第19课《聚类辅助推理》教学设计2025-2026学年人教版初中信息技术（人工智能专册）

该初中信息科技教学设计聚焦聚类辅助推理核心原理，通过“课间人群自然分组”的生活情境导入，衔接已学的分类辅助推理知识，引导学生理解聚类无监督、按特征自主分组的特点，构建知识支架。 该设计以“做中学”为特色，通过星图手动分组活动让学生直观理解聚类原理与分类的区别，借助《文献整理器》软件体验古文文献聚类过程，结合传统文化提升学习兴趣。设计学情分析方案任务，引导学生思考聚类局限性，培养计算思维、数字化学习与创新及信息社会责任。为教师提供清晰的教学流程和过程性评价工具，助力高效课堂实施。

《聚类辅助推理》教学设计 一、教学基本信息 课程名称 聚类辅助推理 课时安排 1课时（45分钟） 适用学段 义务教育初中阶段 学科领域 信息科技 对应教材章节 第四单元 智能推理的应用 第19课 核心素养目标 本节课围绕聚类辅助推理的核心原理，结合新课标要求，落实以下核心素养目标： 1. 信息意识：理解聚类的基本原理，能够明白聚类和分类的区别，建立对聚类辅助推理的客观认知。 2. 计算思维：能够通过手动分组的过程，理解聚类的核心逻辑，能够衔接之前的分类辅助推理的知识，建立知识的关联。 3. 数字创新：能够通过操作聚类工具，体验聚类的过程，能够主动思考该技术在生活中的创新应用场景。 4. 信息社会责任：认识到聚类的价值，能够理解聚类系统的局限性，树立合理使用聚类的意识，关注数据的准确性。 二、教学重难点 教学重点 理解聚类的基本原理，能够明白聚类和分类的区别，完整体验聚类的过程，理解聚类辅助推理的逻辑。 教学难点 理解聚类的无监督的特点，明白分组数量对结果的影响，能够理解聚类的应用价值，建立对聚类辅助推理的正确认知。 三、教学准备 教师准备 1. 制作教学课件，包含导入案例、聚类的介绍，提前准备好星图的任务单，按小组分装。 2. 提前准备好《文献整理器》软件，在学生终端完成部署，同时准备备用的演示视频应对突发情况。 3. 准备小组积分评价表，用于课堂过程性评价，调动学生的活动参与积极性。 学生准备 1. 提前回顾之前学的分类辅助推理的内容，梳理自己的疑问，准备课堂分享。 2. 携带个人学习终端，提前确保设备电量充足，能够正常运行课堂工具。 3. 准备课堂笔记本，用于记录课堂知识点与活动收获。 四、教学过程（含教-学-评闭环） （一）情境导入：物以类聚，人以群分？（5分钟） ■ 教师活动： 1. 提问学生：“大家课间的时候，是不是发现，爱运动的，都凑在操场，爱聊天的，都凑在角落，爱安静的，都自己待着，这就是，物以类聚，人以群分，大家有没有发现，我们会自然的，按特征，分成不同的组？” 2. 衔接之前的知识：“之前我们学了，分类，能帮我们做推理，但是，分类是有已知的类别的，那如果，我们不知道类别，能不能自己分组？今天我们就来学，聚类辅助推理。” ■ 学生活动： 1. 结合自己的生活经验，分享自己观察到的聚类的现象； 2. 产生对聚类辅助推理的探究兴趣，明确本节课的学习目标。 ■ 设计意图：用学生熟悉的课间人群的日常场景，引发学生的探究兴趣，同时衔接之前的分类的知识，让学生快速建立知识的关联，聚焦本节课的主题。 ■ 评价要点：观察学生的课堂参与度，是否能够结合自己的生活经验，是否对导入的问题产生探究欲望，快速进入学习状态。 （二）探究1：聚类，到底是啥？（10分钟） ■ 教师活动： 1. 讲解聚类的基本原理：“聚类，就是，我们不知道有什么类别，只能根据数据自己的特征，把相似的，分到同一个组里，和分类不一样，分类是有已知的类别的，聚类是没有的，是无监督的，自己找规律。” 2. 给学生展示星图，让他们分组，先把星星分成4组，说说，分组的依据是什么？