4.3人工智能的應用與影響教學設計人教-中圖版高中信息技術必修1

第4章走進智能時代4.3人工智能的應用與影響教學設計教學背景信息科技是現(xiàn)代科學技術領域的重要部分，主要研究以數(shù)字形式表達的信息及其應用中的科學原理、思維方法、處理過程和工程實現(xiàn)。當代高速發(fā)展的信息科技對全球經濟、社會和文化發(fā)展起著越來越重要的作用。義務教育信息科技課程具有基礎性、實踐性和綜合性，為高中階段信息技術課程的學習奠定基礎。信息科技課程旨在培養(yǎng)科學精神和科技倫理，提升自主可控意識，培育社會主義核心價值觀，樹立總體國家安全觀，提升數(shù)字素養(yǎng)與技能。教材分析本節(jié)課的教學內容選自人教/地圖出版社第4章走進智能時代4.3人工智能的應用與影響，信息技術的發(fā)展與普及為我們創(chuàng)造了一個全新的數(shù)字化生活環(huán)境。它們在給我們帶來生活便利的同時，也在逐漸地改變著我們的生活方式。在2018年的上?？萍疾┯[會上，有一位聲音甜美、行動自如的機器人“小i”，受到了人們的關注?！澳銜鑶幔俊薄翱刹豢梢越o我講個笑話？”“明天的天氣怎么樣？”人們爭搶著和這個可愛的機器人對話。小i不僅逐一回答了它所“聽”到的每一個問題，還不時地用一個個笑話、萌勁十足的表情，以及語氣逗樂了現(xiàn)場的觀眾。其實，它是我國一家智能科技公司開發(fā)的一款具有自我學習能力的實體機器人。該科技公司在自然語言處理、語義分析和理解、知識工程和智能大數(shù)據(jù)等方面走在了世界前列，它研發(fā)的相關智能技術已經在我國的金融、醫(yī)療、交通等領域得到廣泛應用。同學們，想想還有哪些人工智能技術就在我們的生活中？它有哪些奇妙之處？又如何影響著我們的生活？現(xiàn)在，就讓我們一起走進這神奇的人工智能artificialintelligence，簡稱AI）世界吧！本章我們將以“智能交互益拓展”為主題開展項目活動，體驗人工智能對日常生活的影響，了解人工智能的關鍵技術，認識人工智能在信息社會中的重要作用。學情分析此節(jié)課針對的對象是高一年級的學生。學生已經具備了一定的邏輯思維能力，能夠對問題進行客觀的分析和評價。同時，學生在近個學期的學習中已經對人工智能技術有了初步的認識。但是，學生對人工智能技術的應用和影響尚缺之系統(tǒng)的了解，對人工智能技術發(fā)展帶來的負面影響也不清楚。因此，將通過實際案例的分析和拓展項目的實施，幫助學生全面了解人工智能的應用與影響。教學目標1.了解人工智能技術在不同領域的應用。2.感受人工智能技術對人類的影響，思考人工智能廣泛使用可能會引發(fā)的社會問題及應對策略。教學重點與難點重點:體驗常見的人工智能技術，體會其背后的人工智能原理，感受人工智能的魅力。難點:理解典型案例中人工智能技術實現(xiàn)的原理。教學方法與教學手段案例分析法、講授法、任務驅動法。教學過程問題導入提出問題，引發(fā)思考：體驗探索誠信點亮人生人工智能技術可以用于基礎研究、技術研發(fā)、產業(yè)發(fā)展和行業(yè)應用。通過采集用戶的日常行為信息，結合大數(shù)據(jù)分析，利用人工智能技術進行用戶數(shù)據(jù)畫像、信用評估并產生信用報告（圖4.3.1）。信用報告在找工作、買房、買車、辦信用卡等過程中都起著重要的作用。我國正逐步建立和完善社會信用體系，個人誠信信息也會記錄到個人信用體系中。自覺遵守信息社會的行為規(guī)范和道德準則，是每個公民需要承擔的信息社會責任?！罢\信點亮人生”，誠信是幸福生活的基礎！思考：查閱相關資料，從數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)分析及信息應用等方面討論人工智能技術在形成個人信用報告中所起的作用。人工智能的應用人工智能不僅影響著個人生活，對社會其他領域也有重要影響。人工智能與行業(yè)領域的深度融合改變和重塑了傳統(tǒng)行業(yè)，其應用主要包括工業(yè)、農業(yè)、醫(yī)療及安全保衛(wèi)等行業(yè)。人工智能在工業(yè)中的應用人工智能引發(fā)了工業(yè)的巨大變革。如今，工業(yè)機器人在工業(yè)生產中已經可以代替人做某些單調、重復的長時間作業(yè)，或從事危險、惡劣環(huán)境下的作業(yè)。