工智能的魅力 教师向学生展示人工智 能、机器学习和深度学习三 者之间的关系 认真听讲，体会 人工智能对人类社 会生活的影响，并 积极反馈 教师通过生动活泼的语言 避免大量文字概念带来的枯 燥感，使学生在轻松愉悦的 状态中掌握知识 呈现直观的艺术字或图片 等，变换课件展示内容，兼 顾不同认知水平的学生，有 利于学生理解和领会抽象的 文字概念，调动更多的学生 积极主动地参与到教学中， 真正做到因材施教 归纳小结 教师带领学生对本节课内 容进行小结 问题 1 ：哪位同学能告诉 老师什么是人工智能 问题2：本节课主要了解了 人工智能在哪些方面的应用 问题 3 ：刚才提到了机器 学习和深度学习，哪位同学 能上台画出它们和人工智能 之间的关系 学生回答后给予及时的表 扬与鼓励，最后对全体学生 的本节课表现进行积极评价 学生积极思考与 反馈 教师通过提问的方式回顾 本节课所学内容，不仅能使 学生主动参与课堂教学，提 高思维能力，建构知识网络， 加深对知识的记忆，又能充 分调动学生的学习积极性与 学习热情 教师通过问题引领学生进 行小结回顾，引起学生的注 意，使学生明确教学重点， 并加强记忆 课后作业 教师将五个平台的网址， 以及体验方法发给学生 学生体验百度、腾讯、阿 里云、科大讯飞、旷视科技五 个平台提供的人工智能体验 项目，并在下节课进行展示 学生在家访问教 师提供的网址，进 行体验 通过本作业，学生在家体 验几大平台提供的人工智能 体验项目，感受不同平台提 供的体验项目的不同，为下 节课学习“人工智能平台中 的智能工具”进行铺垫   第一部分  信息技术   单元教学设计 4  走进智能时代　 041 << （二）课时2  人工智能平台中的智能工具 1. 课时目标 引导学生发现身边的人工智能应用，互相交流，引领学生发现生活中真实存在 的问题，并通过人工智能技术解决问题，了解人工智能在社会中的重要作用和价值， 感受智能信息处理的巨大进步和应用潜力，拓展学生解决问题的思维方式。（信息 意识） 根据上节课的任务要求，在本节课的展示环节中学生应根据需要合理选择适合 本小组的数字化工具以及采集工具（手机录像或拍照、互联网图片）来制作自己的 展示作品；能够使用各种人工智能平台解决问题。（数字化学习与创新） 根据百度、科大讯飞、旷视科技等企业提供的操作性较强的体验项目，描述人 工智能可以解决的相关问题，指导相关技术的使用，并能够将体验项目中的新技术、 新功能迁移应用到社会生产生活中。（计算思维） 引导学生辩证地看待人工智能技术对社会发展的影响及带来的问题。（信息社会 责任） 2. 课时重难点 重点：围绕生活中的智能交互应用，分享自己的 AI 应用体验。体验百度、科大 讯飞、旷视科技等人工智能平台提供的人工智能应用服务。 难点：通过体验平台提供的人工智能应用，了解人工智能未来的发展方向，并 对将来的选科走班、职业选择做出自己的判断。 3. 课时活动设计 课时活动设计如表 1-13 所示。 表 1-13  课时 2活动设计表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 展示上节课的作业 教师总结学生作业，人工智 能产品依托了人机交互、人脸识 别、语音识别、机器学习等人工 智能技术 展示交流 展示作业，发现身边的人 工智能，深入思考所使用的 人工智能技术 激发学生的参与热情 提高学生的数字化学习与 创新能力 >> 042 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 续  表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 知识新授 介绍人工智能发展的背景 介绍科学技术部公布的 15 家 国家级人工智能平台 体验其中的百度、腾讯、阿 里云、科大讯飞、旷视科技 5 个 平台（将 5 个平台的链接做成网 页提供给学生，方便访问） 分小组完成 4 个体验任务，并 完成相应的学案 分小组介绍体验的效果，访问 的哪个平台、使用的哪个工具、 所用的人工智能技术是什么、还 能用在哪些场景中（组内学生可 以补充） 教师提醒学生使用这些人工 智能工具时，需要注意保护自身 信息不被泄露 引申出这些国家级人工智能平 台还服务了北京 2022 年冬奥会 学生参与以下任 务，分组同时进行 任务一 ：提供 86 版《西游记》的拍摄 地图片，使用人工 智能平台找出这些 地点，并完成学案 任务二 ：将一段 会议音频记录（MP3 格式）转换为文字 格式，并完成学案 任务三 ：使用人 工智能平台提取所 给图片中的人物， 去掉背景，并完成 学案 任务四 ：请从本 班入学照片中找出 与自己头像相似度 最高的一个同学， 并完成学案 以学生比较感兴趣的贴近生 活的任务为抓手，让学生对人 工智能平台进行深度体验 每个任务所列学案，均围 绕教学目标进行设计。