第30课 生命游戏有规则（教学课件）信息科技人教版五年级下册（新教材）

第8单元 人工智能中的算法 生命游戏有规则 第30课 人教版·五年级 学习目标 01 课堂导入 02 新知探究 03 知识总结 04 智慧挑战 05 兴趣园地 06 目录 CONTENTS 2 PART 1 学习目标 了解生命游戏的演化过程，通过图示的方法， 认识生命游戏中的算法规则。 学习目标 通过简单的游戏体验，初步领会简单规则也 可能产生较复杂的模式。 PART 2 课堂导入 课堂导入 益智游戏通常设计得既有趣又可以学习知识与技能。例如，体感游戏可以身体，棋类游戏可以训练思维能力，数学游戏有助于培养运算能力，科学有助于了解科学知识与原理，编程游戏通过算法控制计算机的执行过程，学习算法及其编程知识。 “生命游戏”算法规则 PART 3 新知探求 新知探究 学习活动1 活动1：生命游戏中的算法规则 新知探究 学习活动1 生命游戏中的算法规则 在生命游戏中，有很多小方块，每个小方块都有两种状态。可以把这些小方块看作是灯泡，两种状态分别对应着灯泡的“点亮”或“熄灭”。 游戏开始时，在一个平面网格中，可以设置若干个点亮的灯泡，表示原始状态的“初始构型”，图中所示就是一个初始构型的例子。 最初的生命游戏模拟的是一种原始形态的“生命”如何按照特定的规则一代接一代地进行演化，并由此得名。 接着设定表示进化的“代”数，这两个部分构成算法的输入。 新知探究 生命游戏的算法规则（进化规则） 规则 1 ：一个点亮的灯泡周围有 2 个或 3 个点亮的灯泡，就会继续点亮；它周围有少于 2 个或多于 3 个点亮的灯泡，就会熄灭。 例如，图中心位置的灯泡，用规则 1 来检查它周围的状态，也就是作用规则 1，发现它仍然可以保持点亮状态。 学习活动1 生命游戏中的算法规则 新知探究 生命游戏的算法规则（进化规则） 规则 2：一个熄灭的灯泡周围刚好有 3 个点亮的灯泡，才会被点亮。否则，它周围有少于 3 个或多于 3 个点亮的灯泡，就会保持熄灭状态。 例如，图中心位置的灯泡，作用规则 2 后保持熄灭状态。 学习活动1 生命游戏中的算法规则 新知探究 规则 2：一个熄灭的灯泡周围刚好有 3 个点亮的灯泡，才会被点亮。否则，它周围有少于 3 个或多于 3 个点亮的灯泡，就会保持熄灭状态。 学习活动1 生命游戏中的算法规则 根据进化规则补充决策树 规则 1 ：一个点亮的灯泡周围有 2 个或 3 个点亮的灯泡，就会继续点亮；它周围有少于 2 个或多于 3 个点亮的灯泡，就会熄灭。 灯泡是否点亮？ 周围有2个或3个点亮的灯泡？ 点亮 点亮 是 否 是 是 否 否 周围刚好有3个点亮的灯泡？ 熄灭 保持熄灭 作用规则到指定的代数后进化就会停止，停止之后的网格构型就可以认为是算法的输出。 生命游戏是一种简单的生成式算法，即算法通过一定的规则作用到输入，从而生成新的事物（输出）。 新知探究 学习活动2 活动2：体验生命游戏进化规则 新知探究 以下图为例了解生命游戏进化规则 学习活动2 体验生命游戏进化规则 绿色代表点亮状态 空白代表熄灭状态 新知探究 第 1 步：把图中的 4 个构型作用于进化规则，完成第一代进化 学习活动2 体验生命游戏进化规则 左上角的构型有三个点亮的灯泡，作用规则 1 后，一个继续点亮、 两个变成熄灭状态。同时作用规则 2 后中间一个被点亮。 