資源簡(jiǎn)介

算法
一、背景
設(shè)計(jì)者 教案名稱 學(xué)生 教材 課時(shí)
人工智能 高二年級(jí) 人教版《數(shù)據(jù)與計(jì)算》 1
二、學(xué)習(xí)者分析
在課程學(xué)習(xí)之前，學(xué)生對(duì)人工智能的了解可能只是機(jī)器人或一些科幻電影中的智能機(jī)器。
高二學(xué)生他們思維活躍，愿意接受新事物，教師可以從實(shí)例入手，闡述人工智能含義、人工智能應(yīng)用和人工智能技術(shù)，激發(fā)學(xué)生對(duì)人工智能的興趣。
三、教學(xué)目標(biāo)
了解人工智能概念，掌握簡(jiǎn)單人工智能應(yīng)用的原理（計(jì)算思維）
知道常見(jiàn)的人工智能應(yīng)用，熟練利用網(wǎng)絡(luò)查找人工智能相關(guān)信息（信息意識(shí)、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新）
四、教學(xué)重難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)
體驗(yàn)人工智能的獨(dú)特魅力。
了解人工智能應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)用價(jià)值。
了解人工智能新興技術(shù)。
教學(xué)難點(diǎn)
加深對(duì)人工智能的認(rèn)識(shí)。
客觀看待人工智能對(duì)社會(huì)的影響，培養(yǎng)正確科學(xué)技術(shù)應(yīng)用觀。
五、教學(xué)準(zhǔn)備
教師：課件、教具、教材
學(xué)生：學(xué)生學(xué)件、教學(xué)資料
技術(shù)：（1）硬件準(zhǔn)備——多媒體機(jī)房、電子白板；（2）軟件準(zhǔn)備——演示文稿
六、教學(xué)策略設(shè)計(jì)
引導(dǎo)學(xué)生在鮮活的實(shí)例中了解人工智能。讓每個(gè)學(xué)生在學(xué)習(xí)的過(guò)程中感受人工智能技術(shù)的應(yīng)用。在此過(guò)程中，教師充分誘導(dǎo)、啟發(fā)。
七、教學(xué)過(guò)程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖
知識(shí)講解 (30min) 教師：同學(xué)們好。今天這節(jié)課比較有趣，我們來(lái)學(xué)習(xí)人工智能。其實(shí)大家生活中處處都是人工智能的身影。大家能舉一些生活中的例子嗎？（請(qǐng)幾位同學(xué)依次按智能家居、智能教育、智能交通、智能安防、智能醫(yī)療、智能物流起來(lái)舉例） 教師：大家都說(shuō)得很好，事實(shí)上，生活中我們所解除到的人工智能應(yīng)用都是弱人工智能，它只是實(shí)現(xiàn)特定功能的專用智能設(shè)備，不能真正實(shí)現(xiàn)推理和解決問(wèn)題。而真正能思考、有知覺(jué)、有自我意識(shí)的人類級(jí)別的強(qiáng)人工智能離我們還很遙遠(yuǎn)。我們可以看一個(gè)視頻了解一下強(qiáng)人工智能和弱人工智能。（播放一段兩分鐘的視頻，里面含強(qiáng)弱人工智能的趣味介紹和用于區(qū)分它們的圖靈測(cè)試） 教師：人工智能是在怎樣的情況下被提出的呢？（展示PPT：）1956年，約翰·麥卡錫等幾位科學(xué)家在達(dá)特茅斯會(huì)議上腦洞大開(kāi)了一個(gè)對(duì)人類意識(shí)和思維過(guò)程進(jìn)行模擬的領(lǐng)域，并賦予了這個(gè)領(lǐng)域的名字：人工智能，縮寫為AI，以此人類點(diǎn)亮了新的科技樹(shù)。從手機(jī)系統(tǒng)到3D打印，從谷歌眼鏡到全息投影，就連美圖APP一鍵美顏靠的也是人工智能，人工智能也以遠(yuǎn)超我們想象的速度在發(fā)展。我們就以人機(jī)博弈“三盤棋”為例來(lái)了解一下人工智能發(fā)展歷程的一個(gè)縮影。 教師：我們知道在國(guó)際跳棋、國(guó)際象棋和圍棋中，圍棋難度最大，國(guó)際跳棋難度最小，這也符合了人機(jī)對(duì)弈由易到難的過(guò)程。 （展示PPT：人機(jī)對(duì)弈，國(guó)際跳棋） 1956年，計(jì)算機(jī)技術(shù)的先驅(qū)薩繆爾，在計(jì)算機(jī)上編寫出了世界上第一款國(guó)際跳棋程序。 1962年，這個(gè)程序擊敗了人類的一個(gè)跳棋冠軍。 這是“機(jī)器學(xué)習(xí)”算法的提出與首次應(yīng)用。 （展示PPT：人機(jī)對(duì)弈，國(guó)際象棋） 1997年，超級(jí)計(jì)算機(jī)“深藍(lán)”戰(zhàn)勝國(guó)際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫?！吧钏{(lán)” 是美國(guó)IBM公司生產(chǎn)的一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，有32個(gè)大腦(微處理器)，每秒可以計(jì)算2億步?！吧钏{(lán)”中存儲(chǔ)了一百多年來(lái)優(yōu)秀棋手的兩百多萬(wàn)局對(duì)局。今天看來(lái)，“深藍(lán)”還算不上足夠智能，它當(dāng)時(shí)主要依靠強(qiáng)大的計(jì)算能力，窮舉所有路數(shù)，來(lái)選擇最佳策略?！吧钏{(lán)”靠計(jì)算可以預(yù)判12步，而卡斯帕羅夫可以預(yù)判10步，雙方能力不相上下。 （展示PPT：人機(jī)對(duì)弈，圍棋） 2016年，阿爾法圍棋(AlphaGo) 在與圍棋世界冠軍李世石的對(duì)弈中，以4:1的總比分獲勝。 2017年，它又進(jìn)化為阿爾法元(AlphaGoZero)，通過(guò)“自學(xué)成才”，僅用3天就成了圍棋界的頂尖高手?！吧疃葘W(xué)習(xí)”算法取得巨大的成功。 教師：我相信同學(xué)們也看見(jiàn)了媒體對(duì)它的報(bào)道和渲染。 （展示PPT）因?yàn)閲迕炕睾系目赡苄杂袔装俜N，一盤棋可以長(zhǎng)達(dá)150個(gè)回合。同時(shí)，圍棋的局面多變，幾乎無(wú)法被算法窮舉。所以AlphaGo采取的并非是窮舉方式，而是深度學(xué)習(xí)，通過(guò)自己跟自己對(duì)弈進(jìn)行學(xué)習(xí)。深度學(xué)習(xí)需要大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，同時(shí)需要非常好的顯卡用以運(yùn)算支持。人工智能包含機(jī)器學(xué)習(xí)，深度學(xué)習(xí)正是機(jī)器學(xué)習(xí)的一個(gè)分支領(lǐng)域，它們是包含與被包含的關(guān)系。 教師：我們來(lái)看一下“三盤棋”的三個(gè)階段：（展示PPT）國(guó)際跳棋---機(jī)器學(xué)習(xí)；國(guó)際象棋---將知識(shí)庫(kù)搜索與機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合；圍棋---深度學(xué)習(xí)。 教師：深度學(xué)習(xí)，是源自人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的一種具體實(shí)現(xiàn)技術(shù)，要了解深度學(xué)習(xí)，就要了解什么叫神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是目前人工智能領(lǐng)域中正在快速發(fā)展的一個(gè)分支領(lǐng)域，我們都知道生物中的神經(jīng)元，有樹(shù)突、軸突等等，那與之類似的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)包含什么呢？我們來(lái)看一個(gè)視頻，淺顯地了解一下什么是神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，期待對(duì)此感興趣的同學(xué)日后加入我國(guó)的人工智能研究。（播放一段6分鐘的趣味視頻，里面含對(duì)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的介紹和目前遭遇的瓶頸問(wèn)題） 認(rèn)真聽(tīng)講，積極動(dòng)腦回答問(wèn)題。 認(rèn)真聽(tīng)講 以學(xué)生列舉的實(shí)例導(dǎo)入，順勢(shì)引出人工智能的分類和測(cè)試方法。 以人機(jī)博弈實(shí)例為例，了解人工智能的發(fā)展歷程。 趣味介紹人工智能的相關(guān)技術(shù)，激發(fā)起學(xué)生對(duì)人工智能學(xué)習(xí)的興趣
