《人工智能初步》教学设计.doc

龙源期刊网 《人工智能初步》教学设计作者：高士娟 曹恒来来源：《中国信息技术教育》2018年第24期 ????????● 学习内容分析 ????????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。近年来，人工智能技术已经被广泛应用于各行各业，并将在信息社会中发挥越来越重要的作用。人工智能诞生之初，以逻辑表达和启发式搜索算法为代表；20世纪80年代初，由于专家系统和神经网络技术的新进展，人工智能的浪潮再度兴起；当前，机器学习成为实现人工智能的主流方法，具体包括监督学习、无监督学习和强化学习三种方式。 ????????● 学习者分析 ????????本课的学习对象是高一学生，其对知识的获取已经开始由感性认识提升到理性认识，已经具有一定的研究能力，喜欢新鲜事物。在日常的学习和生活中，他们或多或少地接触过人工智能技术的应用。但是，他们对人工智能的了解更多停留于日常学习和生活中的所见所闻，对人工智能的原理及人工智能的实现方法知之甚少，运用人工智能方法解决问题的意识不足、能力较弱。 ????????● 学习目标 ????????（1）了解什么是人工智能，知道人工智能的典型应用。 ????????（2）理解人工智能技术的核心是机器学习。 ????????（3）掌握监督学习、无监督学习和强化学习的基本工作原理。 ????????（4）了解机器学习中的KNN算法、聚类算法。 ????????● 教学重点与难点 ????????监督学习、无监督学习和强化学习的基本工作原理。 ????????● 教学过程 ????????1.初探尊容：人工智能与机器学习 ????????观看人工智能宣传片（如图1所示），关注视频中人工智能的具体应用。 ????????学生讨论：①人工智能的具体应用：指纹解锁、计算机博弈、智能机器人、智能家居等。②在这些应用中，人工智能是如何解决问题的？ ????????人脸识别：根据输入的照片，判断照片中的人是谁。 ????????语音识别：根据说话的音频信号，判断说话的内容。 ????????金融应用：根据一支股票过去的价格和交易信息，预测它未来的价格走势。 ????????围棋对弈：根据当前的盘面形势，预测选择某个落子的胜率。 ????????教师小结：人工智能解决问题的方式就是根据给定的输入做出判断及预测。人工智能是人类智能的算法实现，人类智能的核心是学习，因此人工智能的核心也应是学习。人工智能的上述应用大多数是通过机器学习来实现的，它已经成为人工智能的主流方法。机器学习从学习方式上可分为监督学习、无监督学习和强化学习。 ????????设计意图：这是一个快速变迁的时代，在这一切便利与舒适的背后，是一场正在深刻地改变我们的生活与社会的科技浪潮——人工智能。但是，学生对人工智能的认知还停留在日常学习和生活中的所见所闻，对人工智能的了解也是有局限的。通过观看视频，从人工智能具体的应用总结出人工智能解决问题的方式，即根据给定的输入做出判断及预测，这个能力的获得必须通过学习来完成，从而引出机器学习。 ????????2.定制模型：理解监督学习 ????????从手机识别植物引入，提出定制图像识别模型。 ????????活动1：使用百度的EasyDL定制猫狗识别的图像分类模型。 ????????（1）教师演示创建个性化图像分类模型的方法与步骤，如图2所示。 ????????（2）上传猫和狗的图片进行训练和校验，记录不同版本模型校验结果的置信度，比较不同训练数据量情况下，所训练模型的识别准确率，填入表1中。 ????????（3）指导学生研究上传的数据集的构成。 ????????教师小结：①给予计算机的训练数据集既有输入数据，又有对应的输出数据，然后训练一个模型，用于对新输入的数据生成合理的预测。在训练的过程中，预测量的真实值通过提供反馈对学习过程起到了监督的作用，这样的学习方式称为监督学习。②训练的有效数据量越大，图像的识别率越高。猫、狗的声音和爪子截然不同，如图3所示，生活中常通过sound（声音）和claws（爪子）两个特征来判断。如果将声音和爪子转换成特征向量表示在坐标系中，圆形表示猫，三角形表示狗，在机器学习中如何判断一个新加入样本star的分类呢？最邻近规则分类算法（KNN）是一种常用的方法，如果一个样本与k个最相邻的样本中的大多数属于某一个类别，则该样本也属于这个类别。如k=3时，与star最近的三个点中有两个是圆形，所以star是猫。当然，这个模型中猫狗的特征提取是比较复杂的。 ????????设计意图：监督学习中典型的例子是识别，故而从识别植物入手，激发学生兴趣，引出训练猫狗识别模型的学习活动，借助百度的EasyDL定制化图像识别模型，经历监督学习的过程。从数据集的构成发现，监督学习既有