2023-2024學年滬科版（2019）高中信息技術(shù)必修一4.1《了解手寫數(shù)字識別——體驗人工智能》教學設(shè)計授課內(nèi)容授課時數(shù)授課班級授課人數(shù)授課地點授課時間設(shè)計意圖本節(jié)課通過體驗手寫數(shù)字識別，引導學生了解人工智能在生活中的應用，激發(fā)學生對信息技術(shù)和人工智能的興趣，培養(yǎng)學生運用所學知識解決實際問題的能力，同時讓學生認識到科技發(fā)展的重要性。核心素養(yǎng)目標分析本節(jié)課旨在培養(yǎng)學生信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新等核心素養(yǎng)。通過體驗手寫數(shù)字識別，學生能夠理解信息技術(shù)的應用價值，提升計算思維能力，學會運用數(shù)字化工具解決問題，并激發(fā)創(chuàng)新意識，為未來科技發(fā)展打下基礎(chǔ)。重點難點及解決辦法重點：手寫數(shù)字識別原理的理解和應用。

難點：如何將手寫數(shù)字識別技術(shù)應用于實際問題解決。

解決辦法：

1.通過實例演示和互動討論，幫助學生理解手寫數(shù)字識別的基本原理。

2.設(shè)計實踐操作環(huán)節(jié)，讓學生動手體驗手寫數(shù)字識別的過程，強化理解。

3.提供實際應用案例，引導學生思考如何將技術(shù)應用于解決實際問題。

4.采用小組合作學習，鼓勵學生共同探討難點，分享解決策略。教學資源準備1.教材：確保每位學生擁有《滬科版（2019）高中信息技術(shù)必修一》教材。

2.輔助材料：收集與手寫數(shù)字識別相關(guān)的圖片、圖表和教學視頻，輔助學生理解。

3.實驗器材：準備電腦和數(shù)字筆，以便學生進行手寫數(shù)字識別的實踐操作。

4.教室布置：設(shè)置分組討論區(qū)和實驗操作臺，營造良好的學習氛圍。教學過程設(shè)計導入環(huán)節(jié)（5分鐘）

1.展示日常生活場景中的人工智能應用，如語音助手、智能家居等，提問：“你們認為人工智能在我們的生活中有哪些具體的應用？”

2.引導學生思考：“人工智能是如何實現(xiàn)的？”

3.提出問題：“今天我們來一起探索手寫數(shù)字識別這個人工智能技術(shù)?！?/p>

講授新課（15分鐘）

1.介紹手寫數(shù)字識別的背景和意義，用時3分鐘。

2.講解手寫數(shù)字識別的基本原理，包括圖像采集、預處理、特征提取、分類識別等步驟，用時10分鐘。

3.展示手寫數(shù)字識別的實際應用案例，如電子支付、文檔掃描等，用時2分鐘。

鞏固練習（15分鐘）

1.學生分組進行手寫數(shù)字識別實踐操作，每組選派一名代表展示，用時10分鐘。

2.學生之間互相討論，交流在手寫數(shù)字識別過程中遇到的問題和解決方法，用時5分鐘。

課堂提問（5分鐘）

1.提問：“在手寫數(shù)字識別過程中，哪些步驟是關(guān)鍵？”

2.學生回答，教師點評并總結(jié)。

師生互動環(huán)節(jié)（10分鐘）

1.教師提問：“人工智能在生活中的應用前景如何？”

2.學生自由發(fā)言，分享對人工智能發(fā)展的看法。

3.教師引導學生思考：“我們應該如何利用人工智能技術(shù)解決實際問題？”

核心素養(yǎng)拓展（5分鐘）

1.提問：“在本次學習中，你認為自己培養(yǎng)了哪些核心素養(yǎng)？”

2.學生回答，教師總結(jié)并強調(diào)信息意識、計算思維等核心素養(yǎng)的重要性。

1.教師總結(jié)本節(jié)課所學內(nèi)容，強調(diào)手寫數(shù)字識別的基本原理和應用。

2.學生反思自己在學習過程中的收獲和不足。

教學時間分配：導入環(huán)節(jié)5分鐘，講授新課15分鐘，鞏固練習15分鐘，課堂提問5分鐘，師生互動環(huán)節(jié)10分鐘，核心素養(yǎng)拓展5分鐘，總結(jié)與反思5分鐘，總計45分鐘。拓展與延伸六、拓展與延伸

1.拓展閱讀材料：

-《人工智能發(fā)展簡史》：介紹人工智能的發(fā)展歷程，從早期的理論探討到現(xiàn)代的實際應用，幫助學生了解人工智能的起源和發(fā)展脈絡(luò)。

-《手寫數(shù)字識別技術(shù)綜述》：詳細探討手寫數(shù)字識別技術(shù)的原理、應用和發(fā)展趨勢，為學生提供更深入的技術(shù)背景知識。