總結(jié) 鞏固 (10 min) 教師：同學(xué)們還記得本節(jié)課開(kāi)始之前大家列舉的生活中人工智能的例子嗎？經(jīng)過(guò)本節(jié)課對(duì)人工智能有了一個(gè)初步了解后，我們可以看另一個(gè)視頻了解大家所列舉的例子分別隸屬于人工智能的哪些分支（一段四分鐘的趣味視頻） 教師：好了，今天這節(jié)課到此結(jié)束。大家可以把書翻至81頁(yè)做相關(guān)習(xí)題。 學(xué)生觀看視頻，做練習(xí) 介紹人工智能研究的廣闊領(lǐng)域，吸引有興趣的學(xué)生投身人工智能研究。練習(xí)相關(guān)習(xí)題，有效鞏固新學(xué)知識(shí)點(diǎn)(共20張PPT)
人工智能
人機(jī)博弈
國(guó)際象棋
國(guó)際跳棋
圍棋
人機(jī)博弈：國(guó)際跳棋
1956年，計(jì)算機(jī)技術(shù)的先驅(qū)薩繆爾，在計(jì)算機(jī)上編寫出了世界上第一款國(guó)際跳棋程序。
1962年，這個(gè)程序擊敗了人類的一個(gè)跳棋冠軍。
這是“機(jī)器學(xué)習(xí)”算法的提出與首次應(yīng)用。
人機(jī)對(duì)弈：國(guó)際象棋
1997年，超級(jí)計(jì)算機(jī)“深藍(lán)”戰(zhàn)勝國(guó)際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫?！吧钏{(lán)” 是美國(guó)IBM公司生產(chǎn)的一臺(tái)超級(jí)計(jì)算機(jī)，有32個(gè)大腦(微處理器)，每秒可以計(jì)算2億步。“深藍(lán)”中存儲(chǔ)了一百多年來(lái)優(yōu)秀棋手的兩百多萬(wàn)局對(duì)局。
今天看來(lái)，“深藍(lán)”還算不上足夠智能，它當(dāng)時(shí)主要依靠強(qiáng)大的計(jì)算能力，窮舉所有路數(shù)，來(lái)選擇最佳策略。“深藍(lán)”靠計(jì)算可以預(yù)判12步，而卡斯帕羅夫可以預(yù)判10步，雙方能力不相上下。
人機(jī)對(duì)弈：圍棋
2016年，阿爾法圍棋(AlphaGo) 在與圍棋世界冠軍李世石的對(duì)弈中，以4:1的總比分獲勝。
2017年，它又進(jìn)化為阿爾法元(AlphaGoZero)，通過(guò)“自學(xué)成才”，僅用3天就成了圍棋界的頂尖高手?！吧疃葘W(xué)習(xí)”算法取得巨大的成功。
人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)的關(guān)系
時(shí)間 事件 技術(shù)
1962年 世界上第一款國(guó)際跳棋程擊敗了人類的一個(gè)跳棋冠軍
機(jī)器學(xué)習(xí)
1997年 超級(jí)計(jì)算機(jī)“深藍(lán)”戰(zhàn)勝國(guó)際象棋世界冠軍卡斯帕羅夫 知識(shí)庫(kù)搜索與機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)合
2016年 阿爾法圍棋(AlphaGo) 戰(zhàn)勝圍棋世界冠軍李世石，以4:1的總比分獲勝
深度學(xué)習(xí)
三盤棋
計(jì)算機(jī)之父--圖靈
阿蘭·麥席森·圖靈 （Alan Mathison Turing ，1912年6月23日-1954年6月7日），英國(guó)著名的數(shù)學(xué)家和邏輯學(xué)家，被稱為計(jì)算機(jī)科學(xué)之父、人工智能之父，是計(jì)算機(jī)邏輯的奠基者，提出了“圖靈機(jī)”和“圖靈測(cè)試”等重要概念。為了紀(jì)念他，計(jì)算機(jī)界的最高獎(jiǎng)項(xiàng)被命名為“圖靈獎(jiǎng)”。
