人工智能及其应用(教学设计)

第六章人工智能及其应用教学设计一、项目简介项目主题剖析空调企业智能客服机器人项目背景人工智能技术的高速发展，将对各行各业产生重大的影响，此外，人工智能技术的广泛应用也将深刻地影响人们的日常生活。例如，当人们进入某电商平台向客服咨询商品情况时，智能客服机器人将能准确、快速解答咨询的问题，为人们提供高质量的服务体验。对应教材广东教育出版社普通高中教科书信息技术必修1《数据与计算》第六章课时安排3课时二、课程标准及目标分析（一）课程标准及教材分析1.本章对应课标的内容要求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。2.本章对应的学业要求A-3：掌握数字化学习的方法。（信息意识、数字化学习与创新）A-8：在数据分析的基础上，完成分析报告。（信息社会责任、计算思维）A-12：了解人工智能技术。（计算思维、信息意识）A-13：认识人工智能在信息社会中的重要作用。（计算思维、信息意识）3.本章的地位和作用本章是《数据与计算》的终结篇，也是学习选择性必修模块《人工智能初步》的基础知识与技能准备。本章以培养信息素养为目标，以知识技能为载体，以项目学习活动为途径，开展自主、协作、探究学习，让学生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。本章通过“剖析空调企业智能客服机器人”项目范例，让学生体验人工智能对社会发展的影响，感受人工智能与社会各领域结合所带来的巨大变化，思考人工智能广泛使用可能会引发的社会问题及应对策略，从而提升学生的信息素养。（二）学科核心素养信息意识：在日常生活中，根据实际需要，恰当选择数字化工具，具备信息安全意识，主动关注信息技术工具发展中的新动向和新趋势，有意识地使用新技术处理信息。计算思维：按照问题解决方案，选用适当的数字化工具或方法获取、组织、分析数据，并能迁移到其他相关问题的解决过程中。数字化学习与创新：在网络学习空间中开展协作学习，建构知识。信息社会责任：认识人类信息活动需要信息法律法规的管理与调节，能自觉遵守信息法律法规、信息伦理道德规范；在信息交流或合作中，尊重不同的信息文化，积极、主动地融入信息社会中。（三）目标分析1.项目目标本章通过“剖析企业智能客服机器人”项目，组织学生进行自主、协作、探究学习，让学生在具体感知智能信息系统的基础上，能够描述智能信息处理技术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，从而将知识建构、技能培养与思维发展融入运用人工智能技术和工具解决问题和完成任务的过程中，促进本章对应课标的学科核心素养水平的达成，完成项目学习目标。2.学业目标（1）了解人工智能技术（2）认识人工智能在信息社会中的重要作用重点：（1）智能信息处理的过程（2）领域知识智能问答系统（3）人工智能的概念、诞生与发展（4）人工智能在各行各业的作用难点：（1）智能信息处理的过程（2）人工智能在各行各业的作用三、学情分析学生在第五章中已经体验了大数据对日常生活的影响，在现实生活中感受了如人脸识别、语音识别等人工智能技术的作用，大部分学生有网络购物的经验，对人工智能技术有很大的学习兴趣。四、教学方法和策略创设人工智能活动情境，组织学生在体验人工智能领域知识机器人的过程中剖析智能信息处理的过程，通过小组学习认识人工智能的诞生与发展，了解人工智能的应用，以及认识人工智能在信息社会中的重要作用。五、资源列表资源名称清单及描述形式（类型）来源课件第六章人工智能及其应用（课件）演示文稿教师制作微课人工智能介绍领域知识智能问答机器人剖析图灵和图灵测试人工智能的诞生与发展人工智能的应用微课视频教师制作软件工具Python3.*软件互联网六、学习活动流程七、学习活动设计范例学习项目主题剖析企业智能客服机器人项目背景 人工智能技术的广泛应用将深刻地影响人们日常生活。例如，当人们进入某电商平台向客服咨询商品情况时，智能客服机器人将能准确、快速解答咨询的问题，为人们提供高质量的服务体验。项目目标通过项目的完成，在感知智能信息系统的基础上，了解智能信息处理技术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。从而实现项目学习的目标。工具和方法利用思维导图工具、“头脑风暴”的学习方法，Python，语句相似度计算方法。