认识人工智能 – 教案
课程主题 01-认识人工智能 【知识与技能】 1. 学习人工智能的定义； 2. 认识图灵测试； 3. 学习人工智能的起源； 教 学 目 标 4. 学习人工智能的发展史包括三次高潮和两次低谷； 5. 学习专家系统。 【过程与方法】 1. 通过视频结合互动，学生在互动中学习人工智能； 2. 通过场景引入，学生在场景互动中了解图灵测试； 3. 通过人工智能历史的学习，学生在历史中学习人工智能的起源与发展； 4. 通过问题建模，学习专家系统。 【情感态度与价值观】 1. 通过场景结合、视频互动等方式，培养学生养成良好的学习习惯，掌握适合自身的学习方法。 这节“认识人工智能”为本学期的第一节课，学生没有人工智能基础。这节课会帮助学生们学习人工智能的相关知识内容，学情分析 包括人工智能的定义、人工智能中著名的图灵测试、人工智能的起源与发展史（三次高潮与两次低谷）、著名的专家系统等内容，让学生们从历史起源到展望未来来了解人工智能。 内容及重难点分析 教学方法 教学准备 教学时长 重点：人工智能的定义、图灵测试、人工智能的发展史 难点：专家系统 讲授法 提问法 演示法 自主探究 操作实践 PPT 45min
教学过程
教学步骤 课程导入 教师活动 1.讲解1：讲解课程模块，主要分为四个模块（1）认识人工智能（2）认识图灵测试（3）人工智能的历程（4）专家系统 每堂课还有课后总结以及练习题。 时长 2min 认识人工智能 课程详解 （老师）第一部分知识模块讲解 1. 讲解1：给学生观看一个人工智能的视频。 提问：提出两个问题。第一个问题：人工智能主要结合了哪几门学科？第二个问题：人工智能的目标是什么？ 答案：人工智能主要结合了数学、计算机、心里学等学科，目的是让机器实现原本只有人类才能完成的任务。 2. 讲解2：人工智能的定义是指机器模拟、延伸和增强人的智能。 提问：又是如何模拟的呢？看如下案例。展开你们的想象如何研发一辆小汽车？ 回答：在研发人工智能之前，研发一辆小汽车。 第一步：要设计汽车的模型、设计需要什么汽车组件，我们总结为“设计研发”； 第二步：根据设计的图纸，购买材料和零件； 第三步：设计的图纸已经拥有了，材料也购买完毕了，这时候需要人力去把材料和零件结合设计图纸进行组装。 3. 讲解3：刚才的三个步骤，都是有人力来设计图纸、购买材料、组成零件。未来的人工智能，不局限于研发小汽车，研发大型机器人，研发大型机器人的过程，包括设计图纸、制作零件、组装都不需要人力的参与，都是由机器人来完成。 （老师）讲解第二模块的知识点 1. 提问：观察如图中的漫画，各位同学能得到什么样的结论？ 回答：第一幅图，狗与狗对着叫，可以比作是一只狗与另一只狗在沟通。 第二幅图，狗与一个播放着狗的叫声的机器对着叫，但是狗并没有认出这是一个机器，还是觉得它与一只同类在进行沟通。 当机器也可以骗过人的时候，那么这台机器就具有人类智能。 2. 讲解1：认识图灵，英国的数学家、逻辑学家，他被称为人工智能之父。 提问1：为何称之他为人工智能之父？ 回答：1950年他发表论文《计算机器与智能》，提出著名的“图灵测试”。 如果第三者无法辨别人类与人工智能机器反应的差别， 则可以论断该机器具备人工智能。 8min 认识图灵测试 10min 3. 讲解2：图灵测试的定义：如果有超过30%的测试者不能确定出被测试者是人还是机器，那么这台机器就通过了测试，并被认为具有人类智能。比如我们现在挑选10名同学，参加一个测试，与一个聊天机器人进行聊天，前提是这10个人不知道这是个机器人。测试这10个人，如果有超过3个人不能确定出被测试的对面是人还是机器，就能证明这个聊天机器人具有人类智能。 4. 互动体验：现在这里有一个视频对话的片段，老师可以提前告诉你这个视频中对话的两个人有一个是机器人。现在我们来判断下这个语音对话机器人是否具有人类智能。 播放视频…. 回答：视频中的男声是人工智能机器人，女声是真的人。现在的人工智能可以实现以假乱真了。 （老师）讲解第三模块的知识点 1. 讲解1：人工智能的起源，人工智能(AI，Artificial Intelligence)最初是在1956年的Dartmouth学会上提出来的，标志着人工智能的诞生。 