通過整合來自物聯(lián)網傳感器、維護日志和其他外部資源的數(shù)據(jù)，使用圖像識別技術進行目視檢查和故障檢測，人工智能可以更好地預測和避免機器故障，從而提高生產力，降低廢料率和測試成本。例如，上海洋山深水港是我國運用物聯(lián)網、自動化、大數(shù)據(jù)、云計算和人工智能等技術自主建造的規(guī)模大、技術先進的智慧型港口。全自動化碼頭智能生產管理控制系統(tǒng)是洋山深水港的“大腦”，它與上海港各大數(shù)據(jù)信息平臺銜接，提供智能的生產計劃模塊、實時作業(yè)調度系統(tǒng)及自動監(jiān)控調整等功能。智能控制系統(tǒng)是洋山深水港的“神經”，它把自動導引車變成一個個智能車隊，把一臺臺場橋起重機變成一個個智能化的堆場，把一座座岸橋起重機變成能自主作業(yè)的巨型機器人。操作員只需坐在計算機前，用智能控制系統(tǒng)協(xié)調這些智能化設備和系統(tǒng)，自動高效地完成碼頭操作系統(tǒng)下達的裝卸任務，就可以實現(xiàn)碼頭裝卸、水平運輸、堆場裝卸環(huán)節(jié)的全過程智能化。其中，自動導引車借助無線通信、自動調度和精密定位系統(tǒng)，在地面敷設的6萬多個磁釘?shù)囊龑?，能準確無誤地將集裝箱運送到指定位置，如圖4.3.2所示。人工智能在農業(yè)中的應用智能化農業(yè)指利用信息技術結合設施、設備來指導農業(yè)預測、實施生產?；谖锫?lián)網的智能化農業(yè)可用于大中型農業(yè)種植基地、設施園藝、畜禽水產養(yǎng)殖和農產品物流。智能化農業(yè)機器人能夠自動識別農作物，確定幼苗間距是否合適，雜草是否該除，什么時候除等，以幫助農民減少購買農藥的支出和人力的投入。例如，基于機器視覺的病蟲害自動監(jiān)測平臺，可以幫助農民科學判斷病蟲害的狀況。實際使用時，農民為農作物拍照，將照片上傳到病蟲害自動監(jiān)測與預警系統(tǒng)，系統(tǒng)通過圖像識別，識別出破壞農作物的病蟲害，找出對應的措施和方法，幫助農民進行相應的處理，如圖4.3.3所示。人工智能在醫(yī)療衛(wèi)生中的應用人工智能的快速發(fā)展為醫(yī)療衛(wèi)生領域向更高的智能化方向發(fā)展提供了技術條件。智能醫(yī)療在輔助診療、疾病預測、醫(yī)療影像輔助診斷、藥物開發(fā)等方面發(fā)揮了重要作用。在輔助診療方面，通過人工智能可以有效提高醫(yī)護人員工作效率，提升一線全科醫(yī)生的診斷治療水平。在疾病預測方面，人工智能借助大數(shù)據(jù)技術可以進行疫情監(jiān)測，及時有效地預測并防止疫情的進一步擴散和發(fā)展。在醫(yī)療影像輔助診斷方面，通過智能化的影像判讀系統(tǒng)對特征進行提取和分析，為患者預前和預后的診斷和治療提供評估方法和精準診療決策，節(jié)約了人力成本。一位經過訓練的醫(yī)療專家每天診治患者的數(shù)量是有限的。如今，利用人工智能技術可以輔助醫(yī)療專家提高對患者的診治效率。例如，智能機器人使用數(shù)量龐大的患者診療電子檔案數(shù)據(jù)，可以在極短的時間內找出患者的病理依據(jù)，輔助醫(yī)療專家迅速、準確地對患者的病情作出判斷，如圖4.3.4所示。人工智能在安全保衛(wèi)行業(yè)中的應用隨著智能安防系統(tǒng)在全國各地普及，“天網”已初具規(guī)模。2017年，英國廣播公司的一名記者在貴陽經過當?shù)鼐降脑S可做了一次模擬測試。警方用拍下他的面部照片，將其錄入“嫌疑人”名單。隨后，這名記者開始了他的“潛逃之旅”。然而僅用了幾分鐘，他就被警察“抓獲”了。圖4.3.5是人工智能在警務工作中的應用。人工智能的發(fā)展給社會建設帶來了新的機遇，在教育、養(yǎng)老、環(huán)境保護、城市運行等領域的廣泛應用，極大地提高了公共服務精準化水平，全面提升了人們的生活品質。人工智能的影響人工智能技術給人類社會帶來的影響是全方位的。人工智能機器可以替代人類做一些危險、繁重的工作；人工智能機器可以持續(xù)工作，大大地提升工作效率，節(jié)約大量的社會成本；人工智能機器可以代替人類做家務，幫助人類學習，實時監(jiān)護人類的健康，并能為人做精準診斷和治療；人工智能技術還可以拓展人類的感知，幫助人類探索新的未知領域，讓人們的生活越來越美好。