《初识人工智能》教学设计

魏庆波

一、教学目标

知识与技能：理解人工智能技术的含义和原理；能够列举出人工智能技术在社会生产、生活中的一些应用。

过程与方法：在体验智能信息工具软件的过程中，理解其基本工作原理，了解其实际应用价值。

情感、态度与价值观：提升对人工智能的认识，发展辩证思维，客观认识人工智能技术对社会的影响，培养正确的科学技术应用观。

二、教学重点、难点

重点：探究人工智能原理，了解其应用领域和实用价值。

难点：辩证看待人工智能，客观认识人工智能技术对人类社会的影响。

三、教学过程

1.创设情境问题引入

大屏幕出示一则新闻：2004年6月12日，“美女棋后”诸宸在与“紫光之星”的人机大战第二回合比赛中再次不敌“紫光之星”，以0：2的总比分告负。连续两次不敌“紫光之星”，她并不服气，感慨道：“我今天战败了，但并不是真正输给了电脑。”

师：“紫光之星”是一台超级笔记本电脑，它为什么能够打败诸宸？它采用了什么技术？诸宸赛后为什么说她并不是真正输给了电脑？

学生热烈讨论，均提及电脑采用了人工智能技术，但对诸宸的说法并不真正理解。

设计意图：从学生感兴趣的新闻事件入手，一开始就集中起学生的注意力。

师：人机大战利用的是人工智能技术应用中的计算机博弈。人工智能是对人类大脑机理的模拟，是用机械和电子装置来模拟和代替人类的某些智能，也称为“机器智能”或“智能模拟”。为了让大家更好地理解人工智能，咱们先来做两个实验，探讨一下人类大脑是如何工作的。

2.趣味实验思考原理

实验一：蒙住眼睛走到终点

教师指定起点与终点，之间无任何障碍物。终点处站一名学生，起点处站甲、乙两名学生，其中学生乙被蒙住了眼睛，而甲没有。要求两名学生走到终点。

学生甲很快就准确到达了终点。学生乙缓慢移动，最终偏离终点。

师：为什么甲能到达终点，而乙不能？如果终点的学生一直说话或拍手，情况会有不同吗？

学生讨论并积极发言。

生：甲能够看到终点。这样，大脑就能控制身体不断向终点移动。如果终点的学生说话或拍手，乙也能够到达终点。

设计意图：通过实验强调大脑要依据反馈信号不断调整，输出正确的控制信号。

实验二：辨识英文单词

教师在屏幕上显示两组英文单词，让学生说出它们的中文意思。第一组单词较简单，如football、sky、teacher、class- mate，学生很快就能说出这些单词的中文意思。第二组是托福英语词汇，如bullion、versed、elusive、sophisticated。学生没接触过，大都摇头说不认识。

师：请思考，为什么这些单词你们有的认识，有的不认识？

学生讨论并积极发言。

生：我们学过、能记住的就能认识。没学过、记不住的就不认识。

设计意图：引导学生认识到，我们大脑识别事物的依据——把获取的信息与记忆信息进行比对，为后面解释人工智能应用中的模式识别设下类比基础。

师：实验一对我们的启示是，我们的大脑通过感知系统（包括视觉、听觉、触觉等）获得输入符号，对比终点这一输出符号，找出它们之间的关系，通过神经系统传达控制信号，控制我们的骨骼肌肉等系统来实现到达终点的目的（准确进行信息输出）。所以，如果终点的学生发出声音，学生乙也能够到达终点。实验二对我们的启示是，大脑符号中的存储符号与输入符号之间的关系。大脑把输入符号与存储符号进行比对，建立某种结构关系，从而对输入符号进行识别。

3.体验人工智能技术

师：既然人工智能是对人类大脑机理的模拟，其工作原理应该是模仿大脑的，应该具备输入、输出、存储、比较、建立结构关系等功能。我们通过体验人工智能应用的实例来探究一下。

体验一:与计算机下中国象棋

教师指导学生打开中国象棋大师软件，进行体验。

师：请同学们在体验过程中思考该软件是如何工作的。

学生操作和讨论。

设计意图：回应引入时的新闻，让学生体验并理解“象棋软件”的工作原理。

师：计算机博弈是人工智能的一个应用，计算机首先根据“对手棋子图像的位置改变”这一输入反馈信号，到棋谱库中去比对，找出能够应对的办法，产生控制信号，改变自己棋子图像的位置。这与实验一中的根据反馈信号调整控制信号类似，同时也要有实验二中的存储信号，即经典对战棋谱库。那么，级别中的初级、高级、特级分别代表什么呢？

生：棋谱库的级别与多少。

师：我们可以这样理解。好，大家现在能找到“紫光之星”战胜诸宸的原因了吗？

学生积极讨论并回答，均提及计算机棋谱库很多、计算机运算速度很快。

师（总结）：“紫光之星”采用了64位核心处理器，运算速度很快；软件则是国际上最好的国际象棋软件弗力茨，据说在短时间内能精确算出胜率极高的第13步布局运算，相当于国际等级2600分，超过诸宸约100分，而且存储了200多万盘棋谱，所以诸宸两战皆负。

体验二:扫描仪+OCR文字识别

教师用扫描仪把教材中纯文字的一页进行扫描，并在之前特意用小刀把一个字的笔画刮去一部分，然后用OCR字符识别软件进行识别。

师：大家看，经过扫描仪扫描之后，文字变成了图像，但经过OCR识别后，就变成了可编辑的文字。

学生仔细观察后讨论。

教师提醒学生注意未被识别出来的那个字，让学生思考文字扫描质量与最终的识别成功率之间的关系以及这种识别有没有应用价值。

设计意图：对照实验二探究模式识别原理，并讨论其应用价值。

生：如果扫描的文字不全或字迹不清，进行识别时就有可能失败。

师：很好。这种模式识别其实与我们刚才做的实验二类似。它首先要对获得的信号（这里是指文字的图像）进行处理，如角度纠正、去除干扰等，然后提取其数据特征，与其存储的信号库中的数据（这里是指文字库）进行比对。能够吻合的，识别成功；不能吻合的，识别失败。

教师介绍模式识别的种类：语音识别、手写识别、指纹识别等，介绍其巨大的应用价值。

4.探究人工智能否超过或取代人类智能

师：通过以上两个体验活动，大家认识了人工智能的优点和巨大的应用价值。那么，人工智能会超过或取代人类智能吗？科幻片《机械公敌》中机器人统治人类的场面会不会出现呢？请大家访问http://alice.pandorabots.com智能网站，先和Alice聊聊天，看看她能否具备人类的思维。

学生打开该网站，与Alice聊天。

学生讨论，大部分认为有时Alice答非所问。

师：再次回到本课开始的新闻，诸宸说她不是败给了“紫光之星”，我们也好理解了——因为“紫光之星”具有超快运算速度的CPU是人类发明制造的，象棋软件及其存储的200万盘棋谱也是人类设计的，诸宸真正败给的是人类的集体智慧。

设计意图：进一步帮助学生理解人工智能的原理，即人工智能是对人类大脑机理的模拟，没有真正的思维能力，更谈不上超过或取代人类大脑。

5.课堂总结

师：人工智能是人类创造的，能够代替人类的一部分智力劳动，其工作程序最终由人类控制。人类思维包含逻辑、形象、直觉、顿悟等方式。人类的创造性主要体现在后三种思维方式中，而人工智能迄今只会模仿人类的逻辑思维而已，尽管在运算速度、数据处理能力等局部功能上超过了人类智能，但要赶上甚至超过人类，现在看起来比较渺茫。

（作者单位：山东肥城市第一高级中学）