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视频标签：人工智能,重排九宫问题,及其树表示
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视频课题：粤教版信息技术选修5《人工智能初步》4.1重排九宫问题及其树表示-宁夏 - 吴忠
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4.1重排九宫问题及其树表示
一、教学内容分析
本节课是广东教育出版社信息技术《人工智能初步》（选修5）第四章“问题求解”的第一节内容。本节课以“重排九宫问题”游戏为例，介绍了问题的表示方法，让学生学会用状态树描述待求解的问题，为学习搜索技术奠定基础。 二、学情分析
高中生喜欢新鲜的、有趣的事物，不喜欢枯燥无味的东西。故本节课中以 “重排九宫问题”、“走迷宫”、“四皇后”等游戏问题贯穿教学始终，寓教于乐。让学生在游戏活动中体验用状态树描述待求解问题的过程，初步学习重排九宫等问题求解的思维方式。 三、教学目标
知识与技能：了解重排九宫问题及其状态树的表示，并了解一些树的术语。
过程与方法：引导学生探究学习画待求解的问题状态树的方法；掌握用状态树表示和求
解一些简单问题的过程和方法。
情感态度价值观：通过案例分析，提高学生的学习兴趣，培养学生渴望知识的情感要求。 四、重难点
教学重点：理解树的构成并且能用状态树描述待求解的问题。
重点分析：给出所求解问题的状态树表示，可以使问题更易解决。求解重排九宫问题实际上就是从给定的初始状态移动棋子，以实现预定的目标状态。我们把多种不同的移动过程用一棵状态树来表示，则求解“重排九宫问题”就变成了在一棵状态树上从初始状态到查找目标状态的过程。
教学难点：用状态树描述待求解的问题。
难点分析：对待求解的问题进行分析，找出问题操作过程中的规律和所有可能存在的状态，按照状态空间表示法的要求，画出其状态树，这是一个难点。要引导学生进行探究，示范画待求解的问题状态树的方法。 五、教学方法
讲授法、演示法、分组合作探究法、问题驱动法、练习法。 六、教学策略
本节课以问题驱动为主、以演示、讲授、分组合作探究和练习等为辅展开教学。并尝试从以下三个方面着手，对本节课进行了组织和安排，具体安排见表１－１所示。 １．利用问题导航
思维是从问题开始的，故本节课以学生为主体、以重排九宫问题为学习起点，以问题为核心规划学习内容，让学生围绕问题寻求解决方案。从而激发学生的求知欲，活跃学生思维，提高学生学习的主动性以及在教学过程中的参与程度。以“怎么画状态树”、“为什么画状态树”等问题为纲领，贯穿课堂始终。 2．创设合作情境
安排学生3人为一小组，在画重排九宫问题的状态树时，学生很难在有限的课堂时间内画出来整个状态树。因此，此处安排学生分组合作完成重排九宫问题的状态树，小组学生可以互相探讨合作画出本小组的分支。利用这一教学活动，为学生提供一个自主学习、合作交流的机会，提高学生自主学习的主动性。 3．及时总结整理
首先，在总结重排九宫问题状态树的生成过程时，让学生思并回答这颗状态树是怎样生成的；然后，在重排九宫问题和迷宫问题的状态树讲解结束时，让学生思考并尝试回答为什么要画状态树；最后，对本节课所学进行归纳总结。以上三处皆是先让学生去思考问题，去分析和归纳所学内容。这样让学生自己理清知识脉络，纳入认知系统，从而提高自学能力。
表１－１ 教学策略安排和简述
教学环节 教学策略
说明
导入
视频
激发学生的学习兴趣
自主探究 问题驱动+学生演示 通过问题1，使学生了解棋子的4种移动方法。 讲授
问题驱动+教师演示
通过问题2，演示重排九宫问题的状态树第一步的走法，从而引导学生画出其他分支。
合作探究 问题驱动+小组讨论 在上一步的基础上，引导学生通过分组合作探究的方式将剩下的三步走法列出来。
讲授 问题驱动+讲授 通过问题3，讲授重排九宫问题状态树的生成过程和表示方法。
