人工智能初步-信息技术选修教学建议

人工智能初步信息技术选修人工智能初步-信息技术选修教学建议第1页课程介绍课程意义教材特点不一样栏目标介绍任务提醒板学习指导体验活动后续活动评价参考资料人工智能初步-信息技术选修教学建议第2页内容介绍（1）第1章初识人工智能：让学生经过实际操作，体验含有一定智能软件，经过与计算机聊天、下棋等活动感受人工智能与人类智能之间关系和区分，了解人工智能概念和基本特点，了解人工智能基本事域，帮助学生建立起对人工智能这门学科初步认识。第2章知识表示：让学生经过活动充分感受到知识表示是人工智能首先要处理问题，即怎样让知识以适合机器系统方式进行表示，学生将学习框架表示法、产生式表示法、状态空间表示法、与/或图表示法、谓词逻辑表示法等人工智能中知识表示方法人工智能初步-信息技术选修教学建议第3页内容介绍（2）第3章人工智能语言：让学生经过实践，学习一个人工智能语言-Prolog,并能够使用该语言设计简单智能程序。第4章推理与教授系统：让学生经过使用简单产生式教授系统软件，了解教授系统基本结构，掌握教授系统正向、反向推理基本原理，认识惯用不准确推理基本过程，学会利用一个简易教授系统外壳开发简单教授系统。人工智能初步-信息技术选修教学建议第4页内容介绍（3）第5章经过搜索求解问题：让学生从迷宫入手，了解状态空间概念与方法以及用盲目搜索技术进行状态空间搜索基本过程，掌握基于状态空间问题求解过程和进行状态空间搜索基本思想，知道博弈问题基本知识以及搜索技术在博弈中应用。课时安排人工智能初步-信息技术选修教学建议第5页第1章初识人工智能课标要求：1能描述人工智能概念与基本特点；知道人工智能技术伴随计算机硬、软技术进步和应用需求而发展事实和客观规律。2列举人工智能主要应用领域；经过演示或实际操作，体验人工智能若干经典应用，知道其发展现实状况。提议：经过体验智能软件，感受人工智能与人类智能区分，对人工智能有初步认识人工智能初步-信息技术选修教学建议第6页主要内容什么是人工智能人工智能常见研究与应用领域人工智能初步-信息技术选修教学建议第7页什么是人工智能（1）活动意图：建立起对人工智能感性认识，比较人类智能与人工智能差异。重点难点：重点：人工智能概念与基本特点难点：让学生在实际操作中体会，建立起对人工智能初步认识课学准备：能够让学生预先搜集一些资料，教师也可预先搜集一些关于智能、人类智能、人工智能定义资料。对聊天网站，一定要预先检验是否能正常链接。人工智能初步-信息技术选修教学建议第8页什么是人工智能（2）提议教学过程：导入新课开始活动教师介绍学习指导中内容体验活动人工智能初步-信息技术选修教学建议第9页人工智能常见研究与应用领域（1）活动意图：经过人工智能经典结果，即计算机棋手，文字识别，机器翻译和机器人，对人工智能研究与应用领域有感性认识。重点难点：重点：让学生经过体验，了解人工智能研究与应用领域。难点：让学生在实际操作中对软件智能程度进行分析、比较和总结。课学准备：教师一定要预先搜集相关软件（能够自己准备，也可让学生准备）并安装在机房电脑上面。扫描材料可由教师预先准备好。搜集资料要提醒学生不要仅限于网络。有些操作教师甚至考虑要自己预先演示。人工智能初步-信息技术选修教学建议第10页人工智能常见研究与应用领域（2）提议教学过程：与计算机下棋，完成活动1，了解人工智能学科中问题求解识别英语短文，完成文章翻译，完成活动2,了解模式识别和自然语言了解了解各种各样机器人，了解机器人学发展介绍“学习指导”中自动定理证实、智能代理、教授系统、自动程序设计和人工神经网络，总结体验活动人工智能初步-信息技术选修教学建议第11页人工智能常见研究与应用领域（3）下棋（跳棋，五子棋，相同棋类同学分成一组）文字识别和机器翻译。