5.2 人工智能的应用（教学设计）信息技术浙教版2019必修1

5.2 人工智能的应用 1课时（教学设计） 年级 高一年级 授课时间 课题 5.2 人工智能的应用 教学 目标 1.了解常见的人工智能的应用； 2.掌握通过案例分析来探究人工智能应用优势与局限性的方法。 教学 重难点 重点： 掌了解常见的人工智能的应用； 难点： 掌握通过案例分析来探究人工智能应用优势与局限性的方法。 教学 准备 多媒体课件、多媒体教室 教学过程 教师活动 学生活动 新 课 导 入 一、课堂导入 1.通过播放人工智能改变生活的视频来引入本节课的主题。 在同学们观看了视频后抛出问题，引出同学们的思考。 同学们，你们能说一说生活中有哪些关于人工智能的应用场景或案例呢？ 人工智能的应用场景 智能家居：智能音响、智能摄像头、智能门锁…… 交通出行：高德地图、自动驾驶…… 医疗健康：医疗影像、智能手表等穿戴设备…… 教育领域：个性化学习、智能辅导、自动批改…… 办公领域：文本处理、语音识别、语音转文字…… 随着互联网的普及、传感网的渗透、大数据的涌现和信息社区的崛起，数据和信息在彼此融合的信息空间、物理空间和人类社会中传播，人类迈向“三元空间”（Cyber_x0002_Physical-Society，简称CPS），新技术、新产业和新业态不断涌现，使得人工智能迅速发展，在众多领域发挥着巨大的作用。 通过播放人工智能改变生活的视频和提问的方式导入教学，激发学习热情和探究欲望。 通过提问的方式来抛砖引玉，引发同学们思考，让同学们养成自主学习的习惯。 新 知 讲 授 一、领域人工智能 同学们，你们来说一说什么是人工智能？ 人工智能（Artificial Intelligence，简称AI），人工智能是计算机科学的一个分支，是指以机器（计算机）为载体，模仿、延伸和扩展人类智能，其与人类或其他动物所呈现的生物智能有着重要区别。 探究什么是领域人工智能 以小组为单位，结合课本及网络资源，讨论交流什么是领域人工智能，并给出定义，进行班级分享。 概念:依赖于领域知识和数据的人工智能被称为领域人工智能。 特点:这类机器具有强大的存储、记忆和搜索功能，因此，如果机器遍览某一领域的数据和知识，它就可以在这一特定领域表现出较强的能力。 案例:下围棋的“AlphaGo”、下象棋的“深蓝” 小组为单位结合课本和生活实践，讨论交流常见的领域人工智能的典型应用。 专门用于下国际象棋的超级计算机“深蓝” 用于人机对话的系统“沃森” 医疗领域-疾病诊断辅助系统和药物研发助手 交通领域-自动驾驶汽车和智能交通信号灯控制 金融领域：-信贷风险评估系统和智能投资顾问等 教育领域-智能辅导系统和个性化学习平台 “深蓝”存储了100多年来200多万局象棋棋谱，遍览国际象棋各种对弈棋局。1996年，“深蓝”首次挑战国际象棋世界冠军加里·卡斯帕罗夫，以失败告终。比赛结束后，研究小组对“深蓝”加以改良。1997年，“深蓝”在正常时限的比赛中首次击败了卡斯帕罗夫，机器的胜利开启了国际象棋历史的新时代。而人机对话系统“沃森”在问答竞赛中展示了较强能力，依靠其强大的记忆能力和快速搜索手段，在益智游戏中战胜了人类选手。 二、跨领域人工智能 同学们，请你们根据刚才所学的领域机器人的知识，结合课本内容，讨论交流什么是跨领域人工智能？ 跨领域人工智能是指能够整合并运用来自多个不同领域的知识、数据、算法和模型等资源，以解决涉及多个领域交叉问题的人工智能系统或技术。它不仅仅是简单地将不同领域的人工智能应用拼凑在一起，而是要实现深层次的融合，使得人工智能能够在跨领域的情境下进行有效的学习、推理和决策。 以小组为单位利用数字化工具，探讨一下跨领域人工智能的特点？ 多领域知识融合：跨领域人工智能需要具备融合不同领域专业知识的能力。 