橙色和蓝色用来临时表示进化的过程 橙色方格表示该位置即将由点亮变为熄灭 蓝色表示该位置即将由熄灭变成点亮 新知探究 第 1 步：把图中的 4 个构型作用于进化规则，完成第一代进化 学习活动2 体验生命游戏进化规则 对 4 个初始构型分别作用一轮进化规则后的状态 橙色和蓝色用来临时表示进化的过程 橙色方格表示该位置即将由点亮变为熄灭 蓝色表示该位置即将由熄灭变成点亮 新知探究 第 2 步：把第一代进化的结果作为初始构型，继续作用进化规则 学习活动2 体验生命游戏进化规则 例如，对第一代进化后右下角的构型继续作用规则，得到第二代、第三代的进化结果，如下图所示。 从第三代开始，这个构型就会保持不变，稳定下来。 第 3 步：继续用其他几个构型尝试，观察发生的变化。 游戏模拟了自然界的生存法则—适者生存 新知探究 活动3：试玩“生命游戏”程序 学习活动3 新知探究 学习活动3 试玩“生命游戏”程序 主要实践过程： 01 打开配套资源中名为“生命游戏”的 Python 程序。 02 运行这个程序，试着玩一玩。 03 第3步：单击“重置数据”按钮，再单击“更换模式”按钮，继续观察其他构型的演化，体会游戏中的算法及其进化规则。 简单规则也可能产生看起来非常复杂的模式 PART 4 知识总结 知识总结 体验生命游戏进化规则 第1步：把图中的 4 个构型作用于进化规则，完成第一代进化。 第2步：把第一代进化的结果作为初始构型，继续作用进化规则，就会得到第二代、第三代，也会产生一些更有趣的现象。 第3步：继续用其他几个构型尝试，观察发生的变化。 生命游戏中的算法规则 规则1：一个点亮的灯泡周围有2个或3个点亮的灯泡，就会继续点亮；它周围有少于2个或多于3个点亮的灯泡，就会熄灭。 规则2：一个熄灭的灯泡周围刚好有3个点亮的灯泡，才会被点亮。否则，它周围有少于3个或多于3个点亮的灯泡，就会保持熄灭状态。 PART 5 智慧挑战 2.通过体验生命游戏，我们最可能领会到的一个核心思想是： A. 规则越复杂，产生的结果就一定越复杂 B. 计算机需要非常强大的算力才能运行这个游戏 C. 由几条极其简单的、基于本地邻居的规则，经过多次演化，可能会产生出非常复杂、有趣甚至无法预测的整体模式 D. 游戏的最终目标是让所有细胞都存活下来 1.在“生命游戏”中，一个由小方格构成的世界里，每个格子要么是“活的”（黑色），要么是“死的”（白色）。它的演化规则非常简单，只取决于每个格子周围8个邻居的存活数量。对于一个当前存活的格子（黑色），如果它周围的活邻居数量是2个或3个，它在下一刻会怎样？ A. 因为邻居太少而“死亡” B. 因为邻居太多而“死亡” C. 继续“存活” D. 不确定 智慧挑战 智慧挑战 解析：“存活规则”可以把这个存活的格子想象成一个住在社区里的小细胞。它需要邻居，但邻居数量要刚刚好。如果它的活邻居数量是2个或3个，环境就很舒适，所以它能继续活下去。如果邻居少于2个，或者多于3个，它在下个时刻就会死亡。 答案：C 解析：生命游戏最神奇、也最值得我们思考的地方就在于此！在计算机科学和自然界中，简单的底层规则，通过大量的、并行的相互作用，完全有可能产生出令人惊叹的复杂性与秩序。这是一个非常深刻而强大的思想。 答案：C PART 6 兴趣园地 兴趣园地 利用更大的网格设置更多的构型，继续尝试探究生命游戏的规则，加深对算法进化规则的理解。 生命游戏再探秘 填涂一两种构型及其进化 兴趣园地 生成式人工智能工具使用 使用生成式人工智能工具，输入下面的语句，阅读获得的内容，进一步了解生命游戏的规则。 为我解释生命游戏，要有简单的说明性实例，适合青少年阅读。 查阅到的主要内容： 谢谢 下节课见！ Thanks！ 人教版·五年级 $