识别材料教师先准备好，能够准备一些“好”材料和“不好”材料。翻译可单独进行，用翻译软件，或用谷歌翻译对于各类机器人讨论，可结合一些影视作品学习指导中内容要给合前面活动人工智能初步-信息技术选修教学建议第12页后续活动与评价活动目标：经过调查和资料搜集，让学生感性地了解人工智能对人类生活影响、全方面地了解人工智能学科发展过程。后续活动可在课余时间完成，如有时间也可一部分在课外，一部分在课内完成。评价举例：认识人类智能特征：*在教师提醒下能够辩他人类智能特征；**能够知道人类智能特点，并在日常生活中找到其表现实例***能够主动地分析人类日常活动，并归纳总结出人类智能特征。人工智能初步-信息技术选修教学建议第13页第2章知识表示课标要求：1掌握知识概念2学会知识表示基本方法提议本章是后面几章基础，知识表示是把人知识转换成计算机能够接收形式，知识表示有各种形式，各有特点。人工智能初步-信息技术选修教学建议第14页主要内容知识及知识表示框架表示法产生式表示法状态空间表示法与/或图表示法谓词逻辑表示法人工智能初步-信息技术选修教学建议第15页知识及知识表示（1）活动意图：经过描述计算机硬件结构知识，从使用三种不一样方法-“自然语言”，“图”，“框架结构”描述计算机硬件结构开始，让学生体会同一个知识能够用不一样方法来描述，不一样描述方法各有特点。重点难点：重点：让学生使用不一样方法描述同一个知识，经过学生自己参加描述过程体验知识与知识表示概念。难点：抽象概念较多，尤其是让学生区分知识、信息与数据三者概念。课学准备：教师一定要预先准备一个计算机主机实物，并贴好对应标签，假如实物有困难，可采取预先介绍一下计算机主机知识（带一些图片），然后让学生进行活动。人工智能初步-信息技术选修教学建议第16页知识及知识表示（2）提议教学过程：导入新课：交流什么是知识，我们是怎样进行知识表示与交流执行活动中第一个任务：用三种不一样方法描述计算机执行第二个任务：分析以上三种方法特点执行第三个任务：比较不一样知识描述方法各有什么特点教师讲解“学习指导”中内容小结体验活动（可在课堂上做）强化上述内容人工智能初步-信息技术选修教学建议第17页框架表示法（１）活动意图：以名片为描述对象，经过搜集名片上信息，并加以归纳整理，逐步引入框架表示法表示知识．经过活动，学生能够体会到框架四个组成部分是怎样从现实事物中被提取出来．重点难点：重点：让学生经过观察、搜集信息，归纳整理信息和描述知识等过程，学会使用框架描述知识。难点：怎样经过归纳整理取得框架四个组成部分。教学准备：教师要让学生预先搜集一些名片，勉励学生相互进行名片交流。另外需要一些表示知识（文本），要求这些知识应该内容相对复杂一些，帮助学生更加好地了解框架。人工智能初步-信息技术选修教学建议第18页框架表示法（２）教学过程安排：导入新课：复习第一节中用框架结构表示计算机结构知识执行活动步骤１：从搜集到名片中提取关键性项目执行活动步骤２：对搜集到信息进行归纳整理执行活动步骤３：完成框架表述用学习指导中内容进行小结应用：利用框架表示法表示一些其它知识体验活动（可在课堂上做）强化上述内容人工智能初步-信息技术选修教学建议第19页框架表示法（３）一个框架能够由框架名、槽、侧和值四部分组成。