“信息的智能化加工”教学设计 第三章第三节

江苏省兴化中学　戚正华

【教学对象分析】

对于人工智能许多学生都有一种神秘感和好奇心。有的学生在日常生活中甚至在一些科幻影片中也多多少少了解到有有关的人工智能方面的应用。如何引领学生揭开它的神秘面纱，激发学生的学习兴趣，产生强烈的求知欲，这是非常重要的。

【教材分析】

我们目前使用的教材是教育科学出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《信息技术基础》（必修）。“信息的智能化加工”是其中第三章第三节的教学内容。信息的智能化加工是指利用人工智能技术加工信息。人工智能是计算机科学的一个发展前沿。课本中先通过“更深的蓝”战胜了什么，这则资料揭开人工智能的神秘面纱。然后通过目前人工智能的几个典型应用实例：模式识别、机器翻译、智能机器人、计算机博弈等让学生感受到人工智能的独特魅力。最后提出人工智能技术在为我们的生活带来极大便利的同时，也要辩证认识，负责地、安全地、健康地开发和使用。

【教学目标】

知识与技能：了解人工智能的基本概念及其发展现状；通过一些智能信息处理工具的使用，体验其基本工作过程，客观地认识人工智能技术，了解其实际应用价值。培养正确的科学技术应用观。

情感与态度：激发学生了解人工智能技术的兴趣，发展辩证思维。

【教学重点】

（1）让学生实际体验智能化加工内容与过程

（2）智能信息处理软件的使用、工作原理及其作用与影响

【教学难点】

提升学生对人工智能的认识，并且发展他们的辩证思维

【教学模式】

借助ppt课件，采用教师讲解与学生演示操作、教师引导学生讨论相结合的教学模式

【课时安排】1课时

【教学设想或教学策略】

从教学目标来分析,这部分内容主要让学生体验和感受人工智能,这个体验不一定要每个学生都操作,看老师和同学的演示同样也能够感受。因此，可以选择在教室授课。这样，教师能根据学生操作的结果进行提示，启发学生展开思考，通过互相讨论得出正确的结论。如何引入课题先调动起学生的学习兴趣是组织这堂课的第一个关键。当时，十运会的开幕式刚刚在南京举行不久，开幕式中巨型机器人点燃十运会火炬这一幕给我留下了深刻的印象，这样的点火创意十分新颖充满现代感的，具有非常高的科技含量。这不正是人工智能运用的最好的例子。于是我上网搜索终于找到了这一段视频，在新课开始，先让学生欣赏了这段精彩的视频，然后逐步过渡引入课题。分析课本资料“更深的蓝战胜了什么”，需要逐步引导启发学生思考讨论，发挥学生的思维能力和想象力，必要时也可以专设一节课就人类棋手可不可能战胜“更深的蓝”展开一场辩论赛。如何判断计算机具有人工智能，我引入了“图灵测试”，并从网站中找到了一个中文机器人聊天网站。许多学生平时上网时也聊过天，可是和机器人聊天还是第一次。课堂上我请一位学生与机器人“小布”进行聊天，学生们感到很新奇。通过聊天，他们发现了“小布”回答中存在的许多破绽，从而认识到目前人工智能的水平还比较低，这样自然过渡到第二个部分的学习。在介绍模式识别时，我重点介绍了手写识别，并从网上下载了“慧视小灵鼠”这个软件，在课堂上请学生上台试用，写出个性化的签名来检验手写输入汉字的效率。实践证明用手写识别输入汉字不一定比其他方法输入快。因此，我们需要合理使用各种汉字输入方法，以便提高工作效率和质量。在介绍智能机器人时，我向学生介绍了各个国家比较有代表性的机器人及我国这方面的现状，激发学生的爱国热情，鼓励他们参加机器人大赛。并从网上找了SONY新研制的Qrio机器人跳舞视频给学生欣赏，课堂气氛非常活跃，学生积极参与，热情高昂。

