5.2探秘人工智能教学设计2024-2025学年高一上学期高中信息技术必修1第5单元教科版(2019)

教 学 设 计 课程名称：探秘人工智能 项目时长：1课时 学校：太仓市明德高级中学 教师：赵 斌 年级：高一年级 一、教材分析 1.课标要求： 新课程的学科核心素养分别是信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任，以“学主教从、以学定教和先学后教”的路径引领，帮助学生体会核心素养、把握学习本质，督促教师重构教学方式和创设数字化学习环境，最终引导学生全面提升信息素养，树立终身学习习惯。 本课从引导学生正确认识人工智能、感受人工智能、体会人工智能设计，理解人工智能技术核心出发，培养学生的信息意识和数字化学习与创新，引导学生正确看待技术，培养学生信息社会责任，从而提升学生的信息素养。 2.教材梳理 本节教材从人工智能感受出发，以搜索方法为引入，展示了一个庞大而不失真实的人工智能世界，在体验中感受人工智能带来的变化，并从各个案例中探究神秘算法，展示人工智能、机器学习和深度学习三者之间的关系，并提醒学生关注新技术、新设备，在蓬勃发展的信息社会中站稳用好人工智能的脚跟。 二、学情分析 1.知识基础 有一定的编程认知，能基本了解程序的组成结构，通过程序来解决生活中的简单问题，理解计算机处理数据的优势和基本流程。有一定的人工智能认知和实际应用体验，对人工智能的理解还不够深入，在和一般技术处理相比的情况下，还不能感受到人工智能的独特的风格。 2.认知和非智力因素 高一学生具有一定的逻辑思维能力和学习能力，在学习的过程中需要教师进行及时、合理的引导，缺少深层次的理解，导致对人工智能技术的不了解和浅意识，需要在保持他们有良好兴趣的前提下挖掘人工智能的本质和隐藏的算法，从引领的角度让学生去感受这一深奥的领域，培养他们主动观察、合作探究的意识和技能。 三、课程目标 知识和技能目标： 1.了解人工智能及其发展史，体会对社会发展的影响。 2.通过实例来理解人工智能的含义和发展趋势。 3.通过对比人类和人工智能对问题的理解过程来理解人工智能的核心（算法）。 4.认识到人工智能在现代信息社会中的重要作用 过程与方法目标： 1.体验人工智能案例 2.参与人工智能测试 3.感受人工智能作用 情感态度价值观目标： 感受人工智能的魅力，感受人工智能的优势，激发学生创新思维意识和主动分享意识。 四、教学方法和环境 1.课堂微视频引领、案例探究，有认知的开展项目学习。 2.项目探究、分组合作、交流分享，在交流中提升对人工智能技术的理解和对技术影响生活的认知。 3.借助一体机或投影仪的帮助，更好的展示人工智能核心算法的相关演示和参与度。 五、课程结构： 1.核心知识：人工智能、机器学习、深度学习 2.驱动性问题：各类人工智能应用背后隐藏的知识体系 3.高阶认知：人工智能已经深度融入信息社会中 4.学习实践：生活感知下的人工智能体验，探究人工智能的秘密，认识其产生的重要作用。 5.成果展示和课堂评价：从各个生活层面认识人工智能，深刻理解其已经进入了我们生活的点点滴滴，更新了我们的生活方式，积极应对，勇敢面对。 教师活动 学生活动、设计立意 一、项目背景 “未来已来，君子不器”，人工智能在国际上的迅猛发展，体现在其不仅仅是战略性技术，更是改变生活方式的一种可能性。 课堂引入 【安全逃离】“右手法则” 情境导入：一人身处迷宫之中，如何能确保在白色通道中，从红色方块移动到绿色方块。迷宫如下图。 活动参与：请一位同学举起右手并将“右手法则”应用于本场景中。 思考1：这个解决方案中“右手”是不是一条规则？ 展示搜索的含义：根据问题的实际，不断寻找可利用的知识，构建一条推理路线解决问题。 思考2：是否有其他的线路可以确保我们从红色方块移动到绿色方块且通过的路径更为合理？ 下发“Search.py”，在程序的末尾处修改①和②处的内容。 ①m.A_star_solve() ②m.print() 根据生成的效果，思考“右手法则”和程序案例分别属于下列的哪种搜索方式？ 搜索方式： 1.盲目搜索：按照预定的策略进行搜索，而不考虑问题本身特性的搜索。 2.启发式搜索：在搜索的过程中，假如估价函数等启发信息，不断自动调整搜索方向，加速求解进程。 学生活动1 学生互动感受 问题解决过程。 学生活动2 运行“Search.py”程序，感受通过计算机获得路径的过程。同时感受“计算智能”的魅力。 【活动一】“激活思维” 看“迷宫自学习求最短路径智能车(网络资源）”视频，分析两个问题： 1.你认为小车第一次走全场的策略是什么？ 2.这个搜索的过程是否具备了一定的智能？ 学生活动3 观察并回答问题，培养观察能力，进一步了解“计算智能”。 【活动二】“回顾历史” 播放“人工智能的发展”的视频，从视频介绍中了解人工智能的发展，并且以小组的形式进行一些人工智能概念和知识点的填充和扩展。 学生活动4 学生回答 师生互动 【活动三】“美食的评判” 项目情境： “张三”喜欢品尝美食，如果从酸、甜、苦、辣、咸五个方面来了解她对美食评判的依据，你会怎么做？ 现在，先来看看一段视频，介绍了如何用计算来评判某个美食是否在张三喜欢的范畴，并根据动画演示感受程序模拟的过程，从中找到人工智能隐藏的核心——“算法”。 （播放视频及展示程序） 学生观察 了解 w、b loss 三个参数的含义 【活动四】“背后的算法” 笔记本和教室电脑（一体机）进行互联，或者提供投影仪进行电脑内容展示。 案例情况：现有荷花和玫瑰花图片若干，如何用人工智能的算法形成数据集，对实际判断的正确情况进行预测，并在活动方案中记录两个方案的训练时间和数据集大小，思考其中的不同点。 展示“荷花和玫瑰”的SVM的模拟程序，尤其是展示其输出的文件，观察其文件的特点，明确其核心是运用向量的形式进行分析预测。 展示“荷花和玫瑰”的NN的模拟程序，通过神经网络的算法进行预测。 对比两者生成的数据集的大小和需要时间的差异。 方法 大小 生成时间 区别 SVM 支持向量（监督学习） NN 模拟神经元（自适应学习） 进一步感受到人工智能背后的核心即算法的设计。 案例总结：展示如下人类图像识别和人工智能图像识别的比较 学生观察并回应问题，填好学习单表格。认识到人工智能的核心即算法的设计与应用。 总结： 这是最好的时代。机器大面积代替了体力劳动者和多数初级技术工人。未来已来，如何面对？希望同学们能不要害怕；做自己喜欢的；专精一项，体味中挖掘自己的潜力。君子不器，多发挥创造的力量。 反思： 6 学科网（北京）股份有限公司 $$