框架普通可表示成以下格式：框架名<槽名1><侧面11><值111><值11２><侧面1２><值1２1><值1２２><槽名2><侧面２１><值21１><值21２><侧面２2><值２21>…<值22２>…框架即使由四部分组成，不过有时候能够缺损其中一些结构，比如Ｐ２６地震框架人工智能初步-信息技术选修教学建议第20页产生式表示法（１）活动意图：活动要求学生从一个产生式表示法表示知识中找到规则和事实对应关系。学生经过寻找规则和答案对应关系，能够体验到产生式表示法是怎样推导出答案来。重点难点：重点：掌握产生式基本结构难点：正确地描述规则和事实之间因果关系教学准备：有可能话，教师制作一个小课件，模拟一个小小动物园里进行动物识别场景，对每个小动物都做一个介绍。人工智能初步-信息技术选修教学建议第21页产生式表示法（２）提议教学过程：导入新课：经过模拟一个小小动物园，介绍七种动物，引入本课以其中一个动物为例，介绍怎样经过产生式表示法中描述规则找出事实完成27页上表格阅读学习指导小结体验活动（可在课堂上做）强化上述内容人工智能初步-信息技术选修教学建议第22页产生式表示法（３）在本节活动前，应对学生说明活动中设置场景和条件，即并不是对全体动物进行识别，而是对预先设定有限几个动物进行识别，也不是严格地遵照动物学分类进行识别，所以这些识别在科学上存在一定缺点，要求学生把注意力放在寻找规则和事实关联上。人工智能初步-信息技术选修教学建议第23页状态空间表示法（１）活动意图：状态空间表示法是用来表示问题及其搜索过程一个知识表示方法，而迷宫问题就是经典没有固定解题步骤，不过状态空间会伴随解题过程发生改变实例．经过该活动引出了两个问题：怎样描述问题中可能存在各种状态？怎样用状态空间图描述搜索过程。重点难点：重点：用状态空间表示法术语描述机器人走迷宫过程难点：怎样找到全部移动可能，并准确地在状态空间图上描述出来。教学准备：教师既可让学生在纸上画迷宫，也可找对应计算机软件代替。人工智能初步-信息技术选修教学建议第24页状态空间表示法（２）提议教学过程：导入新课：从迷宫游戏引入新课执行活动步骤１：描述问题中全部可能状态执行活动步骤２：定义算符执行活动步骤３：完成状态空间图执行活动步骤４：寻找最短通路阅读“学习指导”中内容拓展思索：生活中还有哪些问题能够使用状态空间表示法表示体验活动（可在课堂上做）强化上述内容人工智能初步-信息技术选修教学建议第25页状态空间表示法（３）任何问题求解本质都是一个搜索过程为了让计算机能够有效搜索，需要对所求解问题用适当形式表现出来状态空间一些术语状态空间表示法表示问题步骤人工智能初步-信息技术选修教学建议第26页与／或图表示法（１）活动意图：经过解三层汉诺塔问题让学生体会到与／或图表示法求解问题过程，学会把比较复杂原始问题转换成等价比较轻易处理几个问题方法。重点难点：重点：使用与／或图把复杂问题分解转换成若干个问题并加以解答，从而实现最终问题处理。难点：怎样了解与图与或图。教学准备：教师既可让学生在纸上，也可找对应计算机软件代替。人工智能初步-信息技术选修教学建议第27页与／或图表示法（２）提议教学过程创设情境：讲述汉诺塔传说，为学生创设解题环境解汉诺塔问题，统计解题过程，即每个盘搬运过程交流讨论，怎样正确解答三层汉诺塔问题利用学习引导深入学习与／或图拓展与／图应用体验活动，强化学习人工智能初步-信息技术选修教学建议第28页与／或图表示法（３）即使与图和或图存在差异，不过在处理实际问题时不能只用一个方法简单地描述问题，需要兼用分解和转换方法，才能成功地处理问题在总结与／或图表示法解题关键时候，学生讨论可能有许各种，此时教师有必有适时引导。