初識人工智能

李　卓　龐漢平　沙有威

●教學(xué)背景分析

教學(xué)內(nèi)容：本課中“信息的智能處理”在教材中既是對信息加工表達(dá)的一個承上，又是對《人工智能初步》選修模塊的一個啟下。重在使學(xué)生體驗(yàn)智能工具軟件，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的興趣。本課以機(jī)器人作為體驗(yàn)人工智能的切入點(diǎn)。

學(xué)生情況：由于學(xué)生初中階段沒有學(xué)習(xí)過人工智能的知識，而智能處理工具的使用又比較有趣，對學(xué)生而言比較新奇，因此學(xué)生對現(xiàn)代人工智能技術(shù)非常感興趣，尤其是對機(jī)器人技術(shù)充滿了好奇心。

●教學(xué)目標(biāo)

①了解什么是人工智能。

②能夠在仿真環(huán)境中設(shè)計具有初步滅火功能的機(jī)器人。

③通過對機(jī)器人應(yīng)用的體驗(yàn)和對機(jī)器人智能程序的開發(fā)，了解智能信息處理工具的基本工作過程，了解智能信息處理工具的實(shí)際應(yīng)用價值。

④通過感受機(jī)器人的工作對人們生活的影響，增強(qiáng)學(xué)生對人工智能領(lǐng)域的認(rèn)識和對信息技術(shù)發(fā)展前景的向往。

●教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：通過了解機(jī)器人的應(yīng)用和開發(fā)，體驗(yàn)智能信息處理工具的基本工作過程，了解智能信息處理工具的實(shí)際應(yīng)用價值。

教學(xué)難點(diǎn)：能夠在仿真環(huán)境中設(shè)計具有初步滅火功能的機(jī)器人。

教學(xué)過程

1．創(chuàng)設(shè)情境(1分鐘)

播放視頻片段，引入本課。

師：當(dāng)災(zāi)難真正降臨時，我們第一時間要做的就是救援，可是有很多救援工作難度相當(dāng)大，這時如果請機(jī)器人來模擬人類的思維幫助我們做事，可能會挽救更多人的生命。

學(xué)生觀看視頻；思考、回答問題。

2．新課講授(1分鐘)

內(nèi)容：人工智能。

師：怎樣才能使我們的機(jī)器人助理擁有智能呢?——使用人工智能的知識和技術(shù)。

結(jié)論：人工智能是一門研究機(jī)器智能的學(xué)科。

3．學(xué)生活動(3分鐘)

活動內(nèi)容：觀看視頻素材，了解機(jī)器人的智能行為。

師：怎樣才能使用人工智能的知識和技術(shù)來使機(jī)器人助理擁有智能呢?

提供視頻素材，學(xué)生自由觀看：救援機(jī)器人(見圖1)；家政機(jī)器人(見圖2)；火星車(見圖3)；騎車機(jī)器人(見圖4)；機(jī)器人服務(wù)員(見圖5)；機(jī)器人演話劇(見圖6)。

4．新課講授(6分鐘)

內(nèi)容：分析機(jī)器人的智能行為。

分析過程：由人的智能行為到機(jī)器的智能行為。

小紙條游戲：一張紙條上寫著“請和同桌的同學(xué)握握手”，一位同學(xué)照做。

分析人的行為過程與智能機(jī)器的工作過程(見圖7)：

5．體驗(yàn)活動(3分鐘)

活動內(nèi)容：與機(jī)器人聊天。

活動目的：體驗(yàn)與機(jī)器人聊天的過程，了解智能工具的工作過程。

6．教師講授(4分鐘)

探究內(nèi)容：如何賦予機(jī)器人滅火的智能。

教師演示實(shí)體機(jī)器人滅火過程。機(jī)器人尋找到火源，啟動風(fēng)扇將火熄滅。

學(xué)生觀看教師演示，思考分析滅火過程。

7、體驗(yàn)活動(3分鐘)

活動內(nèi)容：在仿真軟件中編制啟動風(fēng)扇滅火程序，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人助理的“滅火”工作。

問題：研究步驟是怎樣的?

活動目的：了解滅火機(jī)器人的工作過程。

師：在仿真軟件中使用蠟燭模擬火源，使用風(fēng)扇模擬滅火工具，請同學(xué)們按照提示使機(jī)器人吹轉(zhuǎn)風(fēng)扇，并思考人類滅火和機(jī)器人滅火過程的共同點(diǎn)，嘗試實(shí)現(xiàn)機(jī)器人滅火。

8．頭腦風(fēng)暴(3分鐘)

師：剛才程序中的機(jī)器人雖然吹滅了蠟燭，但它有智能嗎?由于它沒有模擬人類思維的過程，所以我們說它還不具備智能。

問題：滅火機(jī)器人怎樣思考?

9．探究活動(7分鐘)

任務(wù)：編寫程序，完成滅火。

要求：①編寫程序，使機(jī)器人看到火源，啟動風(fēng)扇吹滅蠟燭，否則不啟動風(fēng)扇；②保存程序“滅火1”(見圖8)；③完善滅火程序。

10．深入探究(9分鐘)

師：這樣的滅火機(jī)器人雖然模擬了人的思維，有了智能，但它的智能非常低級。思考，如果火源在房間中的某個角落，機(jī)器人該如何滅火呢?

