01-認(rèn)識(shí)人工智能-教案

認(rèn)識(shí)人工智能–教案課程主題01-認(rèn)識(shí)人工智能教學(xué)目標(biāo)【知識(shí)與技能】學(xué)習(xí)人工智能的定義；認(rèn)識(shí)圖靈測(cè)試；學(xué)習(xí)人工智能的起源；學(xué)習(xí)人工智能的發(fā)展史包括三次高潮和兩次低谷；學(xué)習(xí)專家系統(tǒng)?！具^(guò)程與方法】通過(guò)視頻結(jié)合互動(dòng)，學(xué)生在互動(dòng)中學(xué)習(xí)人工智能；通過(guò)場(chǎng)景引入，學(xué)生在場(chǎng)景互動(dòng)中了解圖靈測(cè)試；通過(guò)人工智能歷史的學(xué)習(xí)，學(xué)生在歷史中學(xué)習(xí)人工智能的起源與發(fā)展；通過(guò)問(wèn)題建模，學(xué)習(xí)專家系統(tǒng)?！厩楦袘B(tài)度與價(jià)值觀】通過(guò)場(chǎng)景結(jié)合、視頻互動(dòng)等方式，培養(yǎng)學(xué)生養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，掌握適合自身的學(xué)習(xí)方法。學(xué)情分析這節(jié)“認(rèn)識(shí)人工智能”為本學(xué)期的第一節(jié)課，學(xué)生沒(méi)有人工智能基礎(chǔ)。這節(jié)課會(huì)幫助學(xué)生們學(xué)習(xí)人工智能的相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，包括人工智能的定義、人工智能中著名的圖靈測(cè)試、人工智能的起源與發(fā)展史（三次高潮與兩次低谷）、著名的專家系統(tǒng)等內(nèi)容，讓學(xué)生們從歷史起源到展望未來(lái)來(lái)了解人工智能。內(nèi)容及重難點(diǎn)分析重點(diǎn)：人工智能的定義、圖靈測(cè)試、人工智能的發(fā)展史難點(diǎn)：專家系統(tǒng)教學(xué)方法講授法提問(wèn)法演示法自主探究操作實(shí)踐教學(xué)準(zhǔn)備PPT教學(xué)時(shí)長(zhǎng)45min教學(xué)過(guò)程教學(xué)步驟教師活動(dòng)時(shí)長(zhǎng)課程導(dǎo)入1.講解1：講解課程模塊，主要分為四個(gè)模塊（1）認(rèn)識(shí)人工智能（2）認(rèn)識(shí)圖靈測(cè)試（3）人工智能的歷程（4）專家系統(tǒng)每堂課還有課后總結(jié)以及練習(xí)題。2min課程詳解認(rèn)識(shí)人工智能（老師）第一部分知識(shí)模塊講解講解1：給學(xué)生觀看一個(gè)人工智能的視頻。提問(wèn)：提出兩個(gè)問(wèn)題。第一個(gè)問(wèn)題：人工智能主要結(jié)合了哪幾門(mén)學(xué)科？第二個(gè)問(wèn)題：人工智能的目標(biāo)是什么？答案：人工智能主要結(jié)合了數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、心里學(xué)等學(xué)科，目的是讓機(jī)器實(shí)現(xiàn)原本只有人類才能完成的任務(wù)。講解2：人工智能的定義是指機(jī)器模擬、延伸和增強(qiáng)人的智能。提問(wèn)：又是如何模擬的呢？看如下案例。展開(kāi)你們的想象如何研發(fā)一輛小汽車(chē)？回答：在研發(fā)人工智能之前，研發(fā)一輛小汽車(chē)。第一步：要設(shè)計(jì)汽車(chē)的模型、設(shè)計(jì)需要什么汽車(chē)組件，我們總結(jié)為“設(shè)計(jì)研發(fā)”；第二步：根據(jù)設(shè)計(jì)的圖紙，購(gòu)買(mǎi)材料和零件；第三步：設(shè)計(jì)的圖紙已經(jīng)擁有了，材料也購(gòu)買(mǎi)完畢了，這時(shí)候需要人力去把材料和零件結(jié)合設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行組裝。講解3：剛才的三個(gè)步驟，都是有人力來(lái)設(shè)計(jì)圖紙、購(gòu)買(mǎi)材料、組成零件。