视频简介：
视频标签：计算的智能,人工智能
所属栏目：信息技术优质课视频
视频课题：粤教版选修5人工智能初步《人工智能初步》第一章第二节计算的智能—人工智能的基本内容-北京
教学设计、课堂实录及教案：粤教版选修5人工智能初步《人工智能初步》第一章第二节 计算的智能—人工智能的基本内容-北京师范大学附属中学京西分校
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教学基本信息
课题
《人工智能初步》第一章第二节
计算的智能——人工智能的基本内容
是否属于
地方课程或校本课程 否
学科 信息技术 学段： 高中
年级
一年级
指导思想与理论依据
指导思想：
新课标指出：围绕信息技术学科的核心素养，精炼学科大概念，吸纳学科领域的前沿成果，构建具有时代特征的课程内容，课程兼重理论性和实践性，通过丰富多样的任务情境，鼓励学生在数字化环境中学习与实践。依据《普通高中技术课程标准（信息技术）》以及对《人工智能初步》选修模块的总要求，以培养学生的信息意识，提升信息素养为目标，引导学生运用学科思维分析、理解、贯通的解决问题。 理论依据：
学习是一个建构的过程，是学习者通过新旧经验相互作用来形成、丰富和调整自己的经验结构的过程。
本节课是一节新授课，教学内容通过“计算”概念的引入，结合人工智能领域的前沿成果，将人解决问题的过程与方法同机器获得智能的原因相结合，采用“创设情境、提出问题、启发思维、解决问题”的教学模式，借助学生已有的知识经验，以计算技术的发展为视角，通过观看视频、实践体验、小组讨论等多种方式，启发学生理解人工智能的四个基本内容。体现了对学生计算思维的培养，也符合建构主义的思想。
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教学背景分析
教学内容：
本课内容为广东教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《人工智能初步》（选修5）中第一单元第二节中的相关内容，是全书的入门篇。本节课对教材进行了二次开发，结合“计算”的概念，通过具体案例，让学生在理解人工智能的四个基本内容的基础上，进一步启发学生分析出机器具备这四方面能力的原因，引导学生抽象出人求解问题的过程与方法，并初步感知人如何通过制定法则与逻辑，让机器计算、执行，拥有类似人的智能。 学生情况：
学生刚刚开始必修模块《信息技术基础》的学习，尚未建立编制计算机程序解决问题的思想，抽象思维能力仍较弱，对人工智能的理解也较为模糊，但又对这一新兴技术领域充满了好奇。因此，本节课应努力创设一些学生能够接受的、有兴趣的实践活动。通过活动启发学生思考，揭开人工智能领域的神秘面纱，感受人工智能技术的丰富魅力。 教学方式：
人工智能的四个基本内容是比较抽象、比较概念化的教学内容。本节课对教材进行了二次开发，力图让学生从技术发展的角度，融会贯通的去理解为什么人工智能要研究这四方面内容，并在此基础上进一步分析机器是如何获得这四方面能力的。通过“创设情境、提出问题、启发思维、解决问题”为教学策略，以学生学习的真实心理活动、认知过程、心智变化为基础，在教师的主导下，启发学生发现问题、分析问题、理解、验证结论、解决问题的过程。 教学手段：讲授法、任务驱动法、体验法、演示法等
技术准备：网络教室、多媒体教学软件、大屏幕投影、PPT、IPAD、IPhone、导学案。
教学目标： 1. 知识与智能
① 了解“计算”的含义 ② 理解人工智能的四个基本内容 2. 过程与方法
① 通过分析人解决问题的过程与方法，理解为何将机器感知、思维、学习、行为作为人工智能的四个基本内容，体会类比分析的思维方法。
② 初步体会机器是在人抽象逻辑和方法的基础上，通过计算来拥有智能。 3. 情感态度与价值观
① 感受人工智能技术发展的丰富魅力。 ② 理解人的智能是一切智能的核心。 教学重难点： 1. 重点
① 初步理解广义计算的含义。
② 理解机器感知、机器学习、机器思维、机器行为的具体内容。 2. 难点
① 初步理解广义计算的含义。
② 初步理解机器如何通过计算获得类似人的感知、思维、学习和行为能力。 ③ 理解机器感知、机器思维、机器学习的含义。
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教学过程(表格描述)
教学阶段
教师活动 学生活动 设置意图
技术应
用
时间安排
创设
情
境 提问：c等于几？能梳理出你求解这道数学题的过程吗？ 例：a=67,b=56,c=a+b，求c? 第1步：读题（输入） 第2步：思考计算（计算） 第3步：c=3（输出）
