第8课 人工智能中的算法 教学设计 2025-2026学年浙教版初中信息科技八年级下册

初中信息科技课时备课 课 时 概 况 课 题 八年级下册第二单元第8课 人工智能中的算法（1课时） 课时序号 教师 备课时间 年 月 日 上课时间 年 月 日 教 学 设 计 学习内容分析 课标相应内容要求：《信息科技课程标准》要求学生理解人工智能中算法的核心作用，知道同一个问题可以采用不同算法解决，不同算法具有不同效率，能识别人工智能中常见算法的应用场景。主要内容：本课包含“算法在人工智能中的核心地位”“不同算法的效率差异”“人工智能常见算法类型（搜索、推理）”三部分核心内容。望远镜思维——纵向联系：本课承接八年级下册第一单元人工智能基本概念、三大技术基础的学习，也承接本单元前几课语音识别、语音合成、图像识别等人工智能应用体验，是从应用体验到原理探究的过渡课，为后续第九课机器学习的原理学习、第十课智能创意实践奠定基础，也为九年级人工智能安全与发展的学习做好原理铺垫。放大镜思维——横向逻辑：本课遵循“生活情境引入→核心原理探究→真实案例应用”的逻辑主线，从学生熟悉的导航找路问题切入，先通过具体案例对比让学生自主生成“不同算法效率不同”的结论，再探究两类常见人工智能算法的应用场景，最终落实“同一个问题可以采用多种算法来解决，不同算法有不同效率”“算法是人工智能三大技术基础之一”的大概念，各部分层层递进，从具象到抽象，符合学生认知规律。 学习对象分析 1. 心理和思维特点：八年级学生对人工智能背后的技术原理充满好奇心，具备基础的逻辑推理、对比分析能力，处于从具象思维到抽象思维的过渡阶段，抽象概念的理解需要具体案例支撑。2. 已有知识基础和生活经验：日常生活中经常使用导航搜索、AI相册找图、智能棋类游戏等人工智能应用，已经在第一单元学习了人工智能三大技术基础（数据、算法、算力），体验过本单元前几课的人工智能应用，对人工智能有初步的感性认知。3. 典型认知误区：①认为“人工智能只要能出结果就行，算法快慢不重要”，例如觉得导航找最短路径，哪怕10秒出结果也不影响使用，不理解大规模数据下算法效率的决定性作用；②认为“人工智能的算法和普通编程算法一样，都是人事先写好所有规则”，不知道人工智能算法会支撑模型自主优化；③认为“人工智能效果好全靠数据多，和算法关系不大”，例如觉得短视频推荐精准只是因为收集了用户隐私，不认可算法优化的核心作用。 学习目标 1. 通过最短路径案例的对比计算，理解同一问题可采用不同算法解决，不同算法存在效率差异，能说出算法在人工智能中的核心地位；2. 能准确区分人工智能中搜索算法和推理算法，说出两类算法的典型应用场景；3. 能结合真实人工智能案例，分析算法优化对提升应用体验的作用，感受算法对人工智能发展的推动价值。 教学重难点 教学重点：不同算法的效率差异，算法在人工智能中的核心作用，常见人工智能算法的类型 教学难点：理解算法效率对人工智能应用的影响，区分搜索算法与推理算法的应用场景 教学方法 情境教学法、对比探究法、小组讨论法、实验模拟法 学习资源 硬件环境：多媒体计算机教室、学生用计算机 软件环境：PPT演示文稿、在线算法模拟工具 教学资源：学习任务单、算法案例包 教学准备：提前调试在线工具，按4人一组完成分组，提前分发学习任务单 学习过程 【活动描述】设置真实生活情境：周末班级组织团建，要从学校出发去3公里外的网红火锅店，现有5条备选路线，我们手机的导航软件可以1秒内给出最短路线，而人工找最短路线需要至少10分钟。提出核心问题：为什么导航能这么快找到最优路线？背后是什么在起作用？引出本课主题。 【学生活动】分享自己日常用导航找路的经历，围绕核心问题提出自己的猜想，激活已有生活经验。 【教师活动】展示导航找路的界面截图，明确本课探究主题：人工智能快速准确解决问题的核心，是背后有合适的算法，今天我们一起探究人工智能中的算法。 【设计意图】从学生每天都会用到的导航场景切入，贴近生活，快速引发探究兴趣，自然引出本课主题，为后续原理探究做好铺垫。 【学习过程-建构】 活动1：对比探究不同算法的效率差异（含具体数据） 【活动描述】给出具体问题：从学校(A点)到火锅店(E点)，中间有B、C、D三个中转点，共5条可行路线，长度分别为：A-B-E:3.2km、A-C-E:2.8km、A-D-E:3.5km、A-B-C-E:2.9km、A-C-D-E:3.1km。请小组分别用「暴力枚举法」（计算所有路线长度再对比）和「贪心算法」（每次选当前最短的下一步）计算最短路径，记录两种方法的计算步骤数、人工模拟用时，对比效率差异。 【学生活动】4人小组分工完成两种方法的计算，记录数据：暴力枚举法需要计算5次路线长度，做4次对比，人工模拟平均用时约120秒；贪心算法只需要做3次选择，不用计算所有路线，人工模拟平均用时约30秒。小组讨论后总结得出结论：不同算法解决同一问题，步骤数不同，效率差异明显。 