数据多样性与整合：涉及处理来自多个不同领域的数据，这些数据在类型、格式、语义等方面存在很大差异。 灵活的算法与模型适配：不同领域可能适用不同的人工智能算法和模型，跨领域人工智能要能根据具体的跨领域任务需求，灵活选择、调整和组合这些算法和模型。 跨领域推理与决策能力：能够在跨领域的情境下进行推理和决策，这要求人工智能系统不仅要理解各个领域自身的规则和逻辑，还要能把握不同领域之间的相互关系和影响 跨领域人工智能的典型应用----应用场景 谷歌公司的AlphaGo：谷歌公司的AlphaGo在围棋领域表现出了超越围棋选手的能力，其后，谷歌公司将AlphaGo使用的机器学习算法用于控制其数据中心风扇、制冷系统和窗户等120个变量，帮助谷歌公司在电力使用效率上提升了15%。 “沃森”的智能能力：IBM将“沃森”的智能能力从益智游戏领域移植到了医疗领域。在医疗领域，“沃森”收录了肿瘤学研究领域的42种医学期刊、60多万条临床试验医疗证据和200万页文本资料。 疾病基因关联分析：结合医学领域的疾病知识和生物学领域的基因测序技术及相关数据分析方法，通过人工智能算法来分析基因变异与疾病发生之间的关系。例如，通过对大量患者的基因数据和病历信息进行跨领域整合分析，找出特定基因变异可能导致某种疾病的概率，为精准医疗提供依据。 空气质量与城市布局优化：整合环境监测领域的空气质量数据、气象数据等以及城市规划领域的地理信息数据、人口分布数据等。通过人工智能分析不同城市布局对空气质量的影响，进而提出优化城市布局的建议，以改善城市的环境质量。 跨领域人工智能研究难度较大，虽然人类擅长举一反三式的跨域学习，但是对人工智能算法而言，尚缺乏一条清晰推进跨领域人工智能的思路。专家们认为，在跨领域人工智能的研究过程中，需要从特殊技能到泛化技能、从单一知识到多源知 识、从易到难，永不停息地学习。 三、混合增强智能 你见过会做手术的机器人吗？ 思考：这场手术背后是谁在主控？和传统手术相比它有哪些优势呢？ 达芬奇外科手术机器人：在于人类智能和机器智能各有优劣，如果能够将这两种智能结合在一起，就可形成既超越人类智能又超越机器智能的新智能体。 同学们，请你们根据刚才所学的领域机器人和跨领域人工智能的知识，结合课本内容，讨论交流什么是混合增强智能？ 混合增强智能是指通过人机协作的方式，把人类的认知、经验、直觉等优势与人工智能系统的强大计算能力、数据处理能力、精准分析能力等相结合，形成一种相互补充、协同增效的智能形态。在这种模式下，人类和人工智能系统并非相互替代，而是在不同的任务环节、不同的认知层面上进行互动与协作，共同推动任务的完成和问题的解决。 以小组为单位利用数字化工具，探讨一下混合人工智能的特点？ 协作流程灵活：混合增强智能的人机协作模式可以根据具体任务的性质和要求进行灵活调整。 交互方式多元：人机之间的交互方式也是多种多样的，既可以是简单的信息传递，如人类向人工智能系统输入指令或数据，人工智能系统向人类反馈分析结果；也可以是更为深入的协作互动。 可解释性增强：在混合增强智能模式下，由于人类参与到整个任务过程中，人类可以基于自己的理解和经验对人工智能系统的输出结果进行解读和阐释，从而在一定程度上增强了整个智能过程的可解释性。 除了医疗领域，混合增强智能还体现在哪些应用上？ 认知决策辅助：在自动驾驶系统中，虽然车辆配备了各种传感器和先进的算法来感知周围环境，但在一些复杂的场景下，如恶劣天气、突发状况或不常见的交通场景，机器的判断可能不够准确。混合增强智能系统可以让人类驾驶员的经验和判断与车辆的自动驾驶算法相结合。 辅助诊断：医疗人工智能系统可以快速分析大量的医疗数据，如病历、影像、检验报告等，从中提取关键信息并 给出初步诊断建议。医生在此基础上，结合自己的临床经验和专业知识进行综合判断能够提高诊断的准确性和效率。 