第四單元人工智能初步教學(xué)設(shè)計一、單元基本信息學(xué)科信息技術(shù)實施年級高一設(shè)計者于振鹿、孔德俊、谷曉華、張家紅、張陳課程標(biāo)準(zhǔn)模塊4.1描述人工智能的概念與基本特征;知道人工智能的發(fā)展歷程、典型應(yīng)用與趨勢。4.2通過剖析具體案例，了解人工智能的核心算法(如啟發(fā)式搜索、決策樹等)，熟悉智能技術(shù)應(yīng)用的基本過程和實現(xiàn)原理。4.3知道特定領(lǐng)域(如機(jī)器學(xué)習(xí))人工智能應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具和開發(fā)平臺，通過具體案例了解這些工具的特點、應(yīng)用模式及局限性。4.4利用開源人工智能應(yīng)用框架，搭建簡單的人工智能應(yīng)用模塊，并能根據(jù)實際需要配置適當(dāng)?shù)沫h(huán)境、參數(shù)及自然交互方式等。4.5通過智能系統(tǒng)的應(yīng)用體驗，了解社會智能化所面臨的倫理及安全挑戰(zhàn)，知道信息系統(tǒng)安全的基本方法和措施，增強(qiáng)安全防護(hù)意識和責(zé)任感。4.6辯證認(rèn)識人工智能對人類社會未來發(fā)展的巨大價值和潛在威脅，自覺維護(hù)和遵守人工智能社會化應(yīng)用的規(guī)范與法規(guī)。使用教材上?？萍冀逃霭嫔纾咧行畔⒓夹g(shù)必修1《數(shù)據(jù)與計算》單元名稱第四單元人工智能初步單元課時共5個課時（項目九：4課時，單元挑戰(zhàn)：1課時）二、單元教學(xué)規(guī)劃1．主題名稱了解手寫數(shù)字識別——體驗人工智能2．主題概述人工智能是社會熱點也是學(xué)生非常感興趣的內(nèi)容，學(xué)生通過電影等媒體已經(jīng)對人工智能有了一定的認(rèn)識。但這些認(rèn)識大多是感性的，更多的是一種基于科幻色彩的認(rèn)識，學(xué)生對生活中普通的人工智能應(yīng)用往往并不了解。因此，將生活中常見的“手寫數(shù)字識別”這個看似簡單的應(yīng)用作為項目，有利于學(xué)生認(rèn)識人工智能技術(shù)的普遍性，同時感受人工智能的巨大價值，關(guān)注人工智能對社會發(fā)展的影響，并初步形成積極、安全使用人工智能技術(shù)的觀念，發(fā)展信息社會責(zé)任。此外，通過學(xué)習(xí)手寫數(shù)字識別項目，學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)人工智能的興趣有可能被激發(fā)，有興趣的學(xué)生后續(xù)還可以繼續(xù)學(xué)習(xí)選修課內(nèi)容。3．主題學(xué)情分析本節(jié)課面對的教學(xué)對象是高中一年級的學(xué)生，對知識的獲取已經(jīng)開始由感性認(rèn)識提升到理性認(rèn)識，已經(jīng)具有一定的研究能力，探究新知的欲望也比較強(qiáng)烈。在日常的學(xué)習(xí)和生活中，也或多或少的接觸過人工智能技術(shù)的應(yīng)用，對這項技術(shù)充滿好奇。但是，他們對人工智能的了解更多的停留在日常學(xué)習(xí)和生活中的所見所聞，對人工智能的起源、概念以及機(jī)器學(xué)習(xí)缺乏系統(tǒng)的理解。所以本單元將從宏觀到微觀帶領(lǐng)學(xué)生體驗人工智能。4．開放性學(xué)習(xí)環(huán)境軟硬件環(huán)境：網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、電子教室、手寫板、python、opencv等軟件。教學(xué)素材：教學(xué)課件、教學(xué)網(wǎng)頁、教學(xué)視頻等。5．單元學(xué)習(xí)目標(biāo)通過本單元的學(xué)習(xí)，使學(xué)生：（1）了解什么是人工智能及機(jī)器學(xué)習(xí)。（2）了解人工智能的發(fā)展。（3）認(rèn)識人工智能對社會的作用及影響。（4）了解機(jī)器學(xué)習(xí)的一般過程。6．