人工智能初步-信息技术选修教学建议第29页谓词逻辑表示法（１）活动意图：经过活动比较谓词逻辑表示语句与自然语言之间关系，强调谓词逻辑表示法优越性－与人类自然语言靠近，且可方便地存放到计算机内，让计算机作准确处理。活动经过对比谓逻辑表示法语句和人类自然语言，寻找出谓词逻辑表示法中关键组成部分－谓词。重点难点：重点：了解谓词逻辑表示法基本概念、术语，教师要指导学生充分了解和掌握谓词、符号、量词等术语及其使用。难点：寻找知识中谓词，谓词不一定指动词，能够表现知识中对象之间关系词语都能够作为谓词。人工智能初步-信息技术选修教学建议第30页谓词逻辑表示法（２）提议教学过程经过活动引出自然语言表示和谓词逻辑表示，比较二者差异讲授学习指导中谓词逻辑表示法组成讲授学习指导用谓词表示知识步骤对本章内容进行总结体验活动，强化上述内容人工智能初步-信息技术选修教学建议第31页谓词逻辑表示法（３）挑选各种各样知识，包含不一样种类对象之间关系，让学生充分认识到谓词所能表示范围人工智能初步-信息技术选修教学建议第32页后续活动与评价后续活动让学生从整体上对知识表示法有更深入认识，不但能够学会使用不一样表示法表示知识，还需用依据不一样表示法特点选择适当使用场所。人工智能初步-信息技术选修教学建议第33页第3章人工智能语言课标要求：1了解一个人工智能语言基本数据结构和程序结构，掌握相关概念2知道人工智能语言主要特征3初步学会使用人工智能语言求解简单问题4能够上机调试，执行对应程序提议：从“读”程序开始，引导学生逐步适应人工智能语言开发环境，并提供实例帮助学生克服学习中障碍，在了解prolog语言基本概念之后，经过调试，改写，填充程序等活动，学会开发简单程序．人工智能初步-信息技术选修教学建议第34页主要内容认识Ｐrolog语言Ｐrolog程序编写人工智能初步-信息技术选修教学建议第35页认识Ｐrolog语言（１）活动意图：以运行一个范例程序并观察运行结果方式，让学生直接接触Ｐrolog程序语言及相关程序，用直观形式让学生建立起感性认识，然后经过对照范例程序源文件中语句和运行结果，让学生了解Ｐrolog语言基本数据结构和程序结构，知道人工智能语言主要特征．重点难点：重点：让学生经过观察，调试，比较和分析，了解Ｐrolog语言程序结构和基本数据结构．难点：了解事实，规则，目标之间关系，这些内容分散在程序各个地方，教师应该在帮助学生正确划分程序结构基础上，经过对比程序和运行结果，找到它们之间关系．课学准备：教师一定要预先在计算机上安装ＶisualProlog软件，并将范例程序存放在指定位置．（注意Ｐrolog版本差异大）人工智能初步-信息技术选修教学建议第36页认识Ｐrolog语言（２）提议教学过程导入新课，复习谓词逻辑表示法开启ＶisualProlog,认识开发环境运行范例程序，了解程序结构阅读程序语句，了解Ｐrolog数据结构小结体验活动人工智能初步-信息技术选修教学建议第37页认识Ｐrolog语言（３）Ｐrolog是一个以逻辑推理为基础逻辑型程序设计语言，计算被看作是对逻辑式证实．Ｐrolog语言处理问题时只要求描述给定问题中对象和反应它们之间关系已知事实，强调各对象之间关系，而且不需要告诉计算机运算执行先后次序．Ｐrolog语言三种基本语句：事实，规则和目标Ｐrolog程序基本结构：论域段，谓词段，子句段和目标段．Ｐrolog提供一个一致数据结构－项，全部数据和Ｐrolog程序都是由项结构而成，Ｐrolog经过对项进行模式匹配来求解．项包含简单项（常量，变量），复合项（结构），表等．