-《人工智能在日常生活中的應用案例》：收集整理人工智能在各個領(lǐng)域的應用實例，如醫(yī)療、教育、交通等，讓學生了解人工智能的廣泛應用。

2.課后自主學習和探究：

-學生可以嘗試使用現(xiàn)有的手寫數(shù)字識別軟件，如OCR（光學字符識別）軟件，進行實際操作，體驗人工智能技術(shù)在日常生活中的應用。

-鼓勵學生探索其他人工智能技術(shù)，如語音識別、圖像識別等，了解這些技術(shù)在其他領(lǐng)域的應用。

-學生可以查閱相關(guān)資料，了解人工智能在未來的發(fā)展趨勢，如深度學習、強化學習等新興技術(shù)。

-組織學生進行小組討論，分享各自對人工智能的理解和看法，討論人工智能在倫理、隱私等方面的挑戰(zhàn)。

3.實踐項目：

-設(shè)計一個簡單的手寫數(shù)字識別系統(tǒng)，使用編程語言如Python實現(xiàn)，包括圖像采集、預處理、特征提取和分類識別等步驟。

-結(jié)合實際生活場景，設(shè)計一個應用案例，如開發(fā)一個手寫數(shù)字輸入的電子支付系統(tǒng)，讓學生將所學知識應用于實際問題解決。

4.創(chuàng)新思維培養(yǎng)：

-鼓勵學生思考如何改進現(xiàn)有的手寫數(shù)字識別技術(shù)，提出創(chuàng)新性的解決方案。

-組織學生進行頭腦風暴，探討人工智能技術(shù)在未來的潛在應用領(lǐng)域，如智能醫(yī)療、智能教育等。

5.綜合性學習任務：

-學生可以結(jié)合本節(jié)課所學內(nèi)容，完成一個綜合性學習任務，如制作一份關(guān)于人工智能技術(shù)的科普報告，內(nèi)容包括人工智能的定義、發(fā)展歷程、應用領(lǐng)域等。

-學生可以設(shè)計一個關(guān)于人工智能的科普展覽，展示人工智能技術(shù)的基本原理和應用案例，提高公眾對人工智能的認識和興趣。課后作業(yè)1.實踐題：請利用Python編寫一個簡單的手寫數(shù)字識別程序，實現(xiàn)數(shù)字0-9的識別功能。要求：

-使用OpenCV庫進行圖像采集和預處理。

-使用訓練好的手寫數(shù)字識別模型進行特征提取和分類識別。

-編寫代碼實現(xiàn)用戶輸入數(shù)字，程序輸出識別結(jié)果。

答案示例：

```python

importcv2

importnumpyasnp

fromkeras.modelsimportload_model

#加載模型

model=load_model('handwritten_digit_recognition_model.h5')

#圖像預處理

defpreprocess_image(image):

gray=cv2.cvtColor(image,cv2.COLOR_BGR2GRAY)

_,thresh=cv2.threshold(gray,128,255,cv2.THRESH_BINARY)

returnthresh

#主函數(shù)

defmain():

#采集圖像

cap=cv2.VideoCapture(0)

whileTrue:

ret,frame=cap.read()

ifnotret:

break

processed_image=preprocess_image(frame)

#顯示預處理后的圖像

cv2.imshow('ProcessedImage',processed_image)

ifcv2.waitKey(1)&0xFF==ord('q'):

break

cap.release()

cv2.destroyAllWindows()

#預測

prediction=model.predict(processed_image.reshape(1,28,28,1))

digit=np.argmax(prediction)

print(f'Predicteddigit:{digit}')

if__name__=='__main__':

main()