【教学准备】

PPT课件、开幕式中巨型机器人点燃十运会火炬和SONY机器人跳舞视频、慧视小灵鼠软件、金山快译、《再别康桥》中文及英文版等

【教学过程】

第一部分：人工智能的基本概念

[教师]：在讲新课以前先请大家一起来观看一段机器人点燃十运会火炬的视频（幻灯）

[学生]：观看视频

[教师]：这个场面同学们一定很熟悉吧？这是刚刚召开的十运会的开幕式中巨型机器人点燃十运会火炬的一段。机器人"中国飞人"手持火炬飞向主火炬台,将火炬点燃。这样的点火创意十分新颖充满现代感的，具有非常高的科技含量。机器人为什么能沿着一定的路线以太空步缓缓走向主火炬台，点燃了十运会圣火？这和人的思维非常相似，对搜集到的信息进行分析、判断、加工。

（引入新课）这节课我们就一块来探讨信息的智能化加工（幻灯）

[设计思想] 通过一段有吸引力的视频导入课题并且重申教学习目标。

[教师]：信息的智能化加工——是指利用人工智能技术加工信息。

那么什么叫人工智能呢？（幻灯）

顾名思义人工智能就是人造的智能，主要是对人脑思维机理的模拟。

[学生]：打开课本阅读教材提供的资料“更深的蓝战胜了什么？”。

[教师]：分析“更深的蓝”战胜卡斯帕罗夫原因？谈谈你的感想？

[学生]：进行简单讨论，罗列出“更深的蓝”战胜卡斯帕罗夫的原因。

[教师]：总结：电脑的进步表明人类对人脑的思维方式有了更深入的了解。从科学意义上讲，人机大战只是一项科学实验。

思考：这会给人类带来不安吗？机器能够战胜人类吗？

[学生]：学生们各抒己见。（课堂气氛活跃）

[教师]：大家说得非常好，由于时间性今天暂时讨论到这，我们准备下次课继续探讨这个话题，就‘人类棋手可不可能战胜“更深的蓝” ’展开一场辩论赛。请同学们利用一周时间作准备也可以到网上搜索查找最新相关信息。

[教师]：电脑战胜了人脑，那么是不是说电脑已经具有了人工智能呢？如何判断计算机具有人工智能？（幻灯）

提到人工智能我们不能不提一个人：阿兰•图灵Alan Turing （1912-1954）“人工智能之父”他提出了如何判断机器是否具有智能的“图灵测试”。简单介绍图灵这个人以及什么是“图灵测试”。“图灵奖”被誉为：“计算机界的诺贝尔奖”，设立此奖项的目的之一为纪念他。

[教师]：如何理解“图灵测试”？ 下面我们一起做一个测试。

许多同学喜欢上网聊天，那是人与人之间进行网上交谈，而今天我们聊天的对象却是机器人“小布”，我们请一名同学与“小布”进行聊天，看看它能不能成为你的朋友。

[学生]：访问聊天机器人网站：http://www.9zi.com/shybot同网站机器人聊天（以下是XXX学生与小布聊天的部分记录）

（学生）你是谁？

（小布）我是想认识你的一个人。

（学生）今年多大了?

（小布）有多必有少

（学生）我是说你几岁?

（小布）二十几岁

（学生）你的爱好是什么?

（小布）我不知道，你告诉我好吗？

（学生）聊天.

（小布）聊我知道的，但是你不知道的！怎么样？

（学生们看到机器人小布的回答都哈哈大笑，它的回答真是有趣！）

[教师]：请大家思考：1、在与小布交流的过程中，有没有发现她谈话的破绽呢？

2、为什么会出现这些破绽呢？

[学生]：积极举手发言，谈自己的看法：这个机器人还没有完全具备人的思想、程序化思维，有规律、很机械……，人工智能水平还很低。

[设计思想]让学生在实际操作中初步体会人工智能，体会图灵测试基本原理

[教师]：是的，实际上现在的人工智能水平并没有达到我们理想的水平，目前它已经达到了什么程度，有没有什么实际应用价值呢？（自然引出下面要讲述的内容）

第二部分：人工智能的现状及应用

[教师]：通过上面的测试，大家发现人工智能远远没有达到我们所理想的水平，目前，人工智能还很原始，正处于发展阶段，它是计算机科学领域研究的一个方向，需要我们作不懈地努力，说不定你们中将来就有搞人工智能研究的。人工智能目前在某些方面已经取得一些成就，也具有一些实际应用价值，下面我们就一起去体验一下。