人工智能初步-信息技术选修教学建议第38页Ｐrolog程序编写（１）活动意图：因为独立进行Ｐrolog编程工作比较困难，所以活动中从一个范例程序入手，经过输入程序，调试，运行程序，让学生逐步进入角色，经过添加目口号句，修改原有语句等活动，经过实践加深对语法和程序运行机制了解．重点难点：重点：指导学生掌握Ｐrolog程序处理简单问题方法．难点：让学生了解Ｐrolog程序运行机制．课学准备：需要经过回答，小练习等方式对学生上一节学习情况作一个了解，教师一定要预先准备一些范例程序，方便于是在教学中举一反三．人工智能初步-信息技术选修教学建议第39页Ｐrolog程序编写（２）提议教学过程调试，运行范例程序按照活动要求修改程序中语句，统计运行结果经过以上一系列尝试，结合学习指导，寻找Ｐrolog执行机制依据学习指导第61页程序，辅导学生了解回溯机制学习“学习指导”中“用Ｐrolog处理递归问题”内容总结经过体验活动独立编写一段程序人工智能初步-信息技术选修教学建议第40页Ｐrolog程序编写（３）Ｐrolog运行机制匹配合一回溯用Ｐrolog处理递归问题什么是递归Ｐrolog中递归人工智能初步-信息技术选修教学建议第41页后续活动和评价活动分小组进行，经过输入程序，调试获得运行结果，然后可以根据运行结果试着搬运汉诺塔，体验解题过程．最后分析程序源代码，思索活动中问题．后续活动一方面可以强化对于递归认识，其次则经过分析程序中语句，巩固对Ｐrolog语言认识．教学评价举例评价内容：信息技术能力：能够编制简单人工智能程序★能够在教师指导下模仿教师步骤和方法完成程序编制★★能够独立完成大部分程序编制，存在一些错误★★★能够完全独立地完成程序编制，有创意人工智能初步-信息技术选修教学建议第42页第４章推理与教授系统课标要求：1演示或使用简单产生式教授系统软件，感受用教授系统处理问题基本过程2了解教授系统基本结构3知道教授系统正向、反向推理基本原理4会描述一个惯用不准确推理基本过程5了解教授系统解释机制基本概念及其在教授系统中主要作用6了解教授系统外壳概念7学会使用一个简易教授系统外壳，并能用它开发简单教授系统提议：这部分内容可操作性强，趣味性也较强，很轻易激发学生学习兴趣，教师应充分利用这个优势，让学生充分发挥自主学习能力，在实践中不停地去获取新知识。人工智能初步-信息技术选修教学建议第43页主要内容了解教授系统教授系统中推理简单教授系统开发人工智能初步-信息技术选修教学建议第44页了解教授系统（1）活动意图：从请教人类教授活动着手，让学生了解教授是怎样帮助人们处理疑难问题，然后让学生使用一个能够判别笔类文具种类教授系统，从教授系统软件结构、运行结果等方面了解教授系统基本结构和解释机制。重点难点：重点：了解教授系统基本结构和解释机制难点：学生会发觉经过教授系统取得知识和事实会存在一定出入，教师应提醒学生发生这种现象原因和处理方法。课前准备：教师需了解一下学生对教授系统了解程度，方便于在教学中纠正；预先下载好intermodeller软件，供学生课上使用；提供笔规则文具种类教授系统规则，存放在学生计算机内。人工智能初步-信息技术选修教学建议第45页了解教授系统（2）提议教学过程以活动导入新课模仿人类教授解题过程指导学生阅读“学习指导”中“什么是教授系统”执行活动2中步骤1-6，使用识别笔类文具种类教授系统指导学生阅读“学习指导”中教授系统基本结构执行活动2中步骤7，了解教授系统识别结论由来指导学生完成阅读“学习指导”中教授系统与传统程序区分，教授系统解释，知识获取小结并完成体验活动人工智能初步-信息技术选修教学建议第46页了解教授系统（3）教授系统普通都是总结某个领域一些教授经验，而这些教授经验并不一定足够识别某个领域中全部知识，所以就会造成教授系统在识别上偏差，教师要提醒学生充分认识到这一点，这也说明了知识库主要性。