1956年8月，在美国汉诺斯小镇宁静的达特茅斯学院中，以约翰·麦卡锡（John McCarthy）为首的一群科学家开会研讨“如何用机器模拟人的智能”，在会上提出“人工智能”这一概念，标志着人工智能学科的诞生。人工智能概念从提出距今已有六十多年的发展历史。 2. 讲解2：介绍人工智能的三次高峰和两次寒冬，分为起步发展期、反思发展期、应用发展期、低迷发展期、稳步发展期、蓬勃发展期，稳步发展期与蓬勃发展期都是上升时期，所以合并被称为人工智能的第三次高峰。 3. 讲解3：详细介绍三次高峰和两次低谷 第一次高潮：介绍了四副图片，在PPT中的备注部分对应四幅图的播放顺序，有相关的文字参考。 第一次寒冬：介绍了四副图片，在PPT中的备注部分对应四幅图的播放顺序，有相关的文字参考。 第二次高潮：介绍了四副图片，在PPT中的备注部分对应四幅图的播放顺序，有相关的文字参考。 第二次低谷：介绍了一副图片，在PPT中的备注部分，有相关的文字参考。 第三次高潮：介绍了三副图片，在PPT中的备注部分对应三幅图的播放顺序，有相关的文字参考。 人工智能的起源 10min （老师）讲解第四模块的知识点 1. 讲解1：引言，在讲述人工智能的三次高峰和两次低谷的过程中，专家系统这个名词贯穿了这几次波动期，几乎在每次的时期，专家系统都是有着举足轻重的位置。 2. 讲解2：讲解什么是专家系统，专家系统（Expert System)是一种在特定领域内具有专家水平解决问题能专家系统 力的程序系统。（强调程序系统）专家系统属于人工智能的一个发展分支，自1968年费根鲍姆等人研制成功第一个专家系统DENDEL以来，专家系统获得了飞速的发展，并且运用于医疗、军事、地质勘探、教学、化工等领域，产生了巨大的经济效益和社会效益。现在，专家系统已成为人工智能领域中最活跃、最受重视的领域。 3. 讲解3：介绍故事背景，目的是创造一个“鸟类的专家系统”。 10min 互动提问：下面有如下五种鸟类，这些鸟类有哪些特征呢？哪里不同呢？ 老师回答：我们从四个特征来区分这几种鸟类，分别是体重、翼展、脚蹼、后背的颜色。 观看如下图表：哪种鸟的体重最重？回答：潜鸟；哪种鸟有脚蹼？回答：潜鸟；翼展最长的是哪种鸟类？回答：鹭鹰； 如图表所示是老师提前搜集了相关的数据制定成的表格用于区分不同鸟类需要使用的四个不同的属性值，我们选用体重、翼展、有无脚蹼以及后背颜色作为评测基准。 现实中，你可能会想测量更多的值。通常的做法是测量所有可测属性，而后再挑出重要部分。下面测量的这四种值称之为特征。 4. 讲解4：表数据分析，分析这四种特征，（1）体重和翼展本身就是数值型，就是十进制数字，不需要10进制转换；（2）分析脚蹼特征，脚蹼只有有还是没有两种情况，是二值型，用阿拉伯数字替代可以用0和1表示。（3）分析后背颜色，利用常见的七色作为测评特征，设定颜色对应数字。 5. 讲解5：特征数值化，左边的七色板就是把颜色转化为数字后的结果。这个时候，把色号对应到不同鸟类的后背颜色上，把汉字转变为数值的形式。 6. 互动提问：现在我们需要寻找一种鸟类，叫做象牙喙啄木鸟，因为找到了这个啄木鸟我们就会获得高额悬赏。请你设计一个流程来帮助我寻找到这种鸟。 回答： （1）方法一：最简单的方法是安装一个喂食器，然后雇用一位鸟类学者，观察在附近进食的鸟类。 如果发现象牙喙啄木鸟，则打电话通知我们。这种方法太昂贵，并且如果鸟类学者真的发现了象牙喙啄木鸟也并不会通知我们，而是会直接去领奖。最重要的是专家在同一时间只能出现在同一个地方。 （2）方法二：把方法一进行自动化处理。 第一步：安装多个带有照相机的喂食器，同时接入计算机用于标识前来进食的鸟。 第二步：在喂食器中放置称重仪器以获得鸟的体重。（特征一的获取） 第三步：利用计算机视觉技术来提取鸟的翅膀长度。（特征二的获取） 第四步：利用计算机视觉技术来获得鸟脚掌的类型。（特征三的获取） 第五步：利用计算机视觉技术获得鸟后背的颜色。（特征四的获取） （3）总结：提取相关的特征信息，对比我们的表格特征值，特征相近的我们就可以进行归类了！ 使用这种方式寻找象牙喙啄木鸟！我们通过这种方式来设计鸟类的专家系统。 课堂总结 5min 习题练一练 1. 扫码进入服务号，进行本节课题目的练习。