实施过程明确项目问题规划设计：制订项目学习的学习规划（3）探究活动，通过探究活动剖析领域知识智能问答机器人，理解人工智能的概念、诞生与发展历程，感知人工智能的飞速发展为制造、家居、教育、交通、安防、医疗、物流等行业的发展和社会服务带来的变化。（4）作品制作：剖析企业智能客服机器人（5）成果交流（6）活动评价成果企业智能客服机器人剖析报告项目选题教师活动提供更多的选题，并参与到小组的选题讨论中。学生活动根据教材选题、教师提供的附加选题或自拟，小组头脑风暴后确定项目选题，以小组为单位，填写《项目学习活动记录表》“项目选题”栏目。项目规划教师活动强调项目目标及学习目标，引导学生分析项目问题，指导小组完成项目规划，组织开展方案交流。学生活动小组依照项目范例，结合本组选题，制订本组项目规划方案，填写《项目学习活动记录表》“项目规划”栏目。探究活动项目实施活动1：体验空调企业智能客服机器人提供的服务，了解领域知识智能问答系统，用Python编程计算Jaccard相似度系数来判断问句相似度。教师活动以项目范例为例，引导学生对企业智能客服机器人进行体验和对典型的智能问答系统的五个模块进行分析；为学生用python进行相似度系数计算提供相关资源。学生活动通过学习，对体验企业智能客服机器人，剖析典型的智能问答系统结构，并用Python编程计算Jaccard相似度系数来判断问句相似度，填写《项目学习活动记录表》“探究活动项目实施”栏目中的“活动1”的内容。探究活动项目实施活动2：探讨人工智能的诞生与发展，调查人工智能发展历史中重大事件及意义，体验智能客服机器人构建“知识库模块”时的模型训练程序。教师活动引导学生分析图灵测试的意义和对人工智能的诞生与发展进行讨论和调查。为学生体验提供学习资源，并指导学生运行训练模型程序。学生活动通过学习，讨论图灵测试的操作过程、分析图灵测试的意义；调查人工智能发展历史中重大事件及其意义；体验智能客服机器人构建“知识库模块”时的模型训练程序，同时填写《项目学习活动记录表》“探究活动项目实施”栏目中的“活动2”的内容。活动3：探讨人工智能在各行各业的应用例子，交流如何正确认识人工智能对人类社会的影响，思考人工智能广泛应用可能会引发的社会问题及应对策略。教师活动组织引导学生讨论生活中人工智能技术应用的具体例子，组织学生交流如何正确认识人工智能对人类社会的影响；提供相关的学习资源，引导学生认识人工智能在信息社会中的重要作用和应用潜力。学生活动通过学习，讨论生活中具体应用人工智能技术的例子，感受人工智能对社会发展的影响，并上网了解更多应用人工智能的其他领域，与同学一起讨论分享；交流如何正确认识人工智能对人类社会的影响，思考人工智能广泛使用可能会引发的社会问题及应对策略；同时填写《项目学习活动记录表》“探究活动项目实施”栏目中的“活动3”的内容。项目实施各小组参照项目范例的样式，运用数字化学习工具，如腾讯文档、演示文稿等，归纳所学知识，梳理探究活动的成果，撰写相应的项目成果报告。成果交流各小组在小组或班级上进行展示与交流，共享创造、分享快乐。活动评价各小组根据项目选题、拟订的项目方案、实施情况以及所形成的项目成果，利用“作品评价量规”及教科书附录2的“项目活动评价表”，开展项目学习活动评价。八、学习成果企业智能客服机器人剖析报告九、评价方案（一）评价时间线项目范例报告项目范例报告项目学习活动记录表项目范例报告项目学习活动记录表项目活动评价表作品评价量规项目选题项目规划活动评价项目活动评价表作品评价量规成果交流项目实施项目范例报告项目学习活动记录表项目范例报告项目学习活动记录表探究活动（二）评价工具评价方法/工具评价的过程和目标项目范例报告用于整个活动，主要作用是为学生项目实施和作品制作提供示范和引领。（见附件1）项目学习活动记录表用于整个学习活动，主要作用是指导学生开展项目学习活动，明确项目学习内容，记录学习过程及阶段性成果。（见附件2）作品评价量规使用量规项目来帮助学生创作高品质的作品，确保达到项目预期。同时用量规为同伴的作品提供反馈。教师使用量规来评价。（见附件3）项目活动评价表对整个项目学习过程中各环节，学科核心素养达成的情况进行评价。（见教科书附录2）十、项目实施说明（一）关于课时分配建议课时分配如下：第1课时：范例展示、项目选题、项目规划、探究活动（活动1）第2课时：探究活动（活动2、活动3）、项目实施第3课时：成果交流、活动评价（二）关于项目范例本章教师通过“企业智能客服机器人剖析报告”项目范例，引导学生在感知智能信息系统的基础上，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。