然后，再分成2组，又会怎么分？ 3. 引导学生，发现，分组的数量，还有特征的选择，都会影响聚类的结果，比如，按位置分，还是按亮度分，结果是不一样的。 ■ 学生活动： 1. 理解聚类的基本概念，明白聚类和分类的区别； 2. 分组给星图分组，先分4组，再分2组，理清楚分组的依据； 3. 明白分组数量、特征选择，对聚类结果的影响。 ■ 设计意图：用星图分组的活动，让学生直观理解聚类的原理，把抽象的概念，变成他们能动手的活动，还让他们明白，聚类的结果，和分组数量、特征选择有关，理解聚类的特点。 ■ 评价要点：观察学生的参与度，是否能够理解聚类的基本概念，是否能够完成分组的活动，落实计算思维的培养。 （三）探究2：AI怎么用聚类帮我们做推理？（15分钟） ■ 教师活动： 1. 给学生讲古文文献的案例：“有一批古文文献，混在一起了，不知道是哪本书的，我们能不能用聚类，把它们整理出来？” 2. 引导学生分组，打开《文献整理器》，先选中几本书，然后，模拟提取，把章节打乱，然后，点击辅助整理，看看，聚类能不能把它们整理好，是不是和原来的一样？ 3. 引导学生，试试不同的分组数量，看看，结果有什么变化，还有，有没有整理错的，为什么？ ■ 学生活动： 1. 体验文献聚类的过程，明白聚类的原理； 2. 尝试不同的分组数量，记录结果的变化； 3. 观察整理的结果，思考有没有错误，为什么，感受聚类的作用。 ■ 设计意图：通过动手体验文献聚类的过程，让学生直观理解聚类的应用，还结合了传统文化的内容，让他们明白，技术能帮我们整理古文文献，提升文化认同感，落实计算思维的培养。 ■ 评价要点：观察学生的操作情况，是否能够理解聚类的过程，是否能够完成体验，落实计算思维的培养。 （四）探究3：我们能不能用聚类，帮老师做学情分析？（15分钟） ■ 教师活动： 1. 给学生讲学情分析的案例：“老师统计了大家的错题原因，还有答题时间，改正率，想把大家分成几个组，针对性的指导，大家能不能用聚类，设计一个方案？” 2. 引导学生分组讨论：“首先，我们要提取什么特征？然后，怎么聚类？然后，分组之后，怎么针对性的指导？还有，可能会遇到什么问题？比如，有的同学，跨了两个组，怎么办？” 3. 引导学生，分享自己的方案，还有，思考，怎么优化这个系统，提升准确率。 ■ 学生活动： 1. 分组讨论，设计学情分析的聚类方案； 2. 思考可能遇到的问题，还有改进的办法； 3. 分享自己的方案，提出自己的想法。 ■ 设计意图：通过设计学情分析的聚类方案，让学生把学到的知识，用到实际的问题里，提升他们的创新能力，同时引导他们，明白聚类的局限性，落实信息社会责任的培养。 ■ 评价要点：观察学生的参与度，是否能够设计出合理的方案，是否能够思考到可能的问题，落实数字创新和信息社会责任的培养。 五、课后任务 本节课的课后任务采用选做模式，学生可根据自己的兴趣选择其一完成，不增加学生的学业负担： 1. 实践体验：试试你能找到的聚类工具，比如照片聚类，看看能不能把你的照片，自动分成不同的组，写个200字的小感想。 2. 探究思考：想想，聚类的技术，还能用来干啥？比如帮我们整理文件？或者帮我们分析消费习惯？写个小想法。 3. 拓展任务：完善你课堂上设计的学情分析的方案，写个详细的版本。 下次课将选取优秀成果进行班级展示，优秀作品可纳入班级墙报展示。 六、板书设计 本节课板书采用边讲边写的方式，核心内容如下： 聚类辅助推理 1. 聚类：无监督，按特征自己分组 2. 和分类的区别：分类有已知类别，聚类没有 3. 分组数量、特征，会影响结果 4. 很多AI任务，本质都是聚类 5. 聚类系统，要注意数据的准确性！ 学科网（北京）股份有限公司 $