混合增强智能的典型应用 电商领域：在电商平台上，人工智能机器客服与人类客服一起合作来回答顾客购物过程中出现的各种问题； 流量测控：通过用户手机搜索记录和位置移动的数据来感知城市中人群的流动，预测关键景点的拥堵情况等。 质量检测与控制：在工业生产线上，传统的质量检测主要依靠人工抽检，效率低且容易出现漏检。引入混合增强智能后，可以将机器视觉技术与工人的经验相结合。 风险评估与投资决策：金融机构可以利用人工智能系统对大量的金融数据进行分析，如市场行情、企业财务数据、宏观经济数据等，评估投资风险和收益。同时，投资分析师可以根据自己的专业知识和经验，对人工智能系统的分析结果进行解读和判断，制定更合理的投资决策。 在相当长的时间内，人类智能和机器智能将彼此协调、相互取长补短。为什么说人类智能是“智能回路”的总开关？ 在许多重要场景中，尽管机器智能能够提供大量的数据处理、分析以及初步的决策建议，但最终的关键决策往往还是由人类来做出。例如在医疗领域，面对复杂病症的治疗方案选择，虽然人工智能可以基于病例数据给出一些治疗方向的建议，但医生会综合考虑患者的个体情况，如身体状况、病史、生活习惯等多方面因素，运用自己的专业知识和临床经验做出最终决策。很多决策不仅仅涉及技术层面的合理性，还牵扯到道德、伦理等层面的问题。机器智能本身并不具备内在的道德和伦理观念，无法基于这些深层次的价值判断来做出决策。人类具有独特的理解能力，能够深入领会各种复杂的现实情境，包括其中蕴含的情感、文化、社会关系等多方面因素。此外，机器智能的运行是基于预先设定的程序和算法，它需要人类来明确告知其要完成的任务以及期望达到的目标。随着实际应用场景的变化和新问题的出现，机器智能往往需要不断优化，这就需要人来调整，人类承担着决策所带来的后果和责任，这使得人类在整个智能协作过程中处于主导决策的关键地位，故人如同总开关一样控制着最终行动的走向。 辩证看待人工智能应用的利弊 人工智能已在社会各个领域得到应用，它对目前的教育行业会产生怎样的影响？ 在教学方式上，智能辅导系统可依据学生学习数据提供个性化学习建议与内容，实现因材施教，如针对薄弱知识点推送专项练习。教学工具也更智能，像智能教案生成器辅助教师备课，提高效率。 对学习体验而言，虚拟现实、增强现实等技术营造沉浸式学习环境，提升学生兴趣与参与度。 在教育管理方面，能分析大量数据辅助学校制定合理教学计划、安排课程等。 然而也有挑战，过度依赖可能削弱学生人际交往与自主思考能力。而且数据隐私保护、确保教育公平等问题也需关注。总之，人工智能为教育带来机遇与变革，但需合理运用以促进教育更好发展。 体验生成式人工智能（一） ①打开“通义天问” ②输入以下提示词：我要利用AI文生视频，制作******的效果，需要写提示词，但是我没有太多好的创意，请帮我写出几个。 参照下边的例子：场景分为左右两个部分，中间用一条边界隔开。边界左边是一个繁忙的城市街道，人们来来往往，车辆川流不息。边界右边是是一个宁静的乡村小镇，田野里牛羊在悠闲地吃草。突然，一辆失控的玩具车从城市街道一侧飞出，越过边界线，撞到了正在吃草的一只羊，羊吓了一跳，跳了起来。 ③打开“海螺视频”，利用刚才生成的文案生成视频 体验生成式人工智能（二） 自主登录如下网址，并尝试与机器人对话 登录网址：https://kimi.moonshot.cn/chat/csk7kd793msso91fmhl0 ①尝试问询今天天气情况？ ②尝试询问如何规划旅游路线？ 四、小结 人工智能的应用 领域人工智能：特定领域有较强的能力 跨领域人工智能：从一个领域快速跨越到另一个领域 混合增强智能：多种智能体混合，人机交互 五、课堂小练 通过提问的方式让同学们先对本节知识点进行一个认知。 