單元教學(xué)內(nèi)容分析本項目的教學(xué)目的是讓學(xué)生通過了解手寫數(shù)字識別的核心技術(shù)機(jī)器學(xué)習(xí)，感受人工智能技術(shù)。學(xué)生通過了解人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)的含義、應(yīng)用及作用，提升對人工智能技術(shù)作用的認(rèn)識，發(fā)展信息社會責(zé)任;學(xué)生通過使用Python及其第三方工具進(jìn)行手寫數(shù)字識別學(xué)習(xí)過程的體驗,在完成項目的過程中了解人工智能解決問題的思想方法，促進(jìn)計算思維的形成與發(fā)展。7．課時教學(xué)安排第四單元共5課時，其中項目九：4課時，單元挑戰(zhàn)：1課時。課時課例名稱第1課時項目九：了解手寫數(shù)字識別——初識字符識別技術(shù)第2課時項目九：了解手寫數(shù)字識別——了解機(jī)器學(xué)習(xí)中的數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理第3課時項目九：了解手寫數(shù)字識別——驗證、評估和應(yīng)用模型第4課時項目九：了解手寫數(shù)字識別——人工智能的發(fā)展、應(yīng)用與影響第5課時單元挑戰(zhàn)：初始人工智能繪畫8．單元教學(xué)活動本單元的項目主題是了解手寫數(shù)字識別——體驗人工智能，分“4+1”個課時完成。第1課時：初識字符識別技術(shù)。通過播放《AI技術(shù)讓古籍里的文字“活”起來》視頻，引出項目主題。以項目探究展開教學(xué)。從講解人工智能的定義出發(fā)，通過數(shù)字化學(xué)習(xí)工具查閱資料、小組討論、課堂發(fā)言等方式了解人工智能的發(fā)展歷程、我國人工智能的發(fā)展及生活中的常見應(yīng)用；通過在線調(diào)查學(xué)生常用的智能產(chǎn)品，引出OCR技術(shù)的定義和發(fā)展，并運用相關(guān)軟件簡單體驗OCR技術(shù)的識別效果，通過對比，感受OCR技術(shù)存在的問題，引出OCR背后的核心技術(shù)，為下節(jié)課機(jī)器學(xué)習(xí)作鋪墊。第2課時：了解機(jī)器學(xué)習(xí)中的數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理。通過觀看2022人工智能大會文字識別的最新應(yīng)用，引出本節(jié)課的核心概念機(jī)器學(xué)習(xí)。通過與人類學(xué)習(xí)的一般過程的對比講解機(jī)器學(xué)習(xí)的一般過程。通過分析手寫數(shù)字識別MNIST數(shù)據(jù)集的組成、運行查看樣本圖片的python程序，理解數(shù)據(jù)采集的方法和作用、數(shù)據(jù)的預(yù)處理——圖片的向量化。通過在python建立模型代碼中設(shè)置不同的訓(xùn)練次數(shù)和每次訓(xùn)練圖片數(shù)量這兩個參數(shù)，對比對訓(xùn)練正確率的影響，體驗建立模型的過程。驗證模型這個步驟很容易被忽視，但是很重要。每次顯示的正確率就是驗證模型的過程。最后，通過思維導(dǎo)圖帶領(lǐng)學(xué)生回顧本節(jié)課的重點難點，引出下一節(jié)課將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。第3課時：驗證、評估和應(yīng)用模型。通過數(shù)學(xué)老師的“求助”創(chuàng)設(shè)情景，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過提問學(xué)生引出本節(jié)課的主題。教師演示通過修改代碼的參數(shù)，提升模型的測試正確率，完成驗證和評估模型的操作，并將評估結(jié)果上傳給老師。根據(jù)機(jī)器學(xué)習(xí)的一般過程，應(yīng)用模型識別畫圖工具手寫的數(shù)字。