通过 完成任务，学生可在今后有 意识地使用这些工具去解决 类似问题，培养学生的信息 意识 通过使用这些平台，培养 学生数字化学习与创新的核 心素养 完成任务后，各组发言交 流人工智能还可以解决的相 关问题，并思考这些项目将 来还适用哪些社会应用，为 Python 编程做准备，培养学 生的计算思维 帮助学生树立正确的价值 观和信息社会责任感 课程升华 人工智能在北京 2022 年冬奥 会上大放异彩，替代部分人类的 工作 发出调查问卷，从选项中选 出将来最有可能被 AI 替代的 6 个职业和最不可能被 AI 替代的 6 个职业，展示统计结果 启发学生进一步思考，将来 尽量规避这些职业 访 问 调 查 问 卷  （https ：//www.wenjuan. com/s/UZBZJvCBwsd/#） 思考问题 填写调查问卷，查看调查 结果，对学生将来选科、选 专业、选职业有所帮助，将 高中职业生涯规划融入其中 课后作业 注册一个人工智能云平台会员 为下一节课利用云平台二 次开发、调用接口做好准备 （三）课时3  人工智能的应用与影响 1. 课时目标 了解人工智能技术的先进性，主动关注人工智能技术的发展。（信息意识） 能辩证地认识人工智能技术，自觉遵守信息社会的伦理道德。（信息社会责任）   第一部分  信息技术   单元教学设计 4  走进智能时代　 043 << 能提取问题的基本特征，进行抽象处理，并用形式化的方式表述问题。（计算 思维） 针对问题，采用自主和协作的方式，运用合适的数字化工具进行信息收集与处 理，进而在人工智能平台上优化智能系统。（数字化学习与创新） 2. 课时重难点 重点：了解人工智能技术在不同领域的应用，感受智能信息处理的巨大进步和 应用潜力。 难点：掌握在人工智能平台上拓展智能系统的一般方法。 3. 课时活动设计 课时活动设计如表 1-14 所示。 表 1-14  课时 3活动设计表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 体验探索， 导入新课 导入新课 ：在信息社会，个人信用越来越 重要，大数据和人工智能技术正在为信息社会 打造真正的、靠得住的个人信用体系，正在改 变着我们的生活、学习和工作 布置讨论任务 ：从数据收集、数据分析及 信息应用等方面讨论人工智能技术在形成个 人信用报告中所起的作用 指导学生与百度的机器人“文心一言”进 行问答式学习 ：人工智能技术已经影响到社会 的各个领域，人工智能与行业领域的深度融合 改变和重塑了传统行业，下面就与“文心一言” 一起探讨人工智能的应用和影响 思考问题，并用 “文心一言”辅助 学习，组内进行交 流、讨论 用“文心一言” 辅助教学，激发 学生的学习兴趣 通过观察、交 流、思考和讨论 等方式，引导学 生探索人工智能 技术对人们生活、 学习产生的巨大 影响 实践活动 1 ：发现“文心一言”存在的问题 活动要求 （1）每组一个主题 （2）组长协调研究内容，保证不重复 （3）每个研究内容需要理清三个问题，即 用了什么，做了什么，优势在哪里 （4）可以参看教科书相关内容，或直接向“一 言”提问并观察“文心一言”的回应 （5）将研究结果填写到“关于收集‘AI 应用’ 的问卷”并提交，鼓励多探究、多次提交 组 长 抽 取 研 究 主题，并协调研究 内容 学 生 自 主 探 究 新知识 组 内 共 享 研 究 结果并完成问卷 发现问题 ：为什 么“文心一言”总 是迂回作答，或是 答非所问 以 小 组 合 作、 自主探究的方式， 引导学生纵向探 究人工智能的应 用，突出重点 用在线问卷调 查平台汇总各组 研究结果，为活 动 2 提供支持 通过体验发现 “文心一言”存在 的问题 >> 044 　高中技术单元教学设计（信息技术和通用技术）　 续  