初识人工智能

李　卓　庞汉平　沙有威

●教学背景分析

教学内容：本课中“信息的智能处理”在教材中既是对信息加工表达的一个承上，又是对《人工智能初步》选修模块的一个启下。重在使学生体验智能工具软件，培养学生学习人工智能的兴趣。本课以机器人作为体验人工智能的切入点。

学生情况：由于学生初中阶段没有学习过人工智能的知识，而智能处理工具的使用又比较有趣，对学生而言比较新奇，因此学生对现代人工智能技术非常感兴趣，尤其是对机器人技术充满了好奇心。

●教学目标

①了解什么是人工智能。

②能够在仿真环境中设计具有初步灭火功能的机器人。

③通过对机器人应用的体验和对机器人智能程序的开发，了解智能信息处理工具的基本工作过程，了解智能信息处理工具的实际应用价值。

④通过感受机器人的工作对人们生活的影响，增强学生对人工智能领域的认识和对信息技术发展前景的向往。

●教学重点、难点

教学重点：通过了解机器人的应用和开发，体验智能信息处理工具的基本工作过程，了解智能信息处理工具的实际应用价值。

教学难点：能够在仿真环境中设计具有初步灭火功能的机器人。

教学过程

1．创设情境(1分钟)

播放视频片段，引入本课。

师：当灾难真正降临时，我们第一时间要做的就是救援，可是有很多救援工作难度相当大，这时如果请机器人来模拟人类的思维帮助我们做事，可能会挽救更多人的生命。

学生观看视频；思考、回答问题。

2．新课讲授(1分钟)

内容：人工智能。

师：怎样才能使我们的机器人助理拥有智能呢?——使用人工智能的知识和技术。

结论：人工智能是一门研究机器智能的学科。

3．学生活动(3分钟)

活动内容：观看视频素材，了解机器人的智能行为。

师：怎样才能使用人工智能的知识和技术来使机器人助理拥有智能呢?

提供视频素材，学生自由观看：救援机器人(见图1)；家政机器人(见图2)；火星车(见图3)；骑车机器人(见图4)；机器人服务员(见图5)；机器人演话剧(见图6)。

4．新课讲授(6分钟)

内容：分析机器人的智能行为。

分析过程：由人的智能行为到机器的智能行为。

小纸条游戏：一张纸条上写着“请和同桌的同学握握手”，一位同学照做。

分析人的行为过程与智能机器的工作过程(见图7)：

5．体验活动(3分钟)

活动内容：与机器人聊天。

活动目的：体验与机器人聊天的过程，了解智能工具的工作过程。

6．教师讲授(4分钟)

探究内容：如何赋予机器人灭火的智能。

教师演示实体机器人灭火过程。机器人寻找到火源，启动风扇将火熄灭。

学生观看教师演示，思考分析灭火过程。

7、体验活动(3分钟)

活动内容：在仿真软件中编制启动风扇灭火程序，实现机器人助理的“灭火”工作。

问题：研究步骤是怎样的?

活动目的：了解灭火机器人的工作过程。

师：在仿真软件中使用蜡烛模拟火源，使用风扇模拟灭火工具，请同学们按照提示使机器人吹转风扇，并思考人类灭火和机器人灭火过程的共同点，尝试实现机器人灭火。

8．头脑风暴(3分钟)

师：刚才程序中的机器人虽然吹灭了蜡烛，但它有智能吗?由于它没有模拟人类思维的过程，所以我们说它还不具备智能。

问题：灭火机器人怎样思考?

9．探究活动(7分钟)

任务：编写程序，完成灭火。

要求：①编写程序，使机器人看到火源，启动风扇吹灭蜡烛，否则不启动风扇；②保存程序“灭火1”(见图8)；③完善灭火程序。

10．深入探究(9分钟)

师：这样的灭火机器人虽然模拟了人的思维，有了智能，但它的智能非常低级。思考，如果火源在房间中的某个角落，机器人该如何灭火呢?

学生思考人类灭火的过程，请学生们运行“灭火2”(见图9)，体验其过程。

11．头脑风暴(3分钟)

师：虽然“灭火2”中的机器人的智能有了些提高，但它的智能显然还相当的低，如何才能提高机器人的智能呢?

提示：演示“灭火改进程序”。提高程序的智能水平，让机器人自学。

12．思维拓展(1分钟)

师：你最希望你的机器人助理拥有哪些功能，请简单写出他们的工作过程。如果有一天你的机器人助理的智能超过了你，并且控制了你，你该怎么办呢?

13．总结(1分钟)

师：今天为了使机器人助理拥有智能，我们探索到了人工智能学科，简单了解了智能工具的工作过程。其实机器人只不过是人工智能学科中众多研究领域中的一个，如果同学们感兴趣，可以课后学习或选修人工智能初步选修模块。

教学反思

为落实本课的教学目标，突出重点、突破难点，教学围绕“如何使机器人助理拥有智能”这一问题展开，教学过程按知识层次分为创设情境、了解机器人的智能应用、分析机器人的智能行为、实现机器人的简单智能、构想理想的智能机器人等部分。以对机器人工作过程的分析为课堂主线，设计了了解、分析、实现、应用等教学环节，学生通过观看、思考、实践、设计，对什么是人工智能有了逐层加深的理解，对智能工具软件的工作过程也有了一个基本的了解。课后依据学生提交的练习程序和对机器人的设想对学生进行评价，较好地完成了这一节课的教学目标。

点评

本课内容是高中信息技术基础模块“信息加工与表达”主题中的一部分，目的是让学生通过部分智能信息处理工具软件的使用同，体验其基本工作过程，了解其实际应用价值。

人工智能技术是研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术。人工智能是计算机科学的一个分支，是当前信息技术应用发展的前沿和热点之一，它是一个综合学科，除了计算机科学以外，还涉及信息论、控制论、自动化、仿生学、生物学、心理学、数理逻辑、语言学、医学和哲学等多门学科。

本课内容与“人工智能初步”选修模块的教学要求有所不同，需要学生在短时间内对人工智能进行概括性了解。由于其内容新、涉及多个学科领域，要求教师的知识面广，关注信息技术最新发展的意识强，且这部分内容涉及很多概念、原理，如果只是做一般性介绍，学生学习起来会感到枯燥无味，这就要求教师有较强的教学设计能力，通过各种活动，让学生对人工智能有所体验，建立起感性认识。本课教学设计从智能工具解决问题的原理和思想方法的角度，使学生了解什么是人工智能，体验人工智能的应用。教学_从如何拥有智能这一问题出发，分析人和机器的智能行为，引出人工智能概念及人工智能工具的应用，学生的思维从感性到理性，从特殊到一般。教学过程中学生在完成教师提出的基础任务、提高任务和拓展任务的过程中，进行观察、思考、实践、应用，学习层次逐步提高，教学目标得到很好落实。本节课里教师精心设计的让学生亲身体验、自己总结智能行为过程，学生在虚拟环境中实现机器人灭火功能设计以及学生自主构想心中的机器人等几个环节是本节课的亮点。