資源簡介

單元基本信息
單元教學主題 第一單元 機器能預測 單元課時 5
單元項目情境與任務 在當今數字化時代，數據的價值日益凸顯。我們身邊存在著大量的數據，如個人健康數據、學習成績數據、生活消費數據等。請你選擇一類自己感興趣的數據，運用機器學習的方法，構建一個預測模型，解決與之相關的實際問題。例如，根據性別、體重、腳長等數據預測身高，根據個人的運動數據預測運動能力提升情況，依據學習習慣數據預測考試成績變化，或者通過消費數據預測未來的消費趨勢等。
單元學習目標 1. 知識技能 （1）了解人工智能和機器學習的基本概念，明確兩者的區別與聯系。 （2）掌握機器學習的基本流程，包括數據準備、模型搭建、模型訓練與評估、模型應用等環節。 （3）熟悉常見的機器學習算法，如線性回歸、多項式回歸等，并能根據實際問題選擇合適的算法。 2. 素養指向 （1）信息意識：能夠敏銳地感知生活中的數據價值，認識到機器學習在解決實際問題中的重要性，關注機器學習技術的發展動態。 （2）計算思維：學會運用計算思維分析問題，將實際問題轉化為可通過機器學習解決的問題，設計合理的解決方案。 （3）數字化學習與創新：通過網絡、書籍等多種渠道自主學習機器學習知識，積極探索不同的學習資源和方法，能夠創造性地運用所學知識解決項目中的問題。 （4）信息社會責任：在使用機器學習技術時，遵守相關法律法規和道德規范，尊重他人的數據隱私，確保數據的合法使用和安全。
單元教學整體規劃 項目活動 對應課題 擬解決的項目子問題或子任務 課時
項目籌備 第1節 人工智能的起源與發展 規劃項目實施方案 1
知識探究 了解人工智能的起源、發展歷程、研究學派和范式，以及新一代人工智能的特點，為項目實施做準備
第2節 人工智能的起源與發展 學習機器學習的定義、基本過程、常見算法，掌握數據集的相關知識，學會使用常用工具進行模型訓練和評估 1
第3節 用機器學習解決問題 以具體案例為導向，學習如何運用機器學習解決實際問題，包括問題分析、數據準備、模型訓練、評估和應用 1
整理展示 第4節跨學科活動：身高推斷 綜合運用所學知識，完成身高推斷項目，展示項目成果，進行項目評價與反思 2
項目實施
課題名稱 第1課 人工智能的起源與發展
課時目標 1.能夠清晰闡述項目計劃，合理規劃項目進度和小組成員分工。 2.了解人工智能的起源，包括其概念的雛形以及早期的探索。 3.熟悉人工智能的發展歷程，掌握不同階段的主要特點、研究學派和范式，理解新一代人工智能的突破和應用。 4.認識到人工智能對生活和社會發展的重要影響，激發學習興趣。
教學準備 計算機、相關教學資料、人工智能發展相關的視頻素材
導學過程 意圖說明
項目籌備 1.展示單元項目情境： 數字化時代，我們的生活被各類數據環繞，像日常的購物消費記錄、運動時的心率變化數據、每月的水電費使用量等。這些看似平常的數據，實則蘊含著巨大的價值。機器學習就如同開啟寶藏的鑰匙，能夠挖掘出數據背后隱藏的規律，進而對未來的情況進行預測。例如，通過分析家庭一段時間內的水電費數據，可以預測未來的水電消耗趨勢，幫助我們提前做好資源規劃，合理安排生活開支。再比如，分析運動時的心率和運動強度數據，能預測運動效果，為科學健身提供指導。現在，請同學們仔細思考，結合自己的生活實際，選擇一類感興趣的數據，思考運用機器學習可以解決什么實際問題。 提出單元項目任務： 請你以小組為單位，規劃一個運用機器學習解決所選數據相關問題的項目方案。 （1）提供項目方案范例 項目個人日常消費預測應用目標過分析個人日常消費數據，預測未來一段時間內的消費金額，幫助個人更好地進行財務規劃，合理安排支出。功能需求集個人過去一段時間（如半年或一年）的消費記錄，包括消費時間、消費金額、消費類別（如餐飲、購物、娛樂等）；運用機器學習算法建立消費預測模型；將預測結果以直觀的方式呈現，如通過手機應用展示未來一周或一個月的預計消費金額，并給出合理的消費建議。
小組名：姓名角色分工任務同學甲組長負責項目統籌、監督與管理制定項目整體計劃和進度安排，協調小組成員之間的工作；組織小組討論，確定項目的技術路線和方法；監督項目的執行情況，及時解決項目中出現的問題；對項目的最終成果負責同學乙成員數據收集與整理確定收集消費數據的方式，如從電子支付平臺導出消費記錄；對收集到的數據進行清洗，去除重復、錯誤的數據；將數據按照消費時間、金額、類別等進行分類整理，構建適合模型訓練的數據集；對數據進行初步分析，探索數據的特點和規律 同學丙成員模型訓練與評估研究適合消費預測的機器學習算法，如線性回歸、決策樹等；使用整理好的數據訓練模型，不斷調整模型參數以優化模型性能；運用合適的評估指標對模型進行評估，對比不同算法的效果，選擇最優模型；記錄模型訓練和評估的過程和結果，為模型的改進提供依據同學丁成員應用開發與展示設計并開發用于展示預測結果和消費建議的手機應用界面；實現應用與訓練好的模型對接，確保預測數據能夠準確顯示；設計直觀、易懂的可視化界面，以圖表、文字等形式展示預測的消費金額和消費建議；對應用進行測試，修復漏洞，優化應用的性能和用戶體驗；收集用戶反饋，根據反饋對應用進行改進
