高中信息技术探秘人工智能教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

高中信息技术探秘人工智能教学设计学情分析教材分析课后反思.docx

《高中信息技术探秘人工智能教学设计学情分析教材分析课后反思.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中信息技术探秘人工智能教学设计学情分析教材分析课后反思.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

高中信息技术探秘人工智能教学设计学情分析教材分析课后反思

探秘人工智能教学设计

【教材分析】

本节课选自浙江教育出版社的信息技术必修教材《数据与计算》的5.2《人工智能的应用》。

本节内容主要介绍人工智能在各个领域的应用，梳理了当前人工智能应用情况。

要让学生认识到人工智能在信息社会中扮演着越来越重要的作用，正在逐步成为信息社会的重要组成部分。

作为本章人工智能典型案例的重点展示区，为了更好地呈现目前人工智能的发展与应用，也为了给选修课程《人工智能基础》做铺垫，我依据教材内容和我校学生学情，适当拓展，设计了“探秘”的主线，将知识内容分解为三部分：

视频体验、探秘“启发式搜索”和探秘“机器学习”。

首先，我给学生准备了一系列视频，让学生通过观看视频来直接感受人工智能在各行各业的先进应用。

然后围绕两个探秘：

“深蓝”战胜国际象棋卫冕世界冠军的法宝和AlphaGo围棋的制胜法宝。

对于“深蓝”的搜索算法，我借助相对简单的八数码游戏让学生体验、探究，从而尝试理解“搜索”的原理。

对于机器学习，我从学生熟悉的图像识别出发，先让学生对机器学习有个大致的认识，然后借助微视频进一步剖析机器学习的原理，再借助像素鸟游戏，让学生亲自对比机器学习中的“监督”学习和“无监督”学习，最后，在学生体验的基础上进行总结梳理，让学生进一步理解机器学习中的“监督”和“无监督”。

在必修课程中，通过各种体验活动让学生对人工智能算法有一个初步的了解，激发他们进一步学习的兴趣。

学生充分认识人工智能当前的应用，也为下一节5.3《人工智能对社会的影响》的学习奠定基础。

【学情分析】

近年来，人工智能飞速发展，许多智能产品走进我们的生活，学生对智能产品也有了比较广泛的了解。

他们想象力丰富、思维活跃，对人工智能充满兴趣，也形成了自己的认识。

同时，作为一门前沿的技术学科，学生对人工智能的原理感到好奇。

在教学过程中，要充分利用这些有利的优势，让学生感受到新技术的魅力，形成对人工智能的正确理解，并产生浓厚的兴趣。

【教学目标】

通过人工智能应用实例，了解人工智能技术发展的新趋势，认识人工智能在信息社会中的重要作用。

通过探究智能算法，了解人机大战的秘密，理解智能算法在人工智能中的重要性。

在探究智能算法的过程中，培养计算思维和信息社会的责任感。

【教学重点】初步理解人工智能的主要算法；了解哪些行为是机器学习；了解机器学习中的监督学习和无监督学习。

【教学难点】理解实现人工智能的主要算法

【教学策略】任务驱动、启发式探究、微视频学习、游戏体验、智能产品展示

【教学过程】

课题名称

《探秘人工智能》

教学过程

教学环节

教学内容

教师活动

学生活动

设计意图

导入

AlphaGo围棋程序是人工智能的重要标志。

它的横空出世激发了全社会的研究热情。

近年来，人工智能技术突飞猛进，一系列智能产品走入我们的生活。

你对人工智能了解有多少呢？

展示智能机器人“小智”

从“深蓝”到AlphaGo，是一种算法的飞跃，埋下伏笔，后面揭秘。

一、人工智能在各个领域的领先应用

活动1

AI在各个领域到底有多先进

提出问题，引发思考

选择视频观看，思考回答问题

让学生直观感受AI技术发展的突飞猛进。

二、探秘1：

“深蓝”打败国际象棋卫冕世界冠军靠的是“启发式搜索”