它主要表现在以下几方面典型的应用：（幻灯）

一、模式识别：（让计算机认识事物）

包括指纹识别、语音识别、手写识别和光学字符识别等。

1、指纹识别：在今天的工作生活中太多的场合需要身份认证。利用指纹来鉴定人的身份可以克服证件、签字、照片、密码等容易假冒、丢失、遗忘等缺点。

如：公安局使用指纹识别系统建立指纹库检索现场。单位利用指纹机进行上下班考勤。

优点：指纹是独一无二的，相当固定，便于获取等。

2、语音识别：

与机器进行语音交流，让机器明白你说什么，这是人们长期以来梦寐以求的事情。语音识别技术就是让机器通过识别和理解过程把语音信号转变为相应的文本或命令的高技术。语音识别技术与语音合成技术结合使人们能够甩掉键盘，通过语音命令进行操作。语音技术的应用已经成为一个具有竞争性的新兴高技术产业。

（讲述一个关于语音识别所引发的笑话故事。）

基本原理：首先在计算机中存放所有字词的读音建立一个样本数据库然后通过话筒将用户说话的声音输入计算机；计算机将输入的声音和数据库中的所有声音样本逐一进行对照找出最接近的声音样本最终确定输入的声音是哪个词或字。

3、手写识别

从网上下载并安装“慧视小灵鼠”。

它是一种全新的纯软件手写文字识别输入系统，它灵活、自由、方便，不需附加任何特定硬件，使用鼠标就可以快速流畅的输入汉字。您可以自由随意的书写，完全尊重您的书写习惯，让您惊讶于手写识别技术的智慧。

[学生]利用慧视小灵鼠在word中写上自己个性化的签名，同时学会使用不同的手写字体及连笔输入汉字的方法，观察手写输入汉字的效率。

[教师]：基本原理：手写汉字——信息读入——预处理——笔画识别——特征匹配（特征库）——显示汉字。即输入待识别的信息，在汉字特征库进行检索并匹配，若有符合的则显示。

提问：手写输入汉字好不好，平时使用方便吗？

[学生]：发现用手写识别输入汉字不一定比其他方法输入快。

[教师]：我们需要合理使用各种汉字输入方法，以便提高工作效率和质量。

[设计思想]：通过学生实际的操作让学生亲身体会人工智能的巨大魅力，以及信息智能化加工的方便与快捷。

二、机器翻译（MT）——是利用计算机把一种自然语言转变为另一种自然语言的过程。即计算机理解人类语言。（英汉  汉英  汉日  日汉）

机器翻译系统——能够利用计算机把一种自然语言翻译变成另一种自然语言的软件叫做机器翻译系统。这类软件有金山快译、东方快译等软件。它能够帮助人们提高学习效率和工作质量。

[学生]：打开免费在线翻译网站 http://www.onlinetranslation.cn/ 或金山快译2005

1、把诗 《再别康桥》译成英文。

2、上网下载《再别康桥》英文版并与译文进行比较。

[教师]：把翻译过来的英文再译成中文看看翻译结果与原文有何区别？

意思是否变了？在机器翻译过程中，译文错误或者不准确主要是什么原因造成的？

怎样提高翻译质量？

[学生]： （思考并分析原因）

1、有区别---机器无感情---因为使用软件---人编写的---(进一步认识本质)

2、原理：在词库中搜索

3、提高质量：进一步完善软件的功能（词汇问题、语法问题）；电脑翻译，再适当修改；选择对应词库类型

[教师]：机器翻译工作原理：当输入一段话之后，机器首先要理解这段话的意思，然后根据并利用它所具有的知识，生成一段文字，给出回答。因此它包含了三个部分：语言理解、思考和语言生成。机器翻译能够帮助人们提高学习效率和工作质量，但它只是我们辅助学习的工具我们不能完全依靠它。