教師演示墨跡公式的使用方法，幫助學(xué)生完成“求助”，最后對本節(jié)課的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)，用文字識別工具、手寫輸入等引出下節(jié)課的內(nèi)容，為下節(jié)課做鋪墊。第4課時：人工智能的發(fā)展、應(yīng)用與影響。首先請一個同學(xué)回顧人工智能的概念，然后通過視頻暢想未來的人工智能發(fā)展會是什么樣子？引發(fā)思考，從技術(shù)層面來看人工智能能不能發(fā)展成視頻中那樣。引入第一個知識點，人工智能的發(fā)展階段。講完三個階段，總結(jié)出視頻中有些技術(shù)現(xiàn)在早已經(jīng)實現(xiàn)，那么現(xiàn)在生活中人工智能都有哪些應(yīng)用呢？講述人工智能的七個應(yīng)用領(lǐng)域，然后再讓學(xué)生探究思考其他領(lǐng)域。教師總結(jié)人工智能早已和各行各業(yè)深度融合，又帶來了哪些問題呢？探究思考人工智能的社會問題，法律問題，倫理問題等，并對無人駕駛避讓的問題展開討論，總結(jié)。然后提出人工智能的發(fā)展原則，引出國家的人工智能發(fā)展白皮書。最后通過問卷星課堂練習(xí)總結(jié)，完成教學(xué)目標(biāo)。第5課時：初始人工智能繪畫。本節(jié)課為單元項目挑戰(zhàn)，為整個單元的拓展和延伸。以“人工智能繪畫”為切入點，通過嘗試AI繪制“山水詩城”畫卷的實踐探究，掌握使用編程利用深度學(xué)習(xí)算法模型實現(xiàn)圖像風(fēng)格遷移的方法，體驗AI繪畫的獨特魅力。9.單元教學(xué)評價評價內(nèi)容達(dá)成情況了解人工智能的定義(信息意識)9了解人工智能的發(fā)展歷程及常見的應(yīng)用（信息意識）9體驗常見人工智能的應(yīng)用——字符識別技術(shù)，感受人工智能技術(shù)對學(xué)習(xí)和生活帶來的便捷。（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）9了解人工智能技術(shù)的先進(jìn)性，主動關(guān)注人工智能技術(shù)的發(fā)展領(lǐng)域。（信息意識）9能辯證地認(rèn)識人工智能技術(shù)，自覺遵守信息社會的倫理道德準(zhǔn)則。（信息社會責(zé)任）9能提取問題的基本特征，進(jìn)行抽象處理，并用形式化的方式表述問題。（計算思維）9通過分析數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)預(yù)處理的方法、分析MNIST數(shù)據(jù)集的組成。（信息意識）9在使用python程序進(jìn)行機(jī)器學(xué)習(xí)建立模型的過程中，了解人工智能的思想方法，促進(jìn)計算思維的形成與發(fā)展。（計算思維）9通過了解機(jī)器學(xué)習(xí)的概念、體驗機(jī)器學(xué)習(xí)的一般過程，提升對人工智能技術(shù)作用的認(rèn)識，發(fā)展信息社會責(zé)任。（信息社會責(zé)任）9針對問題，采用自主和協(xié)作的方式，運用合適的數(shù)字化工具進(jìn)行信息收集與處理并解決問題。（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）9通過修改python代碼的參數(shù)進(jìn)行模型的訓(xùn)練，尋求模型的更優(yōu)參數(shù)（計算思維）9學(xué)會使用建立的模型識別手寫數(shù)字圖片（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）9利用word中的墨跡公式識別手寫數(shù)學(xué)公式（數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）9體驗多種手寫識別功能，感受人工智能帶給我們生活的便利（信息社會責(zé)任）9通過AI智能繪畫實踐探究，掌握基于open-cv計算機(jī)視覺開源庫，使用python編程利用深度學(xué)習(xí)算法模型實現(xiàn)圖像風(fēng)格遷移的方法。(數(shù)字化學(xué)習(xí)、計算思維)9通過評估深度學(xué)習(xí)算法