（三）关于项目选题本章的项目学习活动的大主题为“剖析企业智能客服机器人”。围绕本章项目学习活动大主题，根据生活中常见的企业智能客服机器人，细化项目学习活动的主题，组织学生开展学习。1.剖析空调企业智能客服机器人。2.剖析洗衣机企业智能客服机器人。3.剖析微波炉企业智能客服机器人。4.剖析电冰箱企业智能客服机器人。5.剖析***企业智能客服机器人。（自拟）（四）关于探究活动“探究活动”对应项目范例的主题，串联知识点，学生在学习范例的同时自选项目主题，结合范例学习，完成自选主题的项目探究活动。“探究活动”的设计，使得学生在做项目的过程中学习知识、建构知识。教师提供记录表单和学习资源对学生的自主探究给予帮助和支持，以提高学生的学习效率和维持学生的学习兴趣。十一、附件附件1：项目范例可视化报告空调企业智能客服机器人剖析报告一、引言自计算机诞生以来，人类就提出并努力实现最具雄心的目标：制造真正像人一样会思考的机器。随着时光的飞逝和科学技术的高速发展，人类离实现这个目标越来越近，未来的一抹曙光也正在天际逐渐明朗。当前，人类已经可以利用人工智能技术实现汽车无人驾驶、人脸识别、新药研发等。人工智能已经走出了科幻小说与电影，进入人们的现实生活。二、剖析目的人工智能技术的高速发展，将对各行各业产生重大的影响。此外,人工智能技术的广泛应用也将深刻地影响人们日常生活。例如，当人们进入某电商平台向客服咨询商品情况时，智能客服机器人将能准确、快速解答咨询的问题，为人们提供高质量的服务体验。感知智能信息系统的基础上，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。三、剖析内容与步骤1.剖析内容对人工智能系统的剖析包括如下三项内容：（1）剖析智能客服机器人。（2）认识人工智能。（3）人工智能的应用。2.剖析步骤（1）剖析智能信息处理的过程。（2）剖析人工智能的诞生与发展。（3）剖析人工智能的应用。四、剖析工具和方法利用思维导图工具和“头脑风暴”的方法组建团队、明确任务；采用Python语言和自然语言处理方法，实施探究。五、实施剖析过程1.剖析智能信息处理的过程人工智能是对程序系统的研究，该程序系统在一定程度上能模仿人类的活动，如感知、思考、学习和反应等。人工智能是引领未来的战略性技术，人工智能的迅速发展将深刻改变人类社会生活，改变世界。例如，某空调生产企业的智能客服机器人所提供的服务，其对话如下所示：空调企业智能客服机器人是一款领域知识智能问答机器人。它是在某一领域知识范围内实现人机自动问答的智能信息系统，是一种新颖的信息检索系统。它可以准确理解人们的信息检索意图，并通过语料库检索出相关文档和答案，最后从相关的候选答案中提取最接近问题的结果。使用智能问答机器人时，人们可以不采用输入关键字的方式提问，而是直接使用自然语言组成的问句进行提问。因为智能问答机器人采用的自然语言处理技术，可以根据相关领域知识，对人们的提问做必要处理后返回结果，且返回的结果不同于一般搜索引擎返回成千上万的网页，而是通过对答案的抽取，直接从成千上万的网页中快速、准确地检索出所需结果。智能问答机器人是在某一领域知识范围内实现人机自动问答的智能信息系统。在智能问答系统中，用户能够直接向机器人提出自己关心的问题；然后机器人根据用户的提问把系统中已有的相似问题的正确答案按问句相似度进行排序，再把排序后的结果作为答案反馈给用户；最后将认为最满意的答案标记为最佳答案。典型的智能问答系统主要包括常见问题解答（FAQ）、问题理解、信息检索、文档库、答案抽取五大模块，结构如下图所示。

2.剖析人工智能的诞生与发展人工智能是通过智能机器延伸、增强人类改造自然和治理社会能力的新兴技术。在20世纪50年代，有几位科学家提出想做一台能够像人那样认知、思考和学习的机器，也就是用计算机来模拟人的智能。他们列举了几个准备去攻克的难点，包括系统计算机、用程序对计算机进行编程、神经网络、计算的复杂性、自我学习与提高、抽象等。人工智能具体的发展历程如下图所示。3.剖析人工智能的应用人工智能的飞速发展，为制造、家居、教育、交通、安防、医疗、物流等各行各业的发展和社会服务带来前所未有的变化，深刻改变人类的社会生活、改变世界，让人们的学习更个性，工作更便捷，生活更美好。