师生总结：遵循从特殊到一般的认知规律，可将人解决问题的过程抽象为“输入→计算→输出”三步。
听讲 思考 梳理 回答 梳理 总结 从学生已有认知出发，培养学生的抽
象思维能力。
多媒体
PPT
2’
温故
知
新 提问：计算器中有“计算”两个字，那人能用计算器解决那类问题呢？（数值计算）
提问：计算机中也有“计算”两个字，那计算机除了能解决数值计算问题，人还能用计算机处理哪些信息呢？（文字、图形、图像、音频、视频等） 提问：随着科技的不断进步，计算机能够解决的问题也越来越多，有些机器仿佛拥有了类似人的智能 ，甚至在某些
领域还能战胜了人类，同学们能说说让你感觉很智能的应用或者机器吗？（Siri，AlphaGo等）
总结：计算机中的“计算”是指应用法则和逻辑解决较为复杂的问题。 听讲 思考 回答 听讲 思考 回答 梳理 总结 温故启新，在实际情境中理解计算的含义，培养学生从现象到
本质的抽象
思维能力。引导学生从计算发展的角度认识智能，激发兴趣。 多媒体
PPT
2’
新课讲解
播放：人机对战（乒乓球）视频第1阶段（机器战胜人） 布置：小组讨论，尝试抽象出每一步的关键行为动词？
抽象 人（关键行为动词） 机器（具备哪些能力） 输入 第1步：__________ 机器___________ ↓ 机器___________ 计算 第2步：__________ 机器___________ ↓
输出 第3步：__________ 机器___________
观看 听讲
思考 讨论
从机器模拟人的角度，首先让学生分析人是如何回球的，培养学生将现实问题的求解过程抽象、分
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第1步：（看，捕捉球的运动状态）
第2步：（想，判断球的运动轨迹，寻找对策） 第3步：（打，挥拍击球）
总结：根据已抽象出的人解决问题的过程“输入→计算→输出”，可以将人回球的过程分解为看、想、打三步。 布置：小组讨论，结合人回球的过程，思考机器要像人一样具备哪些能力才能完成回球？ 看→（机器感知） 想→（机器思维） 打→（机器行为）
预设：还有一个特别关键的能力，同学们想一想人是如何会打球的？（学习）
总结：人们希望机器能具备像人一样的学习能力，可以通过学习获得更多的知识和技能。人工智能的基本内容从“输入→计算→输出”的角度也可以归纳为“感知、学习→思维→行为”四个方面。 一、机器感知
▲ 案例：人机对战（乒乓球）——识别球 展示：一张乒乓球的图片。
提问：人感知图片中是一个什么物体？ 引导：（机器模拟人） 人：（看到的是一张图片）；
机器：（输入的一张图片，以二进制编码的形式进行存储。） 提问：如何让机器不仅能输入（感）图片，还能识别（知）出是一个球？
• 分解步骤1：如何从背景中识别出一个前景的图像？ 展示：蓝色的背景、同样颜色的物体 提问：同学们能看到这个物体吗？（不能） 展示：蓝色的背景、橘色的物体（可以）
提问：人如何从背景中确定一个前景的图像—乒乓球？（颜思考 回答 梳理 总结 思考 讨论 回答 思考 回答 听讲 梳理 总结 观看 听讲 思考 回答
观看 听讲 思考 回答
解为具体步骤的能力。
以小组讨论的方式，通过生与生间的相互影响，提升学生的总结的能力。
引导学生理解机器学习的含义。 为实现目标
1、2做铺垫。
引导学生理解机器感知
的具体含义，为实现目标
1、2做铺垫。
引导学生凭借已有的知识经验，体会、抽象出人识别物体的
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实物演示
5’
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新课讲解
色、色差、颜色变化等） 提问：颜色变化的地方有可能是物体的什么位置？（边缘） 引导：封闭边缘构成的区域有可能是物体。
总结：人抽象出从背景中识别出一个前景图像的方法和规则。例如，颜色值发生一定变化的区域有可能是物体的边缘。然后,机器通过计算进行感知。
• 分解步骤2：如何确定前景的物体可能是一个球？ 展示：蓝色的背景、橘色的三角形物体
提问：这个前景的物体有可能是一个球吗？（不可能） 展示：蓝色的背景、橘色的圆形的物体
提问：人通过什么来确定这个前景的物体有可能是一个球？（形状）
提问：如何让机器识别出前景的图像是一个圆形呢？ 引导：假设建立如图所示的坐标系，坐标值X1、Y1以及R
之间满足什么条件就有可能是一个圆形。（X12
+ Y12
= R2
） 提问：坐标值满足X12
+ Y12
= R2
有可能是一个圆形是由谁抽象出来的？（人）