活动2

探秘启发式搜索

引导学生探究广度搜索和深度搜索算法，进一步尝试理解启发式搜索

借助八数码游戏，对比不同搜索算法的效率，了解什么是启发式搜索

借助容易激发学生兴趣的游戏，引领学生主动进行原理探究，有助于培养计算思维。

三、探秘2：

AlphaGo围棋程序战胜人类靠的是“学习”能力——机器学习

活动3

机器学习在图片识别及智能产品中的应用

从学生熟悉的图片识别出发，分析机器学习的原理。

引导学生学着使用手机app及微信小程序解决问题。

“小智”舞蹈表演。

先进行智能识别体验，然后思考传统算法能否解决该类问题。

思考：

传统方法难实现就换思路——用机器学习。

从学生熟悉的图片识别入手，使原本深奥的机器学习比较容易被接受。

“小智”表演活跃气氛，并展示机器学习的效果。

微视频

学习

哪些行为是机器学习？

机器学习的一般过程。

剪辑微视频，指导学生学习

观看微视频，带着问题学习，了解机器学习这一先进的人工智能实现方法。

借助生动、简洁的微视频，使复杂难懂的问题变浅显。

四、探秘3：

机器学习的算法——监督学习和无监督学习

活动4

游戏大赛

体验机器学习算法，理解监督学习和无监督学习

用编程猫制作3种像素鸟游戏（人工、监督学习和无监督学习的AI版）

游戏比赛引发思考，在娱乐中探究游戏的本质，进一步理解机器学习

用游戏激发学生探究的兴趣，帮助学生理解原理

小结：

人工智能、机器学习、深度学习的关系

学情分析

近年来，人工智能飞速发展，许多智能产品走进我们的生活，学生对智能产品也有了比较广泛的了解。

他们想象力丰富、思维活跃，对人工智能充满兴趣，也形成了自己的认识。

同时，作为一门前沿的技术学科，学生对人工智能的原理感到好奇。

在教学过程中，要充分利用这些有利的优势，让学生感受到新技术的魅力，形成对人工智能的正确理解，并产生浓厚的兴趣。

很多学生体验人工智能的经历不多，有的认知可能主要来自科幻作品。

现实中，由于各种原因，媒体对人工智能也缺乏理性的介绍，造成了学生对人工智能的认知过于神化。

教学中，我借助探秘人工智能算法，让学生理解“智能”的原理，逐渐形成正确的认知。

效果分析

本节课精选的视频都是人工智能在各个领域的典型应用，学生选择视频观看后交流讨论提高认识，效率高、效果好。

接下来的内容围绕“探秘”主线展开，引导学生借助八数码游戏探秘“深蓝”的搜索算法，借助像素鸟游戏体验机器学习中的“监督”学习和“无监督”学习。

体验项目的选择既符合高一学生的认知水平，又从学生兴趣点出发，将课堂内容一一渗透，逐渐理解智能算法的原理。

课堂教学的每个环节，大部分学生能独立完成任务，其余的学生在学生演示和老师、同伴的帮助下最终也能达成相应目标。

从学生的课堂反应和检测反馈情况也看出可以本课知识学生掌握得较好，达到了较好的课堂教学效果。

教材分析

本节课选自浙江教育出版社的信息技术必修教材《数据与计算》的5.2《人工智能的应用》。

本节内容主要介绍人工智能在各个领域的应用，梳理了当前人工智能应用情况。

随着智能产品不断走进我们的生活，不仅要让学生认识到人工智能在信息社会中扮演着越来越重要的作用，正在逐步成为信息社会的重要组成部分，还要让学生了解人工智能的原理，对人工智能形成正确的认知。

作为本章人工智能典型案例的重点展示区，为了更好地呈现目前人工智能的发展与应用，也为了给选修课程《人工智能基础》做铺垫，我依据教材内容和我校学生学情，适当拓展，设计了“探秘”的主线，将知识内容分解为三部分：

视频体验、探秘“启发式搜索”和探秘“机器学习”。

首先，我给学生准备了一系列视频，让学生通过观看视频来直接感受人工智能在各行各业的先进应用。

然后围绕两个探秘：

“深蓝”战胜国际象棋卫冕世界冠军的法宝和AlphaGo围棋的制胜法宝。

对于“深蓝”的搜索算法，我借助相对简单的八数码游戏让学生体验、探究，从而尝试理解“搜索”的原理。

对于机器学习，我从学生熟悉的图像识别出发，先让学生对机器学习有个大致的认识，然后借助微视频进一步剖析机器学习的原理，再借助像素鸟游戏，让学生亲自体验对比机器学习中的“监督”学习和“无监督”学习，最后，在学生体验的基础上进行总结梳理，让学生进一步理解机器学习中的“监督”和“无监督”。