```

2.分析題：閱讀課文關(guān)于手寫數(shù)字識別原理的介紹，分析以下問題：

-手寫數(shù)字識別的基本步驟有哪些？

-每個步驟的作用是什么？

-如何提高手寫數(shù)字識別的準確率？

答案示例：

-手寫數(shù)字識別的基本步驟包括：圖像采集、預處理、特征提取、分類識別。

-圖像采集：獲取手寫數(shù)字的圖像數(shù)據(jù)。

-預處理：對圖像進行灰度化、二值化等操作，提高圖像質(zhì)量。

-特征提取：從圖像中提取數(shù)字的特征，如邊緣、形狀等。

-分類識別：根據(jù)提取的特征，將數(shù)字分類識別。

3.應用題：設(shè)計一個簡單的手寫數(shù)字輸入系統(tǒng)，要求：

-使用攝像頭采集用戶的手寫數(shù)字圖像。

-對圖像進行預處理，提取數(shù)字特征。

-使用訓練好的模型進行數(shù)字識別。

-將識別結(jié)果顯示在屏幕上。

答案示例：

-設(shè)計思路：參考上述實踐題中的代碼，結(jié)合實際需求進行系統(tǒng)設(shè)計。

4.創(chuàng)新題：請思考如何改進現(xiàn)有的手寫數(shù)字識別技術(shù)，提出以下問題：

-如何提高識別速度？

-如何提高識別準確率？

-如何適應不同用戶的手寫風格？

答案示例：

-提高識別速度：優(yōu)化算法，減少計算量；使用更快的硬件設(shè)備。

-提高識別準確率：收集更多樣化的手寫數(shù)據(jù)，提高模型的泛化能力；采用更先進的特征提取和分類算法。

-適應不同用戶的手寫風格：設(shè)計自適應的手寫數(shù)字識別模型，根據(jù)用戶的手寫風格進行調(diào)整。

5.綜合題：結(jié)合本節(jié)課所學內(nèi)容，設(shè)計一個關(guān)于人工智能在日常生活應用的項目，要求：

-選擇一個具體的應用場景，如智能家居、智能醫(yī)療等。

-分析該場景中人工智能技術(shù)的應用原理和優(yōu)勢。

-設(shè)計一個簡單的系統(tǒng)原型，展示人工智能在該場景中的應用。

答案示例：

-應用場景：智能家居

-應用原理：使用人工智能技術(shù)實現(xiàn)家庭設(shè)備的自動化控制，如自動調(diào)節(jié)燈光、溫度等。

-系統(tǒng)原型：設(shè)計一個基于語音識別的智能家居控制系統(tǒng)，用戶可以通過語音指令控制家中的電器設(shè)備。教學評價與反饋1.課堂表現(xiàn)：

-學生對人工智能的興趣和參與度較高，課堂氛圍活躍。

-學生能夠積極回答問題，表達自己對手寫數(shù)字識別技術(shù)的理解。

-在實踐操作環(huán)節(jié)，大部分學生能夠按照要求完成實驗，并分享自己的操作過程和心得。

2.小組討論成果展示：

-小組討論過程中，學生能夠提出問題并共同解決問題，展現(xiàn)出良好的團隊合作能力。

-各小組展示的實踐成果豐富，包括手寫數(shù)字識別系統(tǒng)的設(shè)計、操作演示和改進建議。

-學生在討論中能夠結(jié)合實際案例，分析手寫數(shù)字識別技術(shù)的應用前景和挑戰(zhàn)。

3.隨堂測試：

-進行隨堂測試，考察學生對手寫數(shù)字識別原理和應用的掌握程度。

-測試內(nèi)容包括選擇題、簡答題和案例分析題，以全面評估學生的知識水平。

-測試結(jié)果顯示，學生對基本概念的理解較好，但在應用案例分析中，部分學生仍需提高。

4.學生自評與互評：

-學生在課后進行自評，反思自己在課堂上的表現(xiàn)和收獲。

-學生之間進行互評，互相學習，共同進步。

-通過自評和互評，學生能夠認識到自己的不足，并在后續(xù)學習中加以改進。

5.教師評價與反饋：

-針對學生課堂表現(xiàn)，教師給予積極評價，鼓勵學生保持學習熱情。

-對于學生在實踐操作中遇到的問題，教師提供針對性的指導和幫助。

-針對學生在隨堂測試中的不足，教師給出具體改進建議，如加強理論學習、多參與實踐操作等。

-教師定期與學生溝通，了解學生的學習進度和需求，調(diào)整教學策略，確保教學效果。

-教師鼓勵學生關(guān)注人工智能技術(shù)的最新動態(tài)，拓寬知識面，提高綜合素質(zhì)。板書設(shè)計①手寫數(shù)字識別原理

-圖像采集

-預處理

-特征提取

-分類識別

②人工智能技術(shù)簡介

-人工智能的定義

-人工智能的發(fā)展歷程

-人工智能的應用領(lǐng)域

③手寫數(shù)字識別應用案例

-電子支付

-文檔掃描

-智能助手

④實踐操作步驟

-系統(tǒng)設(shè)計

-硬件準備

-軟件開發(fā)

-測試與優(yōu)化

⑤教學目標與重難點

-理解手寫數(shù)字識別的基本原理

-掌握手寫數(shù)字識別的應用場景

-培養(yǎng)學生的實踐操作能力和創(chuàng)新思維教學反思教學反思

今天上了關(guān)于手寫數(shù)字識別的這一課，我覺得整體效果還是不錯的。首先，我覺得導入環(huán)節(jié)的設(shè)計挺成功的，通過展示一些人工智能在生活中的應用，學生們對這一課題產(chǎn)生了濃厚的興趣。他們的問題和討論都非常積極，這讓我感到很欣慰。

在講授新課的過程中，我發(fā)現(xiàn)同學們對手寫數(shù)字識別的基本原理理解得比較快。但是，當我講解到特征提取和分類識別的時候，有幾個學生顯得有些迷茫。我意識到這部分內(nèi)容對于他們來說可能比較抽象，所以我調(diào)整了教學方法，通過實際操作演示和實例分析，幫助他們更好地理解這些概念。

在鞏固練習環(huán)節(jié)，我讓學生們分組進行實踐操作，這個環(huán)節(jié)的效果非常好。學生們在操作過程中不僅鞏固了所學知識，還互相幫助，共同解決了遇到的問題。我看到他們從最初的不知所措到后來能夠獨立完成實驗，這種進步讓我感到非常高興。

不過，我也發(fā)現(xiàn)了一些需要改進的地方。比如，在課堂提問環(huán)節(jié)，有些學生回答問題時顯得有些緊張，這可能是因為他們對所學知識掌握得不夠牢固。因此，我打算在接下來的教學中，更