《PyTorch深度學(xué)習(xí)項(xiàng)目教程》教案-項(xiàng)目1-手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別教師姓名宋桂嶺授課班級(jí)授課周次授課課時(shí)5教學(xué)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：1.理解人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)的基本概念。2.熟悉機(jī)器學(xué)習(xí)的基本工作流程，包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、模型訓(xùn)練、模型評(píng)估和模型部署。3.掌握Python繪圖庫(kù)PyPlot的基本使用方法，能夠繪制手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別過(guò)程中的曲線圖。4.掌握PyTorch框架的基本使用方法，能夠構(gòu)建、訓(xùn)練和測(cè)試一個(gè)簡(jiǎn)單的手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。能力目標(biāo)：1.能夠獨(dú)立搭建Anaconda開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括Python、numpy、Matplotlib等庫(kù)的安裝。2．能夠訪問(wèn)英偉達(dá)官網(wǎng)并按照指南完成CUDA環(huán)境的安裝及配置，以便支持GPU加速計(jì)算。3.能夠獨(dú)立完成PyTorch框架的安裝及配置，并在PyTorch環(huán)境中實(shí)現(xiàn)手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別模型。素養(yǎng)目標(biāo)：1.培養(yǎng)批判性思維和問(wèn)題解決能力：通過(guò)分析手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別問(wèn)題的挑戰(zhàn)，學(xué)會(huì)提出合理的解決方案，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行批判性分析。2.培養(yǎng)實(shí)踐操作能力：通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，加深對(duì)深度學(xué)習(xí)概念和算法的理解，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。3.培養(yǎng)對(duì)人工智能領(lǐng)域的興趣和責(zé)任感：通過(guò)探索手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別技術(shù)，激發(fā)對(duì)人工智能領(lǐng)域的興趣，并認(rèn)識(shí)到技術(shù)對(duì)社會(huì)的影響和責(zé)任。教學(xué)內(nèi)容任務(wù)1初識(shí)深度學(xué)習(xí)任務(wù)2配置PyTorch開(kāi)發(fā)環(huán)境任務(wù)3快速完成手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別功能教學(xué)重點(diǎn)PyTorch開(kāi)發(fā)環(huán)境配置手寫(xiě)識(shí)別數(shù)據(jù)集分析教學(xué)難點(diǎn)數(shù)據(jù)特征訓(xùn)練學(xué)生搭建PyTorch深度學(xué)習(xí)開(kāi)發(fā)環(huán)境的能力教學(xué)方法講授法、演示法、任務(wù)導(dǎo)向法教學(xué)場(chǎng)所課外作業(yè)1）簡(jiǎn)述深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用領(lǐng)域。2）在任務(wù)3的1.3.3中給出手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別測(cè)試代碼，實(shí)現(xiàn)了預(yù)測(cè)其中最為可能的值，并評(píng)估了其準(zhǔn)確率，一般該評(píng)估方式稱為top-1accuracy，可以進(jìn)一步輸出前5個(gè)可能的值，預(yù)測(cè)其top-5accuracy，修改步驟4代碼，實(shí)現(xiàn)top-5accuracy的評(píng)估。教學(xué)體會(huì)或反思任務(wù)1初識(shí)深度學(xué)習(xí)（1課時(shí)）授課方式：理論講解1、由當(dāng)前人工智能熱點(diǎn)知識(shí)，引出本章內(nèi)容，首先講解人工智能的基本概念（10分鐘）2、講解傳統(tǒng)編程和機(jī)器學(xué)習(xí)的異同，一種是我們學(xué)習(xí)機(jī)器的語(yǔ)言，一種是機(jī)器學(xué)習(xí)我們的語(yǔ)言，兩者間思維模式不同（10分鐘）3、回顧人工智能導(dǎo)論等課程學(xué)習(xí)過(guò)的機(jī)器學(xué)習(xí)，歸納機(jī)器學(xué)習(xí)的一般方法（15分鐘）4、給出深度學(xué)習(xí)概念，講解PyToch深度學(xué)習(xí)的課程內(nèi)容（10分鐘）5、介紹學(xué)習(xí)環(huán)境及課外練習(xí)的硬件配置要求（5分鐘）任務(wù)2配置PyTorch開(kāi)發(fā)環(huán)境（2課時(shí)）授課方式：實(shí)操示范1、安裝軟件清單講解（10分鐘）2、示范安裝步驟，根據(jù)學(xué)生操作水平和電腦環(huán)境，需要的時(shí)長(zhǎng)為動(dòng)態(tài)，安裝較快速的學(xué)生，鼓勵(lì)其預(yù)習(xí)后續(xù)的課程內(nèi)容：1)顯卡驅(qū)動(dòng)（10-20分鐘）2）CUDA環(huán)境（10-20分鐘）3）CuDnn環(huán)境（5分鐘）4）anaconda或miniconda環(huán)境（10-20分鐘）5）PyTorch安裝3、通過(guò)打印程序代碼驗(yàn)證安裝成功（10分鐘）：importtorchprint(torch.cuda.is_available())4、歸納總結(jié)回顧學(xué)習(xí)目標(biāo)，對(duì)安裝過(guò)程進(jìn)行總結(jié)，了解學(xué)生整體計(jì)算機(jī)軟硬件應(yīng)用能力。任務(wù)3快速完成手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別功能（2課時(shí)）這里“快速完成手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別功能”是讓學(xué)生快速體驗(yàn)一個(gè)深度學(xué)習(xí)項(xiàng)目的開(kāi)發(fā)流程，對(duì)于里面的技術(shù)細(xì)節(jié)不需要深究。一、講練結(jié)合，完成PyCharm的安裝及PyTorch程序的創(chuàng)建（10-20分鐘）1、安裝PyCharm，示范PyCharm的安裝過(guò)程，學(xué)生未安裝完成的，要求一起完成安裝2、打開(kāi)PyCharm，完成PyCharm中PyTorch環(huán)境的設(shè)置3、創(chuàng)建PyThon程序，完成之前控制臺(tái)程序在PyCharm環(huán)境下的實(shí)現(xiàn)4、指導(dǎo)學(xué)生實(shí)現(xiàn)該內(nèi)容，對(duì)于進(jìn)度較快的學(xué)生，鼓勵(lì)自學(xué)二、內(nèi)容講解，介紹手寫(xiě)識(shí)別數(shù)據(jù)集（15分鐘）1、介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)項(xiàng)目一般開(kāi)發(fā)過(guò)程（5分鐘）2、介紹手寫(xiě)識(shí)別數(shù)據(jù)集的格式（5分鐘）3、介紹訓(xùn)練集、驗(yàn)證集和測(cè)試集的概念（5分鐘）三、講練結(jié)合，帶領(lǐng)學(xué)生編程完成手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別項(xiàng)目（1課時(shí)-1.5課時(shí)）1、數(shù)據(jù)集導(dǎo)入及可視化（5-10分鐘）2、曲線繪制等工具類的實(shí)現(xiàn)（5-10分鐘）3、按照以下步驟完成編碼，要求學(xué)生能同步完成編程過(guò)程，教師給一步代碼操作示范，學(xué)生跟隨一步完成：①加載訓(xùn)練集（5分鐘）②加載測(cè)試集（5