总结：人抽象出方法和规则，机器在此基础上通过计算进行感知。
提问：机器感知就是使机器具有类似于人的感知能力，让
机器能够_________并理解文字、图像、语言等。（识别） 二、机器思维
▲ 案例：人机对战（乒乓球）——思维球 播放：人回球（乒乓球）的慢动作视频
提问：人怎样预判球的落点？（根据球的运动轨迹） 展示：乒乓球运动的轨迹图 引导：球的运动轨迹是？（抛物线）
提问：基于对人预判球落点的分析，思考如何让机器预判球的落点呢？你能抽象出大概的方法步骤吗？
引导：首先尝试计算出球的运动轨迹，随后再根据轨迹计
梳理 总结 观看 听讲 思考 回答
梳理 总结 回答 理解
归纳 观看 思考 回答 理解
方法和步骤。
引导学生初步理解机器是根据人设定的规则和方法，通过计算拥有类似人的感知能力。完成教学重点，突破教学难点1。
让学生在主观分析的基
础上，理解、验证概念。
引导学生抽象出人判断球落点的思维过程，并尝试用语言进行表述。提高学生的信息素养。
算出球落点。 总结：机器根据人设定的方法和规则，通过计算进行思维。 展示：论文《基于模糊神经网络的乒乓球旋转飞行轨迹模式分类》
讲解：这是人工智能领域的一篇专业文章，讲述了如何通过求解一元二次方程来计算乒乓球的运动轨迹，进而去计算球的落点。
总结：机器思维是使机器模仿人的思维活动，通过感知或学习获得的知识和已有知识进行有目的地处理。
提问：为什么定义中要强调是进行“有目的”的处理呢？ 引导：机器为什么要思维啊？（解决问题）
总结：机器思维是解决问题过程中的一个环节，是以解决问题为最终目的的，因此在定义中特别强调了“有目的”地处理。 三、机器学习
▲ 案例：人机对战——学习球 • 分解步骤1（学什么）
布置：机器需要学习哪些知识（数据）才能打球？
举例：什么是球（什么是球台；乒乓球的规则；怎样发球、球的旋转有哪几类；球的速度；球的受力、如何回球；回球的时机；回球的力度等） • 分解步骤2（怎么学）
提问：机器可以怎样学习到诸如“球台的大小、打球的规
则”等较为明确且有限的知识（数据）？（人手动输入） 提问：那像“接球的时机、方向、力度”等这样有无数可能且千变万化的知识（数据），机器要怎样获得呢？ 引导：手动输入的工作量一定是巨大的，思考人是如何积累这些知识（经验）的？（在对战的过程中逐步积累） 总结：在对战的过程中自动的积累数据
提问：机器学习是使机器模仿人的学习行为，________通
梳理 总结 听讲 思考 理解 梳理
听讲 回答 理解 总结 听讲
思考 讨论 总结 思考
理解 回答 梳理 总结
通过论文验证，培养学生
严谨的学风。完成教学重点，突破难点。
引导学生贯通的去理解人工智能的四个进本内容。
引导学生思考机器需要学习哪些知识。
启发学生归纳机器所学知识的特点并分类思考需要怎样才能获得，完成重点，突破难点。
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新课讲解
过学习来获取知识和技能。（自动）
▲ 知识拓展（基于大数据的人工智能研究）
布置：比一比谁更快。A组：算一算组；B组：查一查组。 要求：有X1、X2两个输入，计算输出Y的值，时间1分钟。 第1组：X1=12.35 X2=78.95 第2组：X1=12.38 X2=79.04 第3组：X1=12.39 X2=78.93
讲解：B组同学是如何计算Y的值？（Y=X1*X2+X1/X2），A组同学是如何计算Y的值？（查找）
提问：对于这个问题，人是算的快还是查的快？（查快） 提问：机器呢？（差不多）
讲解：以现在计算机的计算能力，解决类似这样的问题，可能机器是算的更快，但是通过刚刚的小活动，为我们解决某些非常复杂的问题，提供了另外一个解题思路。 讲解：决策每一次回球的方法要考虑的因素有很多，比如你的对手是谁？他有什么习惯？擅长什么等等。人可能很
难抽象出一个非常明确的计算模型。例如，Y=X1*X2+X1/X2。 提问： 那当人不能计算出这个具体的模型时，人还可以通过什么方法来解决？
引导：比如乒乓球，有输入X，需要计算出一个Y，人们抽象不出这个适用于所有情况的模型，但机器通过学习，已
积累了大量的数据，比如：对于X1的情况，采用Y1方法回球，对方回球概率90%；采用Y2方法回球，对方回球概率
10% „ „，那我们还可以让机器怎样解决这个问题呢？（查找计算）。
提问：如果你在跟机器对弈，你要怎样才能赢机器？（机器够不着的地方、出其不意的球...）
播放：人机对战视频（乒乓球）第2阶段，人战胜机器 布置：观察人通过什么样的球赢的机器？思考为什么？ （因为擦边球、擦网球出现的概率很低，机器学习到的成
听讲 实践 听讲 思考
回答 听讲 思考
回答 理解 应用