但是，任何事物都具有兩面性，人工智能技術也不例外。它在隱私、安全和倫理方面給人類帶來了新挑戰(zhàn)，值得我們深思。例如，國外一個“打擊犯罪的機器人”曾因誤判而導致一名16歲的少年受傷。早在1950年，就有人提出了機器人三定律。第一定律：機器人不得傷害人類個體，或者目睹人類個體將遭受危險而袖手旁觀。第二定律：機器人必須服從人類給予它的命令，當該命令與第一定律沖突時例外。第三定律：機器人在不違反第一、第二定律的情況下要盡可能保護自己的生存。我國《人工智能標準化白皮書（2018版）》提出了應當遵循的原則：一是人類利益原則，即人工智能技術應以實現(xiàn)人類利益為終極目標；二是責任原則，即在技術開發(fā)和應用兩方面都建立明確的責任體系，以便在技術層面可以對人工智能技術開發(fā)人員或部門問責，在應用層面可以建立合理的責任和賠償體系。人工智能技術的不斷發(fā)展和完善，為人類社會的發(fā)展提供了新的工具和動力。如何面對人工智能對人類社會的影響，如何更好地利用它為人類社會服務，是我們所有人應該思考的問題。項目實施“智能班級交互系統(tǒng)”的應用拓展一、項目活動在與“智能班級交互系統(tǒng)”對話的過程中產生了大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)被保存在智能平臺上，處理這些數(shù)據(jù)，可以幫助我們拓展“智能班級交互系統(tǒng)”的應用。1.在使用“智能班級交互系統(tǒng)”對話過程中會產生諸如對話時間、學生問題、機器人回復解答等數(shù)據(jù)，對這些數(shù)據(jù)進行歸類。2.對“智能班級交互系統(tǒng)”數(shù)據(jù)進行分析。利用前面章節(jié)學習的知識，找出同學們最關心的問題。3.對“智能班級交互系統(tǒng)”進行個性化設置。觀察：哪些問題有答案，哪些問題，正確答案是什么等，然后根據(jù)問題結果不斷充實完善知識庫。4.完善項目成果，并進行交流。二、項目檢查導出“智能班級交互系統(tǒng)”的數(shù)據(jù)并豐富其知識庫，撰寫支持學習改進、提升的方案。總結評價1.教材P151的圖展示了本章的核心概念與關鍵能力，請同學們對照圖中的內容進行總結。2.根據(jù)自己的掌握情況填寫下表。學習內容掌握程度人工智能概念□不了解□了解□理解人工智能技術□不了解□了解□理解人工智能平臺□不了解□了解□理解人工智能工具□不了解□了解□理解人工智能應用□不了解□了解□理解項目評價在完成項目活動后，請各組對項目完成情況進行評價。評價實施圍繞項目主題、實施過程、分工合作、項目成果和展示交流五方面進行。根據(jù)項目評價中的評分參考，結合項目實際完成情況，確定各項評分結果，給出評分理由。同時，對項目活動進行全面梳理，指出需要進一步改進的地方。將評價內容如實填寫到項目評價表中。評價項評分參考評分（1～5分）評分理由待改進之處項目主題項目主題能反映出學科核心素養(yǎng)的要求（信息意識、計算思維、數(shù)字化學習與創(chuàng)新、信息社會責任）；主題任務與學習目標保持一致實施過程項目研究計劃詳細，準備充分；實施過程完整，過程記錄翔實，資料豐富；研究數(shù)據(jù)來源渠道多，出處明確，收集方式多樣，質量高；研究方法得當，技術手段適宜分工合作小組成員分工明確，態(tài)度積極，參與度高;善于提出問題，分析問題，解決問題能力強；踴躍分享觀點，交流充分；能在完成自己任務的前提下，樂意幫助他組完成任務項目成果項目活動成果豐富，內容具體，符合項目目標要求；研究結論清晰準確，有價值，有創(chuàng)新，具有指導及建設意義；項目報告或作品內容完整，論述充分，表述清楚，整齊美觀展示交流項目展示形式新穎，綜合運用多種技術呈現(xiàn)成果，表現(xiàn)力強；語言表達清晰準確，邏輯性好項目總分課后作業(yè)練習提升1.查閱資料，了解人工智能在不同領域應用的典型案例，完成表4.3.1。表4.3.1人工智能的應用領域及典型案例序號應用領域典型案例1智能工業(yè)2智能農業(yè)3智能醫(yī)療4智能教育5智能安防6智能交通7智能家居8智能服務2.討論人與人工