未來(lái)的人工智能，不局限于研發(fā)小汽車(chē)，研發(fā)大型機(jī)器人，研發(fā)大型機(jī)器人的過(guò)程，包括設(shè)計(jì)圖紙、制作零件、組裝都不需要人力的參與，都是由機(jī)器人來(lái)完成。8min認(rèn)識(shí)圖靈測(cè)試（老師）講解第二模塊的知識(shí)點(diǎn)提問(wèn)：觀察如圖中的漫畫(huà)，各位同學(xué)能得到什么樣的結(jié)論？回答：第一幅圖，狗與狗對(duì)著叫，可以比作是一只狗與另一只狗在溝通。第二幅圖，狗與一個(gè)播放著狗的叫聲的機(jī)器對(duì)著叫，但是狗并沒(méi)有認(rèn)出這是一個(gè)機(jī)器，還是覺(jué)得它與一只同類在進(jìn)行溝通。當(dāng)機(jī)器也可以騙過(guò)人的時(shí)候，那么這臺(tái)機(jī)器就具有人類智能。講解1：認(rèn)識(shí)圖靈，英國(guó)的數(shù)學(xué)家、邏輯學(xué)家，他被稱為人工智能之父。提問(wèn)1：為何稱之他為人工智能之父？回答：1950年他發(fā)表論文《計(jì)算機(jī)器與智能》，提出著名的“圖靈測(cè)試”。如果第三者無(wú)法辨別人類與人工智能機(jī)器反應(yīng)的差別，則可以論斷該機(jī)器具備人工智能。講解2：圖靈測(cè)試的定義：如果有超過(guò)30%的測(cè)試者不能確定出被測(cè)試者是人還是機(jī)器，那么這臺(tái)機(jī)器就通過(guò)了測(cè)試，并被認(rèn)為具有人類智能。比如我們現(xiàn)在挑選10名同學(xué)，參加一個(gè)測(cè)試，與一個(gè)聊天機(jī)器人進(jìn)行聊天，前提是這10個(gè)人不知道這是個(gè)機(jī)器人。測(cè)試這10個(gè)人，如果有超過(guò)3個(gè)人不能確定出被測(cè)試的對(duì)面是人還是機(jī)器，就能證明這個(gè)聊天機(jī)器人具有人類智能?；?dòng)體驗(yàn)：現(xiàn)在這里有一個(gè)視頻對(duì)話的片段，老師可以提前告訴你這個(gè)視頻中對(duì)話的兩個(gè)人有一個(gè)是機(jī)器人?，F(xiàn)在我們來(lái)判斷下這個(gè)語(yǔ)音對(duì)話機(jī)器人是否具有人類智能。播放視頻….回答：視頻中的男聲是人工智能機(jī)器人，女聲是真的人?，F(xiàn)在的人工智能可以實(shí)現(xiàn)以假亂真了。10min人工智能的起源（老師）講解第三模塊的知識(shí)點(diǎn)講解1：人工智能的起源，人工智能(AI，ArtificialIntelligence)最初是在1956年的Dartmouth學(xué)會(huì)上提出來(lái)的，標(biāo)志著人工智能的誕生。1956年8月，在美國(guó)漢諾斯小鎮(zhèn)寧?kù)o的達(dá)特茅斯學(xué)院中，以約翰·麥卡錫（JohnMcCarthy）為首的一群科學(xué)家開(kāi)會(huì)研討“如何用機(jī)器模擬人的智能”，在會(huì)上提出“人工智能”這一概念，標(biāo)志著人工智能學(xué)科的誕生。人工智能概念從提出距今已有六十多年的發(fā)展歷史。講解2：介紹人工智能的三次高峰和兩次寒冬，分為起步發(fā)展期、反思發(fā)展期、應(yīng)用發(fā)展期、低迷發(fā)展期、穩(wěn)步發(fā)展期、蓬勃發(fā)展期，穩(wěn)步發(fā)展期與蓬勃發(fā)展期都是上升時(shí)期，所以合并被稱為人工智能的第三次高峰。講解3：詳細(xì)介紹三次高峰和兩次低谷第一次高潮：介紹了四副圖片，在PPT中的備注部分對(duì)應(yīng)四幅圖的播放順序，有相關(guān)的文字參考。第一次寒冬：介紹了四副圖片，在PPT中的備注部分對(duì)應(yīng)四幅圖的播放順序，有相關(guān)的文字參考。第二次高潮：介紹了四副圖片，在PPT中的備注部分對(duì)應(yīng)四幅圖的播放順序，有相關(guān)的文字參考。第二次低谷：介紹了一副圖片，在PPT中的備注部分，有相關(guān)的文字參考。第三次高潮：介紹了三副圖片，在PPT中的備注部分對(duì)應(yīng)三幅圖的播放順序，有相關(guān)的文字參考。10min專家系統(tǒng)（老師）講解第四模塊的知識(shí)點(diǎn)講解1：引言，在講述人工智能的三次高峰和兩次低谷的過(guò)程中，專家系統(tǒng)這個(gè)名詞貫穿了這幾次波動(dòng)期，幾乎在每次的時(shí)期，專家系統(tǒng)都是有著舉足輕重的位置。