听讲 思考 回答 应用
通过动手实践，让学生自己体会、总结出求解问题
的两种方法。
结合具体情境，基于本节所学，让学生进一步理解数据对求解复杂问题的重要性（在大数据统计的基础上，可以通过查找来求解答案。）深化理解机器“自动”学
习的重要性。
培养学生的逆向思维能力，通过正反两个方向的
多媒体 实践表
多媒体PPT 多媒体 PPT
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新课讲解
功处理擦边球、擦网球的数据有限，所以计算的不准确。） 提问：设想一下，当机器通过学习积累了足够多成功处理各类球的数据，会怎样？（战胜人类）
总结：所以随着互联网技术和计算技术的迅猛发展，机器
可以通过学习积累大量的数据，基于“大数据”的“计算”也让机器变得越来越智能。当然，如何在海量数据中检索出最好的解决问题的方法也并非易事，还需要人依靠自己的智能抽象出更好的方法和规则，让计算机通过“计算”来解决问题。 四、机器行为
引导：机器手臂能像人一样完成了击球的动作。 提问：机器行为是使机器模仿人的行为能力，对外界做出反应并付诸_______。（行动）
讲解：机器行为实际上也是一种输出，传统的输出一般是将解决问题的结果呈现在屏幕上，让人去看。随着技术的进步，现在还可以输出语音，让人去听。那能否让机器直接帮人来完成呢？这就是机器行为的主要研究内容。 提问：人通过设置方法和规则，让机器通过计算来感知、学习、思维和________。 听讲 回答 理解
梳理 总结 听讲 回答 理解
理解运用，更为全面的理解机器学习的含义，突破难点。
基于所学，让学生类比、推理出机器通过“计算”来行为，从求解问题的角度，贯通理解研究机器行为的重要意义。
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1’
实
践操作
布置：学生分组与Siri的互动。 问题1：今天天气怎么样？有雾霾吗？ 问题2：100乘以10加10，除以100等于几？
左括号100乘以10加10，右括号，除以100等于几？
问题3：帮我设定一个两分钟的倒计时？ 问题4：美国的总统是谁？他有多高？ 展示：以上4个问题与Siri的对话效果。
体验 实践 让学生自主实践，体会人工智能在语音识别、自然语言理解等方面上的应用。
IPAD 网络
IPhone
5’
分享
交
流 回答问题：
1. Siri模拟了人的什么感觉器官？（ ） A. 视觉 B. 听觉 C. 嗅觉 D. 触觉 E. 味觉
回答
在学生实践、体验的基础
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2. 机器感知体现在Siri不仅可以听到话，更能够听_______话。
3. Siri是如何进行机器学习的？（上网搜索） 4. Siri具有哪些机器行为？（回答问题、完成指令）
5. Siri是否具有机器思维？体现在哪里？（上下文关联） 播放：机器A、B语文识别、自然语言理解对比视频。 提问：机器A、B谁更智能？机器B的思维体现在哪里？
总结：机器A、B均可以回答第1个问题“美国总统是谁？”对于第2个问题“他有多高？”机器A不能分析、推理出“他”是谁，因此给出了一个非常荒谬的检索“美国有多高？”。机器B可以结合上下文，进一步思考出第2句中的“他”是指代谁，进而检索出正确答案。因此，让机器具有类似人的思维能力是一件非常复杂且难度系数高的问题，但随着技术的进步，这一难题也在逐步解决中。 思考 理解
听讲 观看
思考 回答 理解
上，进一步巩固、理解人工智能的四个基本内容。
结合具体案例，让学生进一步体会、深化、巩固对“机器思维”的理解，感受技术的进步和人工智能的魅力。
导学案 多媒体PPT
2’
归纳总结 总结
本节课一直在研究机器如何模拟人，通过计算拥有类似人
的智能。
1. 人将求解问题的过程抽象为：输入→计算→输出
2. 计算机中的“计算”是指应用法则和逻辑解决复杂问题 3. 人工智能的四个基本内容。（感知、学习、思维、行为） 听讲 思考 回答
理解
归纳 梳理知识 巩固总结
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2’
课
后作业
作业
阅读材料，思考、批注出机器感知、机器思维、机器学习、机器行为在无人驾驶的智能汽车中是如何体现的？为什么？
阅读 思考 批注
拓展提高中巩固知识、培养能力
多媒体
导学案
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学习效果评价设计
评价方式