让同学们分小组讨论探究问题，让同学们以更好的状态进入课堂学习。 通过案例的结合，让同学们加深知识点的理解。 通过图文结合的方式让同学们直截了当的了解领域人工智能。 让同学们通过刚才所学的知识点，再结合课本内容，以抛砖引玉的方式探究本节知识点，引发同学们思考，让同学们养成自主学习的习惯。 让同学们分小组讨论探究问题，让同学们以更好的状态进入课堂学习。 通过案例的应用场景的讲解，让同学们加深知识点的理解。 通过提问的方式来抛砖引玉，引发同学们思考，让同学们养成自主学习的习惯。 让同学们分小组讨论探究问题，让同学们以更好的状态进入课堂学习。 通过案例的应用场景的讲解，让同学们加深知识点的理解。 通过提问的方式让同学们先对本节知识点进行一个认知。 通过以辩证看待人工智能应用的利弊，充分的让同学们站在不同的角度来理解人工智能，这样更能养成同学们一个好的三观。 将刚才所学的人工智能的应用这一知识点在案例中让同学们亲自体验，更能让同学们掌握知识点。 课 堂 练 习 （有题有答案有解析） 1.某AI个性化学习平台能根据学生答题数据动态调整教学内容和难度，还能分析学习行为，提供定制化练习。下列说法错误的是（   ） A.AI平台让教师更了解学情，针对性调整教学策略 B.学生可通过AI平台优化学习路径，提升学习效率 C.该技术能彻底解决教育资源不均问题，学生均可自主学习 D.教师仍需监督平台推荐内容，并根据学生情感需求进行人文关怀和激励 答案：C 解析：本题考查人工智能的应用。A选项正确，AI平台通过分析学生答题数据、学习行为，可向教师反馈学情（如学生薄弱知识点、学习进度差异），帮助教师精准把握学生情况，进而针对性调整教学策略；B选项正确，平台能根据学生个体情况动态调整教学内容难度、提供定制化练习，帮助学生避开无效学习环节，优化学习路径，从而提升学习效率；C选项错误，“彻底解决”表述绝对，AI个性化学习平台虽能一定程度上弥补教育资源不均（如让不同地区学生接触优质学习内容），但无法彻底解决该问题——教育资源不均还涉及硬件设施（如设备、网络）、家庭教育环境、教师资源等多维度因素，且部分学生（如低龄学生、自制力较弱学生）难以完全自主学习，仍需引导；D选项正确，AI平台缺乏情感认知能力，无法判断推荐内容的全部适用性（如是否符合教育目标、是否存在偏差），也无法满足学生的情感需求，因此教师仍需监督平台内容，并提供人文关怀与学习激励。因此，本题选择C选项。 2.下列应用中，没有用到人工智能技术的是（   ） A.使用手机语音助手拨打电话 B.使用人脸识别解锁手机 C.在电商网站根据浏览记录推荐商品 D。使用计算器进行复杂的数学运算 答案：D 解析：本题考查的是人工智能的应用。计算器进行复杂数学运算，是按照预先设定的程序和算法进行计算，没有用到人工智能技术（人工智能强调模拟人类智能的学习、推理、感知等能力，计算器只是执行固定的计算逻辑）。故本题应选D。 3.下列属于人工智能应用的是（   ） A.用 Word 软件编辑文档 B.用计算器进行数学计算 C.用语音助手查询天气 D.用 Photoshop 处理图片 答案：C 解析：本题考查人工智能应用。人工智能是指计算机系统能够执行通常需要人类智能才能完成的任务，如语音识别、图像识别、自然语言处理等。用 Word 软件编辑文档是文字处理软件的常规操作，用计算器进行数学计算是简单的数值运算，用 Photoshop 处理图片是图像处理软件的功能，它们都未体现人工智能技术。而用语音助手查询天气，语音助手通过语音识别和自然语言处理技术理解用户语音指令并提供相应信息，属于人工智能的应用。故答案为：C。 4.某学校引入AI学情分析系统，该系统可自动采集学生的作业作答情况、考试成绩、课堂互动数据，通过算法分析学生的知识薄弱点，生成个性化学习报告并推荐针对性练习题。