2023-2024學(xué)年滬科版（2019）高中信息技術(shù)必修一4.1《了解手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別-體驗(yàn)人工智能》教案

2023-2024學(xué)年滬科版（2019）高中信息技術(shù)必修一4.1《了解手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別——體驗(yàn)人工智能》教案授課內(nèi)容授課時(shí)數(shù)授課班級(jí)授課人數(shù)授課地點(diǎn)授課時(shí)間設(shè)計(jì)意圖本節(jié)課旨在通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生了解手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別技術(shù)，體驗(yàn)人工智能的基本原理和應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能的興趣和好奇心。結(jié)合滬科版高中信息技術(shù)必修一4.1節(jié)內(nèi)容，本節(jié)課將幫助學(xué)生掌握手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的基本概念、原理和方法，培養(yǎng)學(xué)生的信息處理能力和創(chuàng)新思維，為后續(xù)學(xué)習(xí)人工智能相關(guān)知識(shí)奠定基礎(chǔ)。同時(shí)，通過(guò)實(shí)際操作和案例分析，提高學(xué)生對(duì)信息技術(shù)課程的實(shí)踐操作能力，增強(qiáng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作和問(wèn)題解決能力。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.信息意識(shí)：培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)獲取、評(píng)估和利用信息技術(shù)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，通過(guò)手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)信息技術(shù)的敏感度和應(yīng)用意識(shí)。

2.計(jì)算思維：引導(dǎo)學(xué)生理解手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的算法原理，培養(yǎng)其邏輯思維和抽象思維能力，提高分析問(wèn)題和設(shè)計(jì)解決方案的能力。

3.信息社會(huì)責(zé)任：教育學(xué)生了解人工智能的發(fā)展趨勢(shì)及其對(duì)社會(huì)的影響，培養(yǎng)學(xué)生遵守信息倫理，合理使用信息技術(shù)的責(zé)任感。教學(xué)難點(diǎn)與重點(diǎn)1.教學(xué)重點(diǎn)

-手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的基本概念：讓學(xué)生理解手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別是人工智能在圖像識(shí)別領(lǐng)域的一個(gè)應(yīng)用實(shí)例。

-識(shí)別算法的原理：介紹神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、深度學(xué)習(xí)等基本算法在手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別中的應(yīng)用，如MNIST數(shù)據(jù)集的識(shí)別過(guò)程。

-實(shí)踐操作能力：通過(guò)使用編程工具（如Python、TensorFlow等）實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別程序。

舉例：重點(diǎn)講解卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）在手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別中的作用，以及如何利用Python和TensorFlow庫(kù)搭建簡(jiǎn)單的識(shí)別模型。

2.教學(xué)難點(diǎn)

-算法理解的復(fù)雜性：學(xué)生可能難以理解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)和原理，以及如何訓(xùn)練模型。

-編程實(shí)踐的操作難度：學(xué)生在編寫(xiě)代碼時(shí)可能會(huì)遇到語(yǔ)法錯(cuò)誤、邏輯錯(cuò)誤等問(wèn)題。

-人工智能倫理和安全的理解：學(xué)生可能難以理解人工智能技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的倫理和安全問(wèn)題。

舉例：難點(diǎn)在于如何深入淺出地解釋神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的層數(shù)、卷積層、池化層等概念，以及如何指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)調(diào)整參數(shù)來(lái)優(yōu)化模型性能，并在實(shí)踐中解決編程問(wèn)題。同時(shí)，需要引導(dǎo)學(xué)生思考在應(yīng)用人工智能技術(shù)時(shí)如何保護(hù)個(gè)人隱私，避免數(shù)據(jù)濫用等倫理和安全問(wèn)題。教學(xué)資源準(zhǔn)備1.教材：確保每位學(xué)生配備滬科版高中信息技術(shù)必修一教材，以便于學(xué)生跟隨課程進(jìn)度進(jìn)行學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)。

2.輔助材料：準(zhǔn)備手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別相關(guān)的PPT演示文稿，包含算法原理示意圖、流程圖及案例分析。

3.實(shí)驗(yàn)器材：為每組學(xué)生準(zhǔn)備電腦設(shè)備，安裝Python編程環(huán)境及TensorFlow庫(kù)，用于手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的實(shí)踐操作。

4.教室布置：將教室分為講授區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)，講授區(qū)用于理論講解，實(shí)驗(yàn)區(qū)用于學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，保證教學(xué)活動(dòng)有序進(jìn)行。教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1.導(dǎo)入環(huán)節(jié)（5分鐘）

-利用一段手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的人工智能應(yīng)用視頻作為情境創(chuàng)設(shè)，如智能機(jī)器人識(shí)別手寫(xiě)數(shù)字的場(chǎng)景。

-提問(wèn)學(xué)生：“你們?cè)谏钪杏袥](méi)有遇到過(guò)需要識(shí)別手寫(xiě)數(shù)字的情景？這些技術(shù)是如何實(shí)現(xiàn)的？”

-學(xué)生分享自己的經(jīng)驗(yàn)和想法，教師總結(jié)并引出本節(jié)課的主題——手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別。

2.講授新課（15分鐘）

-介紹手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的基本概念，展示手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用案例。

-講解手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的基本原理，包括圖像預(yù)處理、特征提取、模式識(shí)別等。

-詳細(xì)解釋卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）的原理，展示網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖和各層的作用。

-結(jié)合PPT，演示如何使用Python和TensorFlow庫(kù)搭建一個(gè)簡(jiǎn)單的手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別模型。

3.鞏固練習(xí)（10分鐘）

-學(xué)生分組，每組使用提供的電腦設(shè)備，根據(jù)教師的指導(dǎo)，嘗試運(yùn)行一個(gè)預(yù)先編寫(xiě)好的手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別程序。

-學(xué)生觀察程序運(yùn)行結(jié)果，并討論識(shí)別過(guò)程中的關(guān)鍵步驟。

-教師針對(duì)學(xué)生的討論進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，強(qiáng)調(diào)算法調(diào)整和參數(shù)優(yōu)化的重要性。

4.師生互動(dòng)環(huán)節(jié)（10分鐘）

-教師提出問(wèn)題：“在手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別過(guò)程中，哪些因素可能會(huì)影響識(shí)別的準(zhǔn)確性？”

-學(xué)生思考并回答，教師引導(dǎo)學(xué)生理解數(shù)據(jù)質(zhì)量、模型復(fù)雜度等因素對(duì)識(shí)別結(jié)果的影響。

-教師展示一個(gè)包含錯(cuò)誤的識(shí)別案例，讓學(xué)生分析可能導(dǎo)致錯(cuò)誤的原因。

-學(xué)生分組討論，提出改進(jìn)識(shí)別準(zhǔn)確性的建議，教師總結(jié)并給予反饋。

5.課堂小結(jié)（5分鐘）

-教師回顧本節(jié)課的主要內(nèi)容，強(qiáng)調(diào)手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的原理和應(yīng)用。

-學(xué)生分享自己在課堂上的收獲和疑問(wèn)，教師解答。

-教師布置課后作業(yè)，要求學(xué)生自主探索更深層次的人工智能算法。

整個(gè)教學(xué)過(guò)程注重學(xué)生的參與和互動(dòng)，通過(guò)實(shí)際問(wèn)題分析和動(dòng)手實(shí)踐，幫助學(xué)生理解手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的原理，培養(yǎng)其計(jì)算思維和問(wèn)題解決能力。同時(shí)，通過(guò)課堂提問(wèn)和小組討論，促進(jìn)學(xué)生之間的合作和交流，提升其信息意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感。學(xué)生學(xué)習(xí)效果學(xué)生學(xué)習(xí)效果顯著，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1.理解了手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的基本概念，能夠描述其工作原理和應(yīng)用場(chǎng)景。

2.掌握了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）的基本結(jié)構(gòu)和工作機(jī)制，能夠解釋其在手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別中的作用。