人工智能的產(chǎn)生
當(dāng)時(shí)希特勒為了加強(qiáng)情報(bào)的保密性，都用了大量的人力物力，研發(fā)出了恩尼格瑪密碼機(jī)，在當(dāng)時(shí)絕對(duì)是最先進(jìn)的機(jī)械密碼設(shè)備，讓德國(guó)的情報(bào)工作的效率和作戰(zhàn)的保密性都大大增強(qiáng)，而盟軍則陷入了非常被動(dòng)的境地。
人工智能的產(chǎn)生
這時(shí)圖靈提出了一個(gè)大膽的構(gòu)想，用人力去和機(jī)械抗?fàn)幨菬o(wú)效的，必須要用機(jī)械去對(duì)抗機(jī)械。不過(guò)我們剛才提到過(guò)，恩尼格瑪密碼機(jī)在它剛剛問(wèn)世之初屬于最先進(jìn)的密碼設(shè)備，所以當(dāng)圖靈提出這一想法時(shí)，很多專家都覺(jué)得行不通，就是在這種在大家都不看好的情況下，圖靈和助手耗費(fèi)了兩年的時(shí)間，改良了由波蘭人發(fā)明的密碼炸彈機(jī)，從而幫助盟軍的情報(bào)部門徹底擺脫了手工作業(yè)的低效模式，從每月破億39,000條情報(bào)一躍提升為84,000條，而且情報(bào)的準(zhǔn)確率也大大提升了。
人工智能的產(chǎn)生
電影《模仿游戲》
人工智能的產(chǎn)生
1950年圖靈發(fā)表了一篇論文《計(jì)算機(jī)器與智能》提出測(cè)試機(jī)器智能的方法，圖靈測(cè)試。
它是這樣進(jìn)行的，測(cè)試者與被測(cè)試者隔開(kāi)，通常被測(cè)試者是一個(gè)人和一臺(tái)機(jī)器，然后他們通過(guò)一些裝置，比如說(shuō)鍵盤，向被測(cè)試者提問(wèn)。然后進(jìn)行多次的測(cè)試之后，如果有超過(guò)30%的測(cè)試者，不能確定出被測(cè)試者是人還是機(jī)器，那么這臺(tái)機(jī)器就通過(guò)了測(cè)試，并認(rèn)為具有人類的智能。
人工智能的產(chǎn)生
人工智能（Artificial Intelligent），簡(jiǎn)稱AI。這一術(shù)語(yǔ)是在1956年在美國(guó)的達(dá)特茅斯學(xué)院的一次學(xué)術(shù)會(huì)議上被提出的，它現(xiàn)在包括一系列的技術(shù)。
比如：
機(jī)器學(xué)習(xí)：實(shí)現(xiàn)人工智能的方法
深度學(xué)習(xí)：實(shí)現(xiàn)機(jī)器學(xué)習(xí)的利器
大數(shù)據(jù)： 人工智能的基石
人工智能的產(chǎn)生
利用數(shù)字計(jì)算機(jī)或者數(shù)字計(jì)算機(jī)控制的機(jī)器模擬、延伸和拓展人的智能，感知環(huán)境、獲取知識(shí)并使用知識(shí)獲得最佳結(jié)果的理論、方法、技術(shù)以及應(yīng)用系統(tǒng)。
——中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究院《人工智能標(biāo)準(zhǔn)化白皮書（2018版）》
1956年
1960年
1970年
1980年
1990年
2000年
2010年
人工智能發(fā)展時(shí)間軸
人工智能發(fā)展歷程
人工智能發(fā)展歷程
人工智能發(fā)展歷程
第一次繁榮期（1956-1974）：偉大的首航
第二次繁榮期（1980-1987）：專家系統(tǒng)的興衰
第三次增長(zhǎng)爆發(fā)（2011年至今）：厚積薄發(fā)，再造輝煌
我國(guó)人工智能的發(fā)展
吳文俊院士從初等幾何著手，在計(jì)算機(jī)上證明了一類高難度的定理，同時(shí)也發(fā)現(xiàn)了一些新定理，進(jìn)一步探討了微分幾何的定理證明，提出了利用計(jì)算機(jī)發(fā)現(xiàn)與證明幾何定理的新方法：吳氏方法，對(duì)人工智能的理論研究作出了巨大的貢獻(xiàn)。
我國(guó)人工智能的發(fā)展
中文信息處理
智能控制
生物特征識(shí)別
工業(yè)機(jī)器人
服務(wù)機(jī)器人
無(wú)人駕駛

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