该应用属于人工智能在哪个领域的应用（   ） A.图像识别 B.商品推荐系统 C.教育辅助 D.工业自主控制 答案：C 解析：本题考查人工智能应用领域的识别能力。题目描述的AI学情分析系统通过采集学生的作业、考试成绩和课堂互动数据，分析学生的知识薄弱点，并生成个性化学习报告和推荐练习题。这种应用主要涉及教育领域的辅助功能，旨在提高学生的学习效果和效率。因此，该系统属于人工智能在教育辅助领域的应用。故答案为：C。 5.某算法可以识别一张公众场所图片中是否有人没带口罩，如图所示。 该算法图像识别的处理过程包含如下步骤： ①从待识别图片数据中提取主要特征； ②输出模式匹配结果； ③从大量的图片数据中训练出可识别人脸是否佩戴口罩的模型； ④利用已经训练好的分类模型对图片进行模式匹配。 其正确的顺序应为（   ） A.③①④② B.③④①② C.①④③② D.①③②④ 答案：A 解析：本题考查图像识别。人工智能领域的图像识别技术，一般需要通过“数据训练”——“提取特征”——“模式匹配”——“输出结果”来完成。故答案为：A。 6.如图所示的智慧校园管理系统，利用人脸识别技术与软件技术，实现完全智能和具有高安全性的身份鉴别验证系统，配合门控装置对校园出入口、宿舍出入口进行通行控制。人脸比对分析仪分析人脸信息应用了人工智能技术，下列说法正确的是（   ） A.应用了问题引导下的试错学习 B.主要体现的人工智能方法是符号主义 C.应用了深度学习这一数据驱动方法 D.若将人脸比对分析技术应用到其他领域，称为混合增强智能 答案：C 解析：本题考查人工智能。A 选项错误，人脸比对分析主要依靠数据训练的模型进行特征识别，并非问题引导下的试错学习。B 选项错误，符号主义侧重于通过符号推理与知识表示来实现智能，而人脸识别技术主要依托神经网络等（属于联结主义范畴），通过数据驱动的方式工作，并非符号主义。C 选项正确，人脸比对分析仪通过大量人脸数据训练深度学习模型，以此分析人脸信息，应用了深度学习这一数据驱动的方法。D 选项错误，混合增强智能强调人类智能与人工智能的融合增强，将人脸比对技术应用到其他领域属于跨领域人工智能，并非混合增强智能。因此，本题选择 C 选项。 7.智能手机通过识别特定手势完成相应操作。手势识别主要包含以下步骤： ①跟踪。逐帧监视手的运动，捕获每个运动为数据。 ②识别。根据数据总结运动模式，匹配并解释某一个手势。 ③检测。找到手的边缘和位置。 ④执行。执行关联的操作或功能。 完成识别，上述步骤正确的顺序应为（   ） A.②③④① B.③②④① C.③①②④ D.②①③④ 答案：C 解析：本题考查人工智能。人工智能领域的手势识别技术，一般通过“检测”——“跟踪”——“识别”——“执行”来完成。故选C。 课 堂 小 结 1.依赖于领域知识和数据的人工智能被称为领域人工智能。 2.跨领域人工智能指智能系统从一个领域快速跨越到另外一个领域。 3.跨领域人工智能不仅依赖于已有数据和已有规则，而且专注于知识和技能的获取，能够举一反三、触类旁通，开展深度推理。 4.在跨领域人工智。能的研究过程中，需要从特殊技能到泛化技能、从单一知识到多源知识、从易到难，永不停息地学习。 5.混合增强智能是多种智能体的混合形式，它将人的作用或人的认知模型引入人工智能系统，形成“混合增强智能”的形态。 反 思 评 价 在本次教学中，通过多种案例展示和大量的提问，引导学生对人工智能在医疗、交通等领域的应用有了更直观认识，激发了学习兴趣。但缺乏实践互动，学生自主体验环节后续需要加强。在评价环节，要鼓励学生相互学习、共同进步，培养学生的团队合作精神和批判性思维。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $