新一代信息技術(shù)教案 第2章 走進(jìn)人工智能

教案首頁課題名稱第2章走進(jìn)人工智能（2）——2.3課次4授課類型理論□實踐□理實一體□其他學(xué)時2授課日期授課班級授課地點教學(xué)目的與要求知識目標(biāo)：1.了解人工智能的關(guān)鍵技術(shù)。能力目標(biāo)：1.能簡單描述人工智能的七個關(guān)鍵技術(shù)。素質(zhì)目標(biāo)：1.了解倫理道德準(zhǔn)則，規(guī)范日常信息行為；2.了解相關(guān)法律法規(guī)并自覺遵守；3.具備信息安全意識和相關(guān)防護(hù)能力。課程思政目標(biāo)：增強(qiáng)民族自豪感，學(xué)習(xí)大國工匠精神，樹立科技報國思想。教學(xué)重點人工智能的關(guān)鍵技術(shù)教學(xué)難點人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)教學(xué)方法與手段教學(xué)方法：課件講解、舉例說明、對比分析、啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生學(xué)法：預(yù)習(xí)—聽講---討論---復(fù)習(xí)—自學(xué)擴(kuò)展設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、提高課堂學(xué)習(xí)效率教學(xué)資源：課件、視頻資料課程思政要素要點通過對人工智能關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用的實例例舉，如昆明恐怖襲擊事件指紋比對抓獲罪犯，讓學(xué)生感受科技的力量，和我們?nèi)斯ぶ悄芗夹g(shù)的實際應(yīng)用和發(fā)展，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，樹立學(xué)生科技報國志向。課外作業(yè)查閱人工智能相關(guān)資料教學(xué)反思對于人工智能關(guān)鍵技術(shù)的介紹，盡量用淺顯易懂的實例來說明便于學(xué)生理解。教案紙第2章走進(jìn)人工智能（2）——2.3一、整體設(shè)計1.復(fù)習(xí)引入（10分鐘）2.新知識講解（80分鐘）人工智能的關(guān)鍵技術(shù)3.總結(jié)與布置作業(yè)（10分鐘）二、復(fù)習(xí)引入1.上節(jié)課內(nèi)容回顧：上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了人工智能的概念和發(fā)展歷史的相關(guān)內(nèi)容。2.新課引入：人工智能包括機(jī)器學(xué)習(xí)、知識圖譜、自然語言處理、人機(jī)交互、機(jī)器視覺、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)、生物識別等七個關(guān)鍵技術(shù)。三、新知識講解2.3人工智能的關(guān)鍵技術(shù)2.3.1機(jī)器學(xué)習(xí)1.什么是機(jī)器學(xué)習(xí)機(jī)器學(xué)習(xí)與人類思考的經(jīng)驗過程類似的，不過它能考慮更多的情況，執(zhí)行更加復(fù)雜的計算。事實上，機(jī)器學(xué)習(xí)的一個主要目的就是把人類思路歸納經(jīng)驗的過程轉(zhuǎn)化為計算機(jī)通過對數(shù)據(jù)的處理計算得出模型的過程。經(jīng)過計算機(jī)得出的模型能夠以近似于人的方式解決很多靈活復(fù)雜的問題。機(jī)器學(xué)習(xí)是一門涉及諸多領(lǐng)域的交叉學(xué)科，研究計算機(jī)怎樣模擬或?qū)崿F(xiàn)人類的學(xué)習(xí)行為，以獲取新的知識或技能。重新組織已有的知識結(jié)構(gòu)使之不斷改善自身的性能，是人工智能技術(shù)的核心?；跀?shù)據(jù)的機(jī)器學(xué)習(xí)是現(xiàn)代智能技術(shù)中的重要方法之一，研究從觀測數(shù)據(jù)(樣本)出發(fā)尋找規(guī)律，并利用這些規(guī)律對未來數(shù)據(jù)或無法觀測的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)測。2.機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)的基本模型3.機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用金融商務(wù)智能交通機(jī)器人游戲2.1.2知識圖譜知識圖譜（KnowledgeGraph/Vault）（Google，2012年5月16日），又稱科學(xué)知識圖譜，是顯示知識發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一系列不同的圖形，即用可視化技術(shù)描述知識資源及其載體，并挖掘、分析、構(gòu)建、繪制和顯示知識及它們之間的相互聯(lián)系。知識圖譜是一種互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的知識表示方法。目的是為了提高搜索引擎的能力，改善用戶的搜索質(zhì)量以及搜索體驗。隨著人工智能的技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用，知識圖譜作為關(guān)鍵技術(shù)之一，已被廣泛應(yīng)用于智能搜索、智能問答、個性化推薦、內(nèi)容分發(fā)等領(lǐng)域。現(xiàn)在的知識圖譜已被用來泛指各種大規(guī)模的知識庫。谷歌、百度和搜狗等搜索引擎公司為了改進(jìn)搜索質(zhì)量，紛紛構(gòu)建知識圖譜，分別稱為知識圖譜、知心和知立方。知識圖譜的應(yīng)用：語義搜索知識問答社交網(wǎng)絡(luò)垂直行業(yè)應(yīng)用2.3.3自然語言處理自然語言處理是計算機(jī)科學(xué)領(lǐng)域與人工智能領(lǐng)域中的一個重要方向。它研究能實現(xiàn)人與計算機(jī)之間用自然語言進(jìn)行有效通信（用自然語言與計算機(jī)進(jìn)行通信）的各種理論和方法。自然語言處理的應(yīng)用：機(jī)器創(chuàng)作2005年，微軟研究院研發(fā)成功《微軟對聯(lián)》系統(tǒng)：用戶出上聯(lián)，電腦對出下聯(lián)和橫批。猜字謎的智能系統(tǒng)：用戶給出謎面，讓系統(tǒng)猜出字；或系統(tǒng)給出謎面讓用戶猜出字。2017年微軟研究院開發(fā)電腦寫詩、作詞、譜曲系統(tǒng)。中央電視臺《機(jī)智過人》節(jié)目：微軟的電腦作詞譜曲與人類選手進(jìn)行詞曲創(chuàng)作比拼的節(jié)目。央視的“機(jī)智過人”節(jié)目，微軟小冰作詞作曲創(chuàng)作并演唱《桃花夢》2.3.4人機(jī)交互人機(jī)交互是一門研究系統(tǒng)與用戶之間的交互關(guān)系的學(xué)科，人機(jī)交互技術(shù)除了傳統(tǒng)的基本交互和圖形交互外，還包括語音交互、情感交互、體感交互及腦機(jī)交互等技術(shù)。日本建成了一棟可應(yīng)用“人機(jī)交互”技術(shù)的住宅。人們可以通過該裝置，用意念不用手就能自由操控家用電器。用戶頭部戴著的含有“人機(jī)交互”技術(shù)的特殊裝置，該裝置通過讀取用戶腦部血流的變化以及腦波變動數(shù)據(jù)實現(xiàn)無線通信。連接網(wǎng)絡(luò)的計算機(jī)通過識別裝置發(fā)來的無線信號向機(jī)器傳輸指令。目前此裝置判斷的準(zhǔn)確率達(dá)到80%，且從人的意識出現(xiàn)開始最短6.5秒內(nèi)機(jī)器就可以識別。2.2.5機(jī)器視覺機(jī)器視覺或計算機(jī)視覺是用機(jī)器代替人眼進(jìn)行測量和判斷，是模式識別研究的一個重要方面。參照人類的視覺系統(tǒng)，攝像機(jī)等成像設(shè)備是機(jī)器的“眼睛”，計算機(jī)視覺的作用就是要模擬人的大腦（主要是視覺皮層區(qū)）的視覺能力。機(jī)器視覺的應(yīng)用：家用機(jī)器人可穿戴設(shè)備三維人臉重建2.2.6人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)1.人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)生物神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(naturalneuralnetwork,NNN):由中樞神經(jīng)系統(tǒng)（腦和脊髓）及周圍神經(jīng)系統(tǒng)（感覺神經(jīng)、運動神經(jīng)等）所構(gòu)成的錯綜復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其中最重要的是腦神經(jīng)系統(tǒng)。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(artificialneuralnetworks,ANN):模擬人腦神經(jīng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，運用大量簡單處理單元經(jīng)廣泛連接而組成的人工網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)是非常相關(guān)的幾個領(lǐng)域。人工智能是一類非常廣泛的問題，機(jī)器學(xué)習(xí)是解決這類問題的一個重要的手段。而深度學(xué)習(xí)是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個分支在很多人工智能問題上，深度學(xué)習(xí)的方法突破了傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方法的瓶頸，推動了人工智能領(lǐng)域的發(fā)展。2.深度學(xué)習(xí)深度學(xué)習(xí)的概念由Hinton等人于2006年提出。深度學(xué)習(xí)是一種從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)表示的數(shù)學(xué)框架，它借助多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)數(shù)據(jù)特征的提取，并逐層將初級特征抽象為高級特征。為了能更好地學(xué)習(xí)到數(shù)據(jù)的有效表示，它發(fā)展出了一系列的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練方法。廣義上來說，“深度學(xué)習(xí)”是為了讓層數(shù)較多的多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以訓(xùn)練，而演化出來的一套理論及方法。深度學(xué)習(xí)的相關(guān)應(yīng)用：DeepDream圖像生成圖像生成2.2.7生物特征識別生物識別技術(shù)(BiometricIdentificationTechnology)是指利用人體生物特征進(jìn)行身份認(rèn)證的一種技術(shù)。更具體一點，生物特征識別技術(shù)就是通過計算機(jī)與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計學(xué)原理等高科技手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性和行為特征來進(jìn)行個人身份的鑒定。步態(tài)識別的應(yīng)用四、總結(jié)及布置作業(yè)1.總結(jié)工智能包括機(jī)器學(xué)習(xí)、知識圖譜、自然語言處理、人機(jī)交互、機(jī)器視覺、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與深度學(xué)習(xí)、生物識別等七個關(guān)鍵技術(shù)。2.布置作業(yè)：查閱人工智能相關(guān)資料五、板書設(shè)計第2章走進(jìn)人工智能三、人工智能關(guān)鍵技術(shù)1.機(jī)器學(xué)習(xí)2.知