（2）引導開展自主規劃 　　　——要求以小組為單位，基于自身情況進行規劃，并將結果填入下表1、表2。 表1項目實施規劃 項目內容應用目標功能需求
表2小組合作分工 姓名角色分工任務
（3）各小組匯報展示交流 　　　——展示小組規劃成果，交流規劃緣由。 知識探究 1.項目子任務引入： ——了解人工智能的起源與發展，為“機器學習項目”作知識儲備。 2.探究內容與要求 （1）方法引導：按照時間順序，逐步梳理人工智能的發展脈絡，通過實例和故事幫助學生理解抽象的概念。 （2）主要內容： ①什么是人工智能？—— 人工智能的含義 ②人工智能有哪些應用與發展歷程？—— 人工智能發展簡史 ③人工智能未來趨勢如何？—— 新一代人工智能的發展 3.知識習得 （1）自主閱讀：以書本P3-8為主，網絡知識作補充。 （2）知識梳理： ①人工智能起源于人類對賦予機械智能的渴望。古希臘亞里士多德的“______”，為人工智能的邏輯推理奠定了基礎。而艾倫 圖靈提出的“______”，為判斷機器是否具有智能提供了重要標準，1956年的________會議，正式確立了 “人工智能”這一術語，標志著人工智能作為一門獨立學科的誕生。（答案：三段論、圖靈測試、達特茅斯 ） ②人工智能發展有邏輯啟發式和生物啟發式兩種范式。邏輯啟發式 以________和推理為核心；生物啟發式則從生物的智能行為和生 理結構中汲取靈感。（答案：邏輯規則） ③ 2012 年以來，新一代人工智能取得重大突破。未來，人工智能具 備更強的________和決策能力；受益群體也將從科技領域向更廣 泛的社會群體普及。（答案：自主學習 ） 4.核心素養培育 （1）學會分析:查閱關于不同人工智能學術流派（符號主義、聯結主義、行為主義）的資料，并從理論基礎、技術實現、應用場景、優缺點等方面進行比較分析。 輔助分析支架： 學術流派理論基礎技術實現應用場景優點缺點符號主義聯結主義行為主義
在學會分析環節，你可以從各學術流派的理論根源出發，對比它們在技術實現方式、典型應用場景上的不同，以及各自在實際運用中的優劣之處，這有助于全面深入地理解人工智能不同學術流派的本質特點。 （2）學會解釋:請結合人工智能發展歷程中的具體事件和技術突破，解釋不同階段發展高潮和低谷出現的原因。 輔助分析支架：專家系統在早期取得成功應用，吸引大量關注和投 入，引發發展高潮，因此它被視為發展高潮階段符號主義典型代表。 后來傳統的專家系統因知識獲取困難、計算能力無法滿足復雜需求， 發展陷入低谷，如早期的一些醫療專家系統難以應對復雜多變的病癥 和大量的醫學數據 。 近年來，深度學習算法AlexNet在______圖像分類競賽中取得優異 成績，證明了聯結主義在圖像識別領域的強大能力，推動人工智能進 入新的發展高潮。 學會求證：人工智能的發展在很大程度上影響了社會的未來。請分析人工智能未來的發展趨勢，并給出證據。 —— 教師引領學生求證：調查人工智能在應用領域、智能程度和受眾群體上的特點。 ①求證技能：使用思維導圖，整理出人工智能的發展趨勢。重點關注：應用領域范圍的 擴大、細節的增多，可以具體一類進行整理并論證；智能程度可按照時間邏輯進行求 證；受眾群體可以具體產品案例進行說明。 ②求證活動： 調查人工智能在應用領域細化出哪些分支。 調查人工智能智能程度從時間節點上看有什么質的突破。 調查人工智能受眾群體以前是哪些,現在有哪些 畫出相應思維導圖。 （4）對學科方法、工具或作品進行評價反思 ①學習人工智能起源與發展，對理解科技發展規律有什么啟發？ ②在對比不同學術流派時，運用對比分析方法有什么好處？ ③在梳理人工智能對社會生活影響時，使用思維導圖工具對你有什么幫助？若不使用或使用其他工具會有什么不同？ 習題測試 人工智能正式誕生于哪一年？標志是什么？ 簡述人工智能發展的兩種范式及其代表學派。 四、小結回顧 請同學按照下列提示進行總結回顧： 1.學到了哪些知識與技能？ 2.提升了哪些方面的能力？ 3.生成了怎樣的觀點？ 四、布置作業 1.項目實施作業 請各小組對項目探究的階段成果進行整理并提交，整理內容： （1）項目方案與小組分工表 （2）人工智能發展歷程的梳理 2.課后挑戰作業 通過瀏覽器就可以訓練一個簡單的模型，或者應用一個已經訓練好的模型。選擇 1～4 個你感興趣的模型應用，體驗其功能并填寫下表。 表2 人工智能應用的功能體驗記錄表 應用名稱功能簡述輸入數據輸出結果
通過范例來幫助學生降低自主規劃的的難度

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