在必修课程中，通过各种体验活动让学生对人工智能算法有一个初步的了解，激发他们进一步学习的兴趣。

学生充分认识人工智能当前的应用，也为下一节5.3《人工智能对社会的影响》的学习奠定基础。

评测练习

一、请从资料包的“视频”文件夹中，思考：

你所选的视频是人工智能在哪个领域的应用？

视频中的人工智能的主要功能是什么？

你能说一说它的智能吗？

1.Ai在医疗领域的应用：

林寒用意念控制外骨骼机器人帮助自己站起来

2.《机智过人》节目节选——撒贝宁出题，Ai作诗

3.5G自动驾驶公交车在郑州试运行

4.AI预测天气

5.超智能的3d体重秤

二、运行八数码游戏，完成：

1.运行“八数码游戏”程序，分别采用3种算法，对比搜索效率。

三种算法对比

移动步数

搜索节点数

搜索时间

广度优先算法

深度优先算法

最好优先搜索算法

2.将初始盘面改为下图所示，验证从初始到目标盘面需要几步？

三、游戏大赛——体验机器学习在游戏中的应用

1.运行游戏FlappyBird-手工版，通过体验找出下列问题的答案：

●小鸟向地面运动，落到地上会怎样？

●点击鼠标小鸟会怎样？

●小鸟碰到柱子会怎样？

●小鸟碰到天空会怎样？

●要使游戏得分需要怎样操作？

2.体验机器学习中AI模型的训练方式

（1）运行FlappyBird-无监督学习版，请释放鼠标，观察程序运行，思考：

●无监督学习版游戏中，第1代小鸟得分（），第2代小鸟得分（），你的小鸟到第（）代就基本可以持续得分了？

●在无监督学习中，你不操作鼠标小鸟能学会得分吗？

（2）运行FlappyBird-有监督学习版，在训练模式下，你不动鼠标能得分吗？

随着你鼠标操作逐渐得分，有没有发现得分变得越来越容易了？

小结：

●“深蓝”国际象棋采用的智能算法是（）

●AlphaGo围棋程序战胜人类靠的是（）

●机器学习常用的算法有（）学习、（）学习以及半监督学习和增强学习。

●在监督学习中给机器的训练数据是（有/无）“标记”或“答案”的，在无监督学习中给机器的训练数据是（有/无）“标记”或“答案”的。

课后反思

本节课激发了学生对人工智能的学习兴趣，让学生体会到人工智能技术的应用价值，了解了“智能”的原理，培养了正确的科学技术应用观，教学目标基本达成。

在进行教学设计时，我感觉要设计好本节课有一定的难度。

因为人工智能是多学科知识的高度融合，要在高中阶段剖析其原理似乎无从下手。

在准备这节课的过程中，我发现教材的重组、优化是顺利、圆满达成教学目标的关键，课本中的教学内容、素材必须经过优化和重组，使之更贴近学生的实际，让学生更易于理解、接受和运用。

我查阅了多个版本的教材，包括选修教材，反复推敲，最终选择了设计一条主线、围绕两个有趣的游戏来探究“智能”原理的思路，试图让学生在轻松愉悦的氛围中学习枯燥难懂的理论。

从学生课堂表现来看，达到了一定的效果。

通过教学实践，我觉得本节课的设计、方向很正确。

“探秘”的主线激发了学生的学习兴趣。

像素鸟游戏形象地展示了监督学习和无监督学习的特点，学生基本都能理解。

信息技术教育，采用任务驱动的形式，围绕一个能激起学生浓厚兴趣的主题展开教学，以学生的探究过程作为学习载体，较之传统的课堂教学更能激发学生强烈的学习欲望。

遗憾的是教学中我低估了学生的实力，还是太过担心他们学不会，在八数码程序的探究中，再多给学生一些探究时间，让学生总结出“搜索”的思路就更好了。

课标分析

高中信息技术课程以全面提升学生的信息素养为根本目标。

课程通过提供技术多样、资源丰富的数字化环境，帮助学生掌握数据、算法、信息系统、信息社会等学科大概念，了解信息系统的基本原理，认识信息系统在人类生产与生活中的重要价值，学会运用计算思维识别与分析问题，抽象、建模与设计系统性解决方案，理解信息社会特征。

课标指出，具备计算思维的学生，在信息活动中能够采用计算机可以处理的方式界定问题、抽象特征、建立结构模型，能够总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解决中。

信息技术自身的发展可以归纳为新知识的更新、新技术的更替、新工具的更换，如智能硬件的普及、应用场景的快速切换、大数据与人工智能带来的社会深度变化、新兴工具的快速升级、创造控件的不断延伸。

人工智能是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。

人工智能是对人的意识、思维的信息过程的模拟，了解和探索人工智能是当代学生必备的专业素养。

课标对人工智能部分的要求是：

通过人工智能典型案例的剖析，了解智能信息处理的巨大进步和应用潜力，认识人工智能在信息社会中的重要作用；通过剖析具体案例，了解人工智能的核心算法，如启发式搜索等，熟悉智能技术应用的基本过程和实现原理。

教学提示：

在引导学生发现问题、尝试用人工智能方法解决问题的过程中，让学生初步了解和体验人工智能的特点，感受智能技术对生活与学习带来的影响，进一步激发学生学习和探究新技术、新知识的积极性，提高他们综合应用信息技术的能力。