针对高中学生对信息技术课重视程度不够、课堂安静、学生不喜欢回答问题的现象，教师精选案例，通过视频、导学案、实物展示、小组竞赛、实践体验等方式充分激发学生的课堂参与度，采用语言鼓励和小组合作互评的方式，充分调动学生学习的积极性。新授课环节以概念的总结、理解作为检测，通过提问对学生的课堂表现进行实时的讲解和点评。实践体验环节指导学生填写学案并进行点评、讲解和深化，客观、真实的反应学生的学习效果，便于教师了解、推进正常的教学进度。在课下，学生通过填写自我反馈评价表，为下节课的学情分析提供数据基础。
评价量规 一、导学案
导学案分为两部分：一学习新知，体现学生课堂上参与、思考及小组合作学习的情况；二实践应用，体现学生对知识的理解、掌握情况。 答题 一、学习新知（开放题） 二、实践应用（半开放题） 小题 1 2 3 1 2 3 4 5 得分 1分
2分
2分
1分
1分
1分
1分
1分
二、自我评价表
1.对于“计算”的概念你感到（ ）
A. 完全理解 B. 理解，但仍有点模糊 C. 不理解 2. 对于“机器感知”的概念你感到（ ）
A. 完全理解 B. 理解，但仍有点模糊 C. 不理解 3. 对于“机器思维”的概念你感到（ ）
A. 完全理解 B. 理解，但仍有点模糊 C. 不理解 4. 对于“机器学习”的概念你感到（ ）
A. 完全理解 B. 理解，但仍有点模糊 C. 不理解 5. 对于“机器行为”的概念你感到（ ）
A. 完全理解 B. 理解，但仍有点模糊 C. 不理解 6. 在下节课，你想在哪方面有更大的进步？ 三、作业
本节课应掌握“机器感知、机器学习、机器思维、机器学习”四方面内容，每项占1分，都完成且正确者得4分，能结合实例类比分析出为什么，找出深层次逻辑关系者得5分。否则，对应项减分。
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本教学设计与以往或其他教学设计相比的特点(300-500字数)
一、再现抽象过程，亲历思维理解概念
用“数学题求解”作为引入，再现“输入→计算→输出”的抽象过程，引导学生以信息技术学科的研究视角思考问题。通过“计算器”和“计算机”的对比认识，让学生结合已有经验，在实际情境中理解 “计算”的广义概念。 二、创设真实情境，体验方法提升认识
通过“人机对战（乒乓球）”这一综合性案例，结合视频、导学案、实物展示、小组竞赛、实践体验等多种方式，从“输入→计算→输出”的角度，引导学生理解人工智能的四个基本内容。
通过分步再现人识别球的过程，引导学生抽象出人识别球的方法和步骤，启发学生理解机器如何通过“计算”获得感知；通过学生分享回球经验，引导学生把握求解问题的关键步骤，深化学生对机器思维的理解；通过创建活动，让学生自主分析出机器需要学习的内容非常多，为理解概念中“自动”一词的含义做铺垫，并通过小组竞赛的方式，让学生感知“查”和“算”两种方法的效率和异同，启发学生理解“大数据”时代机器获取智能的新途径。通过让学生与Siri聊天，让学生在实践体验的基础上完成知识检测，加深理解。
本节课旨在通过创设活动，让学生亲历运用学科思维方法解决问题的过程，完成教学重点，突破教学难点。
《计算的智能》学习单
——人工智能的基本内容
组号： 组长： 组员：
一、学习新知
1. 观看视频，思考人回球的过程可以分解为哪三步？抽象出每步的关键行为动词。
2. 类比人求解问题需要具备的能力，思考机器需要具备哪些能力才能像人一样回球？
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3. 机器需要学习哪些知识才能打球？例如：球台的大小……（不少于7个）
球台的大小 、_______________、_______________、_______________、_______________、
_______________、_______________、_______________、_______________、_______________... ...
二、 实践应用
1. Siri模拟了人的什么感觉器官？（ ）
A. 视觉 B. 听觉 C. 嗅觉 D. 触觉 E. 味觉
2. 机器感知体现在Siri不仅可以听到话，更能够听_______话。
3. Siri的机器学习体现在哪里？遇到不会的问题它会怎么办？
4. Siri具有哪些机器行为？
5. Siri是否具有机器思维？体现在哪里？
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
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