《身边的人工智能》教学设计.docx

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《身边的人工智能》教学设计

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钮洪斌

●学科核心素养

主动关注信息技术发展中的新动向和新趋势，有意识地使用新技术处理信息。（信息意识）

总结利用计算机解决问题的过程与方法，并迁移到与之相关的其他问题解决中。（计算思维）

●学习内容分析

近年来，人工智能技术已经广泛应用于各行各业，并将在社会生活中发挥越来越重要的作用。人工智能实际上是一种让机器模仿人类智能行为的技术，目前来说，人工智能主要模仿了人类的三种能力：模仿人类对周围环境的感知，包括视觉、听觉等，如人脸识别、语音控制;模仿人类动作，包括人类手、脚等的动作，如语音合成、自动驾驶;模仿理性思考，包括推理、决策和规划等，如下棋。xDing是一款基于Scratch2.0开发的图形化编程软件，集成了百度云AI模块，通过简单的图形化编程，就可以设计与制作出简单的人工智能作品。当前，实现人工智能的主流方法是机器学习，机器学习就是通过学习大量的数据，使计算机能模仿人类的智能行为。

●学习者分析

本课学习者是小学五年级的学生，这个年龄段的学生好奇心强，易接受新鲜事物，喜欢交流和分享，在观察、分析、思考能力上都有非常好的表现。这个阶段的学生，也已经具备了一定的计算机操作技能，能够较熟练地操作一些常见的应用软件，能够比较熟练地使用Scratch设计出一些相对复杂的脚本，这些为xDing的使用提供了良好的基础。学生可能听说过人工智能，也有学生见过甚至使用过人工智能产品，但对于什么样的技术可以称为人工智能却无从回答，也不知道其中的实现原理。

●学习目标

（1）体验人工智能产品，认识什么是人工智能。

（2）使用xDing搭建能够识图认物的人工智能作品。

（3）剖析人工智能作品，了解人工智能的基本实现原理。

（4）借助视频和交流，体验人工智能的典型应用。

●教学过程

1.人机识物，认识人工智能

师：同学们，今天我们教室里多了许多植物。

活动1：人与APP共认植物。

（1）说一说：这些植物的名字叫什么。

（2）做一做：使用“形色”APP来识别植物。

平板实际上就是一台小型计算机，但“形色”等APP使它具有了本来人类才有的识图认物的能力，这种让机器模仿人类智能行为的技术就称为人工智能。我们现在常说的AI（ArtificialIntelligence），就是指人工智能。今天，我们就一起来走进身边的人工智能。

设计意图：人工智能离小学生的生活并不遥远，但是想让小学生理解到底什么是人工智能还是比较困难的。为此，本环节先由学生自己识物，再通过“形色”APP拍照识物，让学生体验、感受这种人工智能产品的功能，从而明白人工智能就是一种让机器模仿人类智能行为的技术。

2.动手操作，尝试人工智能

师：这个APP很神奇吧。接下来，我们也来做一个人工智能作品。

活动2：使用xDing设计识图认物作品。

（1）打开“样例.sb2”，执行脚本，观察结果。

（2）打开“识别”控件中的下拉列表看一看，除了视频，还可以通过什么方式获取信息？除了能识别植物，还可以识别什么内容？

（3）获得识别内容后，脚本是如何执行的？

（4）修改脚本，设计一个自己的人工智能作品（如表1）。

小结：通过摄像头或者照片获取需要识别的内容，脚本对获取的内容进行识别分析，识别的结果通过广播反馈给角色，由角色输出识别的结果，模仿了人类通过视觉感知客观世界的能力。

设计意图：xDing是基于Scratch2.0开发的图形化编程软件，集成了百度云AI模块，可以实现人工智能产品的便捷开发。借助xDing软件，学生能够快速地把想法变为现实。为了降低学生从零开始进行程序设计的难度，采用“使用—修改—创作”这种教学思路，首先提供给学生一个完整的样例作品，在使用的过程中了解软件AI模块的功能与使用方法，再通过修改样例脚本实现自己的想法，学生在做的过程中思考做什么以及如何分步骤地做，体会利用人工智能技术解决实际问题的基本过程。

3.剖析作品，理解人工智能

师：借助xDing，我们实现了识图认物的人工智能作品。那么，计算机是如何做到模仿人类识物的智能行为的呢？

活动3：探究人工智能的基本实现原理。

（1）观看微视频，思考：机器是如何获得认知能力的？在猫狗识别应用中，机器学习的内容是什么？

小结：机器可以像人类一樣通过学习来获得能力。机器通过不断地看图进行学习，从而提高自己的识图能力。图片是一种数据表现形式，所以，从本质上来说，机器学习是一种向数据学习的方法。

（2）使用百度的EasyDL定制猫狗识别的图像分类模型，校验学习不同数量图片的猫狗识别智能模型，比较它们的识别能力（如表2）。

小结：训练的数据量越大，图像的识别率越高。

设计意图：学生带着问题观看视频，通过视频的动态演绎，将