學(xué)生思考人類滅火的過程，請學(xué)生們運(yùn)行“滅火2”(見圖9)，體驗(yàn)其過程。

11．頭腦風(fēng)暴(3分鐘)

師：雖然“滅火2”中的機(jī)器人的智能有了些提高，但它的智能顯然還相當(dāng)?shù)牡停绾尾拍芴岣邫C(jī)器人的智能呢?

提示：演示“滅火改進(jìn)程序”。提高程序的智能水平，讓機(jī)器人自學(xué)。

12．思維拓展(1分鐘)

師：你最希望你的機(jī)器人助理擁有哪些功能，請簡單寫出他們的工作過程。如果有一天你的機(jī)器人助理的智能超過了你，并且控制了你，你該怎么辦呢?

13．總結(jié)(1分鐘)

師：今天為了使機(jī)器人助理擁有智能，我們探索到了人工智能學(xué)科，簡單了解了智能工具的工作過程。其實(shí)機(jī)器人只不過是人工智能學(xué)科中眾多研究領(lǐng)域中的一個，如果同學(xué)們感興趣，可以課后學(xué)習(xí)或選修人工智能初步選修模塊。

教學(xué)反思

為落實(shí)本課的教學(xué)目標(biāo)，突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，教學(xué)圍繞“如何使機(jī)器人助理擁有智能”這一問題展開，教學(xué)過程按知識層次分為創(chuàng)設(shè)情境、了解機(jī)器人的智能應(yīng)用、分析機(jī)器人的智能行為、實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的簡單智能、構(gòu)想理想的智能機(jī)器人等部分。以對機(jī)器人工作過程的分析為課堂主線，設(shè)計了了解、分析、實(shí)現(xiàn)、應(yīng)用等教學(xué)環(huán)節(jié)，學(xué)生通過觀看、思考、實(shí)踐、設(shè)計，對什么是人工智能有了逐層加深的理解，對智能工具軟件的工作過程也有了一個基本的了解。課后依據(jù)學(xué)生提交的練習(xí)程序和對機(jī)器人的設(shè)想對學(xué)生進(jìn)行評價，較好地完成了這一節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。

點(diǎn)評

本課內(nèi)容是高中信息技術(shù)基礎(chǔ)模塊“信息加工與表達(dá)”主題中的一部分，目的是讓學(xué)生通過部分智能信息處理工具軟件的使用同，體驗(yàn)其基本工作過程，了解其實(shí)際應(yīng)用價值。

人工智能技術(shù)是研究、開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)。人工智能是計算機(jī)科學(xué)的一個分支，是當(dāng)前信息技術(shù)應(yīng)用發(fā)展的前沿和熱點(diǎn)之一，它是一個綜合學(xué)科，除了計算機(jī)科學(xué)以外，還涉及信息論、控制論、自動化、仿生學(xué)、生物學(xué)、心理學(xué)、數(shù)理邏輯、語言學(xué)、醫(yī)學(xué)和哲學(xué)等多門學(xué)科。

本課內(nèi)容與“人工智能初步”選修模塊的教學(xué)要求有所不同，需要學(xué)生在短時間內(nèi)對人工智能進(jìn)行概括性了解。由于其內(nèi)容新、涉及多個學(xué)科領(lǐng)域，要求教師的知識面廣，關(guān)注信息技術(shù)最新發(fā)展的意識強(qiáng)，且這部分內(nèi)容涉及很多概念、原理，如果只是做一般性介紹，學(xué)生學(xué)習(xí)起來會感到枯燥無味，這就要求教師有較強(qiáng)的教學(xué)設(shè)計能力，通過各種活動，讓學(xué)生對人工智能有所體驗(yàn)，建立起感性認(rèn)識。本課教學(xué)設(shè)計從智能工具解決問題的原理和思想方法的角度，使學(xué)生了解什么是人工智能，體驗(yàn)人工智能的應(yīng)用。教學(xué)_從如何擁有智能這一問題出發(fā)，分析人和機(jī)器的智能行為，引出人工智能概念及人工智能工具的應(yīng)用，學(xué)生的思維從感性到理性，從特殊到一般。教學(xué)過程中學(xué)生在完成教師提出的基礎(chǔ)任務(wù)、提高任務(wù)和拓展任務(wù)的過程中，進(jìn)行觀察、思考、實(shí)踐、應(yīng)用，學(xué)習(xí)層次逐步提高，教學(xué)目標(biāo)得到很好落實(shí)。本節(jié)課里教師精心設(shè)計的讓學(xué)生親身體驗(yàn)、自己總結(jié)智能行為過程，學(xué)生在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)機(jī)器人滅火功能設(shè)計以及學(xué)生自主構(gòu)想心中的機(jī)器人等幾個環(huán)節(jié)是本節(jié)課的亮點(diǎn)。