讲授 问题驱动 通过问题（１）～（3）这3个小问题让学生了解树的术语。
课堂练习 练习+讲授 结合前面所讲的两个案例和问题4，使学生对用状态树表示待求解的问题有一个更深层次的理解。
总结 问题+讲授 学生归纳，教师总结。
七、教学环境 多媒体电子白板教室 八、教学过程
【导入】视频：人机国际象棋大战
提问：通过视频我们了解到计算机深蓝战胜了人类代表伟大的棋手卡斯帕罗夫。那么大家想一想，深蓝是如何进行活动的？它为什么能够战胜人类呢？
引导学生一起分析：首先深蓝存储了很多棋谱，也就是下棋的不同走法，然后依靠强大的计算能力，快速搜索最佳走法，从而战胜了人类。
引出课题：除了下棋以外，生活中还有很多类似的问题可以这样解决这节课我们就来学习4.1重排九宫问题及其树表示。 出示课题：4.1重排九宫问题及其树表示
【新授】
在3*3的方格棋盘上，有8个棋子（1,2,3,4,5,6,7,8,），并留有一个空格，如图4-1所示。通过移动与空格相邻的棋子到空格处，可以生成不同的棋盘状态。 问题1：每步只移动一个棋子，共有几种移法？
分析：有以下四种移法：
第1种移法：把空格左边的的棋子右移；第2种移法：把空格上边的的棋子下移； 第3种移法：把空格右边的的棋子左移；第4种移法：把空格下边的的棋子上移。
问题2：如何通过以上四种移法使棋盘从S0到Sg？
分析：有很多种移法。那如果仅限在4步之内完成，又有哪些移法？
分析：不妨一步一步试一试，把移动四步的移动过程都列出来，看看能不能找到问题的解。 问：哪四步？:
分析：
教师演示讲解第一步，然后引导学生分组合作完成其他三步的移动过程。 第1小组从B1走；第2小组从B2走；第3小组从B3走；第4小组从B4走。 （用希沃助手，将学生的完成情况拍下来并上传。）
S0
Sg
问题3：现在，大家回想一下这颗状态树的生成过程。
动画演示：下面我们一起来再看一下，用S0表示棋盘的初始状态，称为树的根节点。每移动一个棋子，就会生成一个新的棋盘状态。中间用连线表示操作。为了方便，一般我们可以用一个节点代表一种棋盘状态。把这些节点依次连接起来，就可以构成重排九宫问题的状态树。
关于状态树，还有几个问题需要大家了解一下，大家把书翻到第88页，我们一起来了解一下树的几个术语。
（1）这棵树共有几层？根节点是哪个？
（2）什么是分支？节点B2有几个分支？
（3）请举例说明分支节点、父节点、子节点和叶节点。 【课堂练习】
这是一个迷宫图，S0是入口，Sg是出口，把入口作为初始节点，出口作为目标节点，通道作为分支，画出从入口S0出发，寻找出口Sg的迷宫问题的状态树。
迷宫问题的状态树：
问题4：为什么要画状态树？
分析：给出问题的状态树表示，可以使问题更容易解决。如果我们想让计算机帮助我们解决生活中遇到的问题，就必须把待解决的问题表示成某种固定的形式。 【课堂练习】
四皇后问题：一个4*4国际象棋盘，依次放入四个皇后，条件：每行、每列及对角线上只允许出现一枚棋子。要求：画出状态树，求出所有合法布局。
说明：i表示棋子所在行j表示棋子所在列，（1≤i,j≤4）如12表示第一行第二列有一枚棋子。规则：每次只能将一个棋子放在当前行的下一行。
分析：这就是四皇后问题的状态树。在求解这个问题的过程中，从初始状态开始，为实现目标状态，把所有可能存在的状态用一棵状态树表示出来，则求解“四皇后问题”就变成了在一棵状态树上从初始状态到查找目标状态的过程。 【课堂总结】
通过这节课的学习，大家都有哪些收获？ 分析：
首先，知识层面，学生了解了重拍九宫、走迷宫以及四皇后等问题以及树的一些术语； 其次，技能层面，学生学习了如何用状态树表示这些问题从而找到问题的解；
情感态度层面，使学生学会 “用状态树表示问题从而求解问题的这种解决问题的思路”来解决生活中的一些问题。从而培养学生渴求学习新知识的欲望。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