[设计思想]通过实践，让学生主动去发现问题分析问题，发展学生的辨证思维，逐步树立正确的科学技术应用观。

三、其他应用

1、智能机器人

智能机器人：它可以根据感觉到的信息，进行识别、推理，并做出判断和决策。不用人的参与就可以完成一些复杂的工作。

展示各国各类机器人图片并作简要介绍：(幻灯)

举例：美国研制太空机器人协助人类完成航天任务；日本研发成功驾车人形智能机器人；

（播放SONY新研制的Qrio机器人跳舞视频。）

我国很多城市学校都举行大中学生机器人大赛，比如机器人足球比赛、机器人灭火比赛等。我校也有机器人兴趣小组，欢迎有兴趣的同学前去参加。

[设计思想]：通过各种有趣的智能机器人图片和观看机器人跳舞视频增加学生的兴趣，鼓励学生参加学校的机器人大赛。

2、计算机对奕：它是人工智能一个重要的研究领域。早期人工智能的研究实践，正起始于电脑下棋。人工智能的第一大应用成就正是发展了能够求解难题的下棋程序。

前面我们提到的“更深的蓝”则是其中的杰出代表。

[教师]：我们当有没有同学使用过对弈软件如中国象棋、围棋、五子棋？

[学生]：学生与计算机对奕（中国象棋）

[教师]：除了前面我们跟大家介绍的以外，人工智能技术还有许多典型的应用：如：专家系统、机器证明、数据挖掘等。限于课堂时间有限我们就不一一介绍，同学们感兴趣可以到相关网站上看看了解这方面情况。

本课总结：（幻灯）今天这堂课我们学习了利用人工智能技术处理信息，大家通过学习使用一些人工智能软件，了解到智能信息处理的一般过程，从中认识到人工智能的应用价值和作用，感受到这项最新技术发展的前沿信息和魅力。

人工智能已经越来越多地渗透到我们的生活工作和学习中，为我们带来了许多意想不到的方便和惊喜，但人工智能并不是万能的、有局限。

进一步认识人工智能的实质：机器的思维是人通过编写程序给予的。机器不能完全代替人，我们不能完全依赖机器，一方面我们要自力、自强、自信；同时也要热爱科学，积极探索、发展、创新，让机器成为人类的得力助手和合作伙伴，用人类自己创造的智慧，更好地为人类服务。

[设计思想]：提升学生对人工智能的认识，要学会辩证认识，负责任地、安全地、健康地开发和使用

布置作业：

1、到网上搜索查找“更深的蓝”最新相关信息，准备下节课辩论赛的资料。

2、到上网搜索一个免费在线翻译网站，借助它将一篇英文翻译成中文。

3、到网上下载安装手写输入软件“慧视小灵鼠”，感受体验一下。

4、下载中国象棋/国际象棋/五子棋，与计算机进行对奕。

【教学反思】

这是我在2005.12.2上的一节全市公开课，总体效果不错，得到了同行与专家的一致好评。但在实际教学过程中也出现了一些意想不到的情况。比如说，在验证“图灵测试”时，由于学校网络速度比较慢，学生无法与机器人“小布”流畅地进行聊天，还好事先我下载了与“小布”的聊天记录。通过让学生观看聊天记录，分析问题，从而得出目前人工智能水平还很低的结论。在线翻译同样也是这个问题，可以使用金山快译来实现。所以说，课前的准备不仅要充分，而且要把各种可能的因素都考虑到。

【对现行教材的改进意见】

在介绍手写识别时，课本上的手写识别软件识别字符比较单调，不容易引发学生的兴趣。可以选择其它的一些软件如“慧视小灵鼠”；微软2003输入法也自带有手写识别功能。在介绍一些智能信息处理软件的使用的同时，最好能将其工作原理简单地向学生介绍一下就更好了。