表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 体验探索， 导入新课 实践活动2：帮助“文心一言”查找问题原因 以“选项文本”的形式导出活动 1 的问卷 数据，提供给学生，要求学生全面了解人工智 能技术的应用 提问 ： （1）为什么“文心一言”总是迂回作答 （2）人类一般在什么时候也会这样做 （3）如何让“文心一言”所答即所问 思考发现 ：根据 人类在回答不擅长 的问题时会选择先 迂回作答，再事后 充电，推断出“文 心一言”迂回作答 的原因可能是缺少 相关知识 引导学生横向 学习人工智能的 应用，突出重点 对比人类思维 方式，大胆猜测 “文心一言”存在 问题的原因 实践活动 3 ：为“文心一言”研制改进方案 教师指导每组学生打开机器人的“聊天日 志”，查看刚刚对话过程中产生的数据，并对 数据进行分类 分析知识库的重要性，解释“问题、答案、 相似问法”之间的关系 要求学生梳理问题，赋值答案，形成新语料， 填写“关于收集‘AI 应用’语料的问卷”并 提交 查看“聊天日志”， 用前面章节学习的 知识列出当前最关 心的问题，设计新 语料 参照示例，提交 新语料 通过分析、归 类，引导学生设 计AI应用新语料， 强调重点 收 集 新 语 料， 形成“文心一言” 的新知识库，为 活动 4 提供支持。 实践活动 4 ：为“文心一言”添加新知识库 以“选项文本”的形式导出活动 3 中的问 卷数据，提供给学生 活动要求 ： （1）每组学生观看微课，完成新知识库的 添加 （2）与新“文心一言”交流新知识，观察 其变化 （3）对其他小组设计的新语料进行评价， 将结果填写到“活动评价表”并提交 提问 ：针对新知识，新“文心一言”是否 能所答即所问 自学微课，组长 为“文心一言”添 加新的学习内容 组 内 成 员 分 别 选取不同的应用领 域进行体验，合作 完成评价表 讨论新“文心一 言”存在的问题 以 小 组 合 作、 自主探究的方式， 引 导 学 生 交 流、 评 价、 总 结， 突 出重点 教师引导学生展示活动 4 生成的报告 总结 ：要让“文心一言”所答即所问，需 要继续改进、完善它的知识库，需要更先进的 人工智能技术支持 人工智能技术的不断发展和完善，为人类 社会的发展提供了新的工具和动力，展示、总 结人工智能技术在各个领域的应用及带来的 新机遇 展示报告 通 过 4 个 活 动 引导学生体验在 人工智能平台上 拓展智能系统的 过程，突破重点   第一部分  信息技术   单元教学设计 4  走进智能时代　 045 << 续  表 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 问题引导， 共情共识 提问 （1）如果机器人的感知能力远远超过人类， 人类的世界会变成什么样 （2）当机器人有了意识后，在法律上机器 人是人还是机器 讨论 通过观察、讨论， 实现共情共识，激 发学生继续学习的 内驱力教师展示《人工智能标准化白皮书（2018 版）》提出的应当遵循的原则 ：一是人类利益 原则，二是责任原则 聆听 作业 请各组结合项目评价标准，对项目完成情况进行评价。有兴趣的小组可以通过学习 新技术继续拓展“文心一言”，并推荐给教师和同学们体验 八、反思提升 本单元主要培养学生的计算思维，计算思维是中小学信息技术课程要培养的核 心素养之一，是每个学生都应该具备的基本能力，培养学生的计算思维是信息技术 课程的一项重要教学目标。计算思维涵盖了数学思维、工程思维及科学思维等，与 “问题解决”密切相关。计算思维强调归纳解决问题的过程与方法，并能够实现迁移 与应用，因此在进行课堂内容设计时教师需要将计算思维的培养渗透到教学的各个 环节中。 本单元设计的教学内容，环环相扣，围绕教学内容和教学目标进行任务设置， 任务具有体验性和趣味性，能够吸引学生的注意力。让学生参与每个任务时感受到 我国人工智能的发展。教师重点引导学生对“使用了什么人工智能平台”“使用了何 种智能工具和技术”“这种智能工具技术在现实生活中有哪些应用场景”等问题进行 分析和思考。 本单元教学自始至终注重创设数字化学习环境，突出人工智能技术教学案例的 趣味性和实用性，彰显使用信息技术解决实际问题的价值和魅力，提升了学生的计 算思维、数字化学习与创新和信息社会责任等核心素养。