【教师活动】给出问题和两种算法的规则，巡视指导小组计算，组织小组分享结果，总结提升：同一个问题可以用多种算法解决，算法步骤越少，效率越高、耗时越少；当人工智能处理百万级甚至亿级大规模数据时，效率差异会被放大，低效率的算法根本无法实际使用，因此算法是人工智能的核心基础。 【设计意图】通过可计算、可体验的具体案例，让学生亲手获得数据、自主生成概念，避免抽象讲解，符合八年级学生的认知特点，有效突破“算法效率差异”这一核心内容。 活动2：探究两类算法的特点与依存关系（假设情景） 【活动描述】给出两个假设情景，请小组探究：情景1：你要在手机相册里找“上个月拍的带小狗的照片”，人工智能相册用什么算法帮你完成任务？情景2：你和AI下五子棋，AI总能找到最优走法挡住你、赢下对局，AI用的是什么算法？请结合情景推测两类算法的特点和应用场景，思考算法和数据的关系。 【学生活动】小组讨论两个情景，梳理得出：情景1是从海量照片里找符合特征的内容，属于搜索算法；情景2是AI根据当前棋盘信息推导最优走法，属于推理算法。补充举例说出更多两类算法的应用场景。 【教师活动】引导学生分享讨论结果，总结：人工智能常见算法分为搜索算法（从海量数据中找符合要求的内容）和推理算法（根据已有信息推导结论），数据是人工智能的基础，算法是人工智能的核心，没有合适的算法，再多的数据也无法发挥作用，二者相互依存支撑人工智能应用。 【设计意图】通过学生熟悉的假设情景，自主探究核心概念的内涵，理解算法与数据的依存关系，突破“常见算法类型区分”的教学难点。 【学习过程-应用】 【活动描述】给出两个真实行业案例，请小组结合本课知识分析，完成学习任务单：案例1：1997年战胜棋王卡斯帕罗夫的深蓝，用暴力枚举搜索算法，每秒计算2亿步；2016年战胜李世石的AlphaGo，用蒙特卡洛树搜索加推理算法，每秒仅计算几万步，但胜率远高于深蓝，请分析：为什么AlphaGo计算步数更少，反而更强？案例2：早期短视频APP的推荐算法只会推送全网热门内容，现在的推荐算法会根据用户的浏览时长、点赞、评论推理用户偏好，推荐精度提升了40%以上，请分析：算法优化给人工智能应用带来了什么变化？ 【学生活动】小组讨论完成任务单，派代表分享结果：AlphaGo用的算法会主动推理筛选有用走法，不用枚举所有可能性，虽然步数少但效率更高、效果更好；算法优化让推荐更精准，大幅提升了用户体验。 【教师活动】总结学生分享，强化核心概念：算法的不断优化推动了人工智能的发展，数据、算法、算力三大基础缺一不可，共同支撑人工智能实现越来越强的功能。 【设计意图】用真实的经典案例让学生应用本课知识分析问题，深化对核心概念的理解，体会算法对人工智能发展的实际价值。 【学习过程-梳理】 【活动描述】引导学生按照“生活问题引入→核心原理探究→案例应用”的逻辑梳理本课知识，构建结构化框架。 【学生活动】跟随教师引导，回顾本课内容，梳理核心知识点，呼应开头的导航问题。 【教师活动】梳理总结：我们从导航找路的问题切入，探究了人工智能算法的核心作用，明确了同一问题可以用不同算法、不同算法效率不同，认识了搜索和推理两类常见算法，算法作为人工智能的核心基础，和数据、算力一起推动人工智能发展，下节课我们学习机器学习，会进一步探究算法的应用。 【设计意图】帮助学生形成结构化的知识体系，衔接后续课程，强化核心大概念。 板书设计 一、算法的地位：人工智能三大核心基础（数据、算法、算力） 二、核心结论：同一问题可采用多种算法，不同算法效率不同 三、常见算法类型：1.搜索算法 2.推理算法 评价设计 评价维度（分三等）： 1. 小组探究参与度：①优秀：积极参与讨论，分工明确，完成所有任务；②合格：参与讨论，完成分工任务；③待改进：很少参与讨论，任务完成度低 2. 算法效率探究成果：①优秀：准确记录两种算法的步骤和用时，得出正确结论；②合格：完成数据记录，结论基本正确；③待改进：数据记录错误，结论错误 3. 算法类型应用分析：①优秀：准确区分两类算法，正确分析两个真实案例；②合格：能基本区分，案例分析基本正确；③待改进：无法区分，案例分析错误 4. 任务单完成质量：①优秀：内容完整，书写清晰；②合格：内容基本完整；③待改进：内容缺漏较多 评价方式：小组互评探究参与度，教师评价探究成果和案例分析，学生自评任务单完成质量 教学反思 亮点：1. 从学生熟悉的生活场景切入，用可操作的具体案例让学生自主生成概念，避免了抽象讲解，符合八年级学生的认知发展特点，学生参与度高；2. 整节课围绕核心大概念设计，严格遵循感知-建构-应用-梳理的逻辑，层层递进，落实了做中学的理念。 改进设想：1. 如果能增加在线算法模拟工具，让学生亲自体验不同算法处理大规模数据的效率差异，学生对算法效率的理解会更深刻；2. 如果增加10分钟的拓展环节，让学生尝试为简单问题设计算法步骤，能进一步提升学生的实践探究能力。 学科网（北京）股份有限公司 $