講解2：講解什么是專家系統(tǒng)，專家系統(tǒng)（ExpertSystem)是一種在特定領(lǐng)域內(nèi)具有專家水平解決問(wèn)題能力的程序系統(tǒng)。（強(qiáng)調(diào)程序系統(tǒng)）專家系統(tǒng)屬于人工智能的一個(gè)發(fā)展分支，自1968年費(fèi)根鮑姆等人研制成功第一個(gè)專家系統(tǒng)DENDEL以來(lái)，專家系統(tǒng)獲得了飛速的發(fā)展，并且運(yùn)用于醫(yī)療、軍事、地質(zhì)勘探、教學(xué)、化工等領(lǐng)域，產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益?，F(xiàn)在，專家系統(tǒng)已成為人工智能領(lǐng)域中最活躍、最受重視的領(lǐng)域。講解3：介紹故事背景，目的是創(chuàng)造一個(gè)“鳥(niǎo)類的專家系統(tǒng)”?；?dòng)提問(wèn)：下面有如下五種鳥(niǎo)類，這些鳥(niǎo)類有哪些特征呢？哪里不同呢？老師回答：我們從四個(gè)特征來(lái)區(qū)分這幾種鳥(niǎo)類，分別是體重、翼展、腳蹼、后背的顏色。觀看如下圖表：哪種鳥(niǎo)的體重最重？回答：潛鳥(niǎo)；哪種鳥(niǎo)有腳蹼？回答：潛鳥(niǎo)；翼展最長(zhǎng)的是哪種鳥(niǎo)類？回答：鷺鷹；如圖表所示是老師提前搜集了相關(guān)的數(shù)據(jù)制定成的表格用于區(qū)分不同鳥(niǎo)類需要使用的四個(gè)不同的屬性值，我們選用體重、翼展、有無(wú)腳蹼以及后背顏色作為評(píng)測(cè)基準(zhǔn)?，F(xiàn)實(shí)中，你可能會(huì)想測(cè)量更多的值。通常的做法是測(cè)量所有可測(cè)屬性，而后再挑出重要部分。下面測(cè)量的這四種值稱之為特征。講解4：表數(shù)據(jù)分析，分析這四種特征，（1）體重和翼展本身就是數(shù)值型，就是十進(jìn)制數(shù)字，不需要10進(jìn)制轉(zhuǎn)換；（2）分析腳蹼特征，腳蹼只有有還是沒(méi)有兩種情況，是二值型，用阿拉伯?dāng)?shù)字替代可以用0和1表示。（3）分析后背顏色，利用常見(jiàn)的七色作為測(cè)評(píng)特征，設(shè)定顏色對(duì)應(yīng)數(shù)字。講解5：特征數(shù)值化，左邊的七色板就是把顏色轉(zhuǎn)化為數(shù)字后的結(jié)果。這個(gè)時(shí)候，把色號(hào)對(duì)應(yīng)到不同鳥(niǎo)類的后背顏色上，把漢字轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值的形式?；?dòng)提問(wèn)：現(xiàn)在我們需要尋找一種鳥(niǎo)類，叫做象牙喙啄木鳥(niǎo)，因?yàn)檎业搅诉@個(gè)啄木鳥(niǎo)我們就會(huì)獲得高額懸賞。請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)流程來(lái)幫助我尋找到這種鳥(niǎo)?；卮穑海?）方法一：最簡(jiǎn)單的方法是安裝一個(gè)喂食器，然后雇用一位鳥(niǎo)類學(xué)者，觀察在附近進(jìn)食的鳥(niǎo)類。如果發(fā)現(xiàn)象牙喙啄木鳥(niǎo)，則打電話通知我們。這種方法太昂貴，并且如果鳥(niǎo)類學(xué)者真的發(fā)現(xiàn)了象牙喙啄木鳥(niǎo)也并不會(huì)通知我們，而是會(huì)直接去領(lǐng)獎(jiǎng)。最重要的是專家在同一時(shí)間只能出現(xiàn)在同一個(gè)地方。（2）方法二：把方法一進(jìn)行自動(dòng)化處理。第一步：安裝多個(gè)帶有照相機(jī)的喂食器，同時(shí)接入計(jì)算機(jī)用于標(biāo)識(shí)前來(lái)進(jìn)食的鳥(niǎo)。第二步：在喂食器中放置稱重儀器以獲得鳥(niǎo)的體重。（特征一的獲?。┑谌剑豪糜?jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)來(lái)提取鳥(niǎo)的翅膀長(zhǎng)度。（特征二的獲取）第四步：利