（1）智能制造是基于新一代信息通信技术与先进制造技术深度融合，贯穿于设计、生产、管理、服务等制造活动的各个环节，具有自感知、自学习、自决策、自执行、自适应等功能的新型生产方式。（2）智能家居以住宅为平台，基于物联网技术，是由硬件（智能家电、智能硬件、安防控制设备、家具等）、软件系统、云计算平台构成的家居生态圈，实现人远程控制设备、设备间互联互通、设备自我学习等功能，并通过收集、分析用户行为数据为用户提供个性化生活服务，使家居生活安全、节能、便捷等。（3）随着人工智能技术的发展，越来越多的人工智能工具被应用于教育领域，成为教师教学和学生学习的得力助手。（4）智能交通系统（IntelligentTrafficSystem，ITS）是通信、信息和控制技术在交通系统中集成应用的产物。ITS借助现代科技手段和设备，将各核心交通元素联通，实现信息互通与共享以及各交通元素的彼此协调、优化配置和高效使用，形成人、车和交通的一个高效协同环境，建立安全、高效、便捷和低碳的交通运输管理系统。（5）智能安防技术是一种利用人工智能对视频、图像进行存储和分析，从中识别安全隐患并对其进行处理的技术。智能安防与传统安防的最大区别在于智能化，传统安防对人的依赖性比较强，非常耗费人力，而智能安防能够通过机器实现智能判断，从而尽可能实现实时的安全防范和处理。（6）人工智能的快速发展，为医疗健康领域向更高的智能化方向发展提供了非常有利的技术条件。（7）智能物流就是利用条形码、射频识别技术、传感器、全球定位系统等方面优化改善运输、仓储、配送装卸等物流业基本活动，同时也在尝试使用智能搜索、推理规划、计算机视觉以及智能机器人等技术，实现货物运输过程的自动化运作和高效率优化管理，提高物流效率。六、剖析结果1.人工智能借助新技术高速发展在移动互联网、大数据、超级计算、传感网、脑科学等新理论新技术以及经济社会发展强烈需求的共同驱动下，人工智能加速发展。人工智能是对程序系统的研究，该程序系统在一定程度上能模仿人类的活动，如感知、思考、学习和反应等。人工智能是引领未来的战略性技术，人工智能的迅速发展将深刻改变人类社会生活，改变世界。2.人工智能将全面深刻影响人类世界人工智能的飞速发展，为制造、家居、教育、交通、安防、医疗、物流等各行各业的发展和社会服务带来前所未有的变化，深刻改变人类的社会生活、改变世界，让人们的学习更个性，工作更便捷，生活更美好。中国正处在一个新时代，人工智能的迅速发展，正在让老百姓生活更为便捷、工作更为轻松、学习更为智能，让企业发展更具活力，让国家实力更加强大！七、结语本章将通过“剖析企业智能客服机器人”项目，进行自主、协作、探究学习，让同学们在具体感知智能信息系统的基础上，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，从而将知识建构、技能培养与思维发展融入运用人工智能技术和工具解决问题和完成任务的过程中，促进信息技术学科核心素养达成，完成项目学习目标。附件2：项目学习活动记录表第六章项目学习活动记录表班级小组编号项目选题项目主题项目目的小组成员及分工组长：记录员：项目规划问题列表编号问题内容方法探究活动活动1：体验可以实现领域知识智能问答的企业智能客服机器人；实践用Python编程计算Jaccard相似度系数来判断问句相似度。知识技能体验人工智能典型应用过程剖析人工智能典型案例领域知识智能问答系统的概念及结构组成了解智能处理的过程，能够用Python语音编程实现Jaccard相似度系数算法向客服机器人提出的问题客服机器人的反馈客服机器人能否准确理解你提出的问题1能不能不太准23请回答智能客服机器人的使用感受：领域知识智能问答系统的概念及其结构组成是：3.请将空调企业用Python语音编程实现Jaccard相似度系数算法程序和按小组主题修改的程序和程序结果呈现在下方表格。程序代码程序结果（截图）示例程序：修改程序：分析活动：计算下列两个语句的Jaccard相似度系数，并利用Python语言编程求出Jaccard相似度系数。A:我爱祖国的壮丽山河；我爱祖国悠久的历史和璀璨的文化。B:我爱祖国人民的勤劳、智慧与勇敢；我更爱祖国那生生不息、辉煌雄壮的民族魂！请将分析活动的探究实践程序和程序结果呈现在下方表格。探究活动程序代码程序结果（截图）请回答判断问句的相似度高低的方法：探究活动项目实施活动2：讨论图灵测试的操作过程，分析图灵测试的意义；调查人工智能发展历史中的重大事件及其意义。体验智能客服机器人构建“知识库模块”时的模型训练程序。知识技能了解智能信息处理的巨大进