3.通過(guò)編程實(shí)踐，學(xué)生能夠使用Python和TensorFlow庫(kù)搭建簡(jiǎn)單的手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別模型，并調(diào)整參數(shù)優(yōu)化模型性能。

4.學(xué)生能夠分析影響手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別準(zhǔn)確性的因素，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

5.在課堂討論和小組合作中，學(xué)生的信息意識(shí)和團(tuán)隊(duì)合作能力得到提升。

6.學(xué)生對(duì)人工智能技術(shù)的倫理和安全問(wèn)題有了更深刻的理解，能夠在實(shí)際應(yīng)用中考慮這些問(wèn)題。

7.學(xué)生通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，增強(qiáng)了計(jì)算思維，能夠運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，提高了問(wèn)題解決能力。

8.學(xué)生對(duì)信息技術(shù)課程的興趣和熱情得到激發(fā)，愿意自主探索更深層次的人工智能技術(shù)和應(yīng)用。

9.學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中培養(yǎng)了批判性思維，能夠?qū)ΜF(xiàn)有的手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)和思考。

10.學(xué)生通過(guò)完成課后作業(yè)，進(jìn)一步鞏固了所學(xué)知識(shí)，能夠?qū)⒗碚搼?yīng)用于實(shí)際案例中，提高了學(xué)習(xí)的實(shí)用性和深度。反思改進(jìn)措施（一）教學(xué)特色創(chuàng)新

1.在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，我使用了實(shí)際生活中的案例來(lái)激發(fā)學(xué)生的興趣，這有助于學(xué)生將抽象的理論知識(shí)與現(xiàn)實(shí)世界聯(lián)系起來(lái)，提高了學(xué)習(xí)的趣味性和實(shí)用性。

2.在鞏固練習(xí)環(huán)節(jié)，我安排了小組合作編程實(shí)踐，這不僅促進(jìn)了學(xué)生之間的交流與合作，還讓學(xué)生在實(shí)際操作中深入理解了手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的原理。

（二）存在主要問(wèn)題

1.在教學(xué)管理方面，我發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生對(duì)編程實(shí)踐環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備不足，導(dǎo)致實(shí)踐過(guò)程中出現(xiàn)了較多技術(shù)問(wèn)題。

2.在教學(xué)方法上，我意識(shí)到可能過(guò)于依賴PPT演示，這可能會(huì)減少學(xué)生的參與度和互動(dòng)性。

3.在教學(xué)評(píng)價(jià)方面，我反思自己在課堂上對(duì)學(xué)生的評(píng)價(jià)可能過(guò)于單一，未能充分考慮學(xué)生的個(gè)性化表現(xiàn)和進(jìn)步。

（三）改進(jìn)措施

1.為了解決學(xué)生在編程實(shí)踐環(huán)節(jié)的準(zhǔn)備不足問(wèn)題，我計(jì)劃在課前提供更多的學(xué)習(xí)資源和輔導(dǎo)，確保每個(gè)學(xué)生都有足夠的時(shí)間理解和掌握必要的編程知識(shí)。

2.我將減少對(duì)PPT的依賴，增加更多的互動(dòng)環(huán)節(jié)，如小組討論、問(wèn)答游戲等，以提高學(xué)生的參與度和互動(dòng)性。

3.在教學(xué)評(píng)價(jià)方面，我會(huì)采用更多元化的評(píng)價(jià)方式，如課堂表現(xiàn)、作業(yè)完成情況、小組合作評(píng)價(jià)等，以更全面地反映學(xué)生的學(xué)習(xí)狀況和進(jìn)步。同時(shí)，我也會(huì)提供及時(shí)的反饋，幫助學(xué)生識(shí)別自己的不足并加以改進(jìn)。板書(shū)設(shè)計(jì)八、板書(shū)設(shè)計(jì)

①手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的基本概念

-定義

-應(yīng)用場(chǎng)景

②手寫(xiě)數(shù)字識(shí)別的原理

-圖像預(yù)處理

-特征提取

-模式識(shí)別

③卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）

-結(jié)構(gòu)組