人工智能初步-信息技术选修教学建议第47页教授系统中推理（1）活动意图：本节设计活动是“动物识别正向推理”，经过把己知动物体貌特征与教授系统中规则集合进行比较、匹配，最终完成推理，识别符合该特征动物种类或名称，让学生初步了解推理过程。重点难点：重点：了解教授系统中推理机控制策略难点：两种控制策略实施过程中事实库，规则库改变课前准备：提供识别动物教授系统规则，并以文本文件形式存放在学生计算机内；准备一个用演示“动物识别正向推理”大表格，便于教师和学生一起完成推导过程。人工智能初步-信息技术选修教学建议第48页教授系统中推理（2）提议教学过程用活动导入新课指导学生阅读“学习指导”中“正向推理”指导学生利用正向推理方法，完成活动中“讨论”部分指向学生阅读“学习指导”中“逆向推理”讨论正向推理与逆向推理差异与适用场所指导学生阅读“学习指导”中“不确定推理”小结经过体验活动强化学到知识人工智能初步-信息技术选修教学建议第49页教授系统中推理（3）正向推理流程逆向推理流程不确定推理学生在学习可信度方法时，对可信度因子这一概念了解可能存在困难，教师能够结合生活中实例进行讲解，同时需要强调，可信度推理方法只是不确定推理方法中一个．课程介绍是一个非常简化方法，只能起说明作用．人工智能初步-信息技术选修教学建议第50页简单教授系统开发（1）活动意图：经过创建动物识别系统这个范例，让学生学习教授系统外壳概念，掌握利用教授系统外壳开发教授系统普通步骤，学会使用一个简易教授系统外壳，并能用它独立开发简单教授系统。重点难点：重点：让学生了解使用外家系统外壳-intermodeller软件创建一个简单教授系统步骤，并让学生亲身体验这个开发过程。难点：了解使用教授系统外壳开发教授系统过程中策略课前准备：提供识别动物教授系统规则，并以文本文件形式存放在学生计算机内；预先了解一下学生对于教授系统结构、解释机制等方面了解程度，针对实际情况在新课中进行适当复习和补充。人工智能初步-信息技术选修教学建议第51页简单教授系统开发（2）提议教学过程导入新课（以第二节动物识别规则集为依据）使用intermodeller软件创建动物识别教授系统指导学生阅读“学习指导”中“教授系统开发工具”，了解教授系统外壳概念要求学生学习“学习指导”中“用教授系统外壳开发教授系统步骤”指导学生阅读“学习指导”中“适于教授系统求解问题”，结合动物识别教授系统和选择运输工具教授系统了解教授系统适用情况教师小结后续活动人工智能初步-信息技术选修教学建议第52页简单教授系统开发（3）“学习指导”中“用教授系统外壳开发教授系统步骤”，只适合于小型、简单教授系统开发，它关键思想是软件工程。人工智能初步-信息技术选修教学建议第53页后续活动和评价宾馆选择教授系统（经过观察一个现成知识库，建立一个自己知识库）植物分类顾问教授系统设计，帮助学生回顾利用教授系统外壳开发教授系统详细步骤，以小组合作形式完成教授系统开发。评价：信息技术能力-能够开发简单教授系统★在教师指导下参加简单教授系统开发，体验开发过程★★能够独立完成教授系统开发，但存在比较多错误和缺点★★★能够独立完成教授系统开发，基本不存在错误和缺点。人工智能初步-信息技术选修教学建议第54页第5章经过搜索求解问题课标要求：1了解状态空间概念与方法2学会用状态空间法描述待求解问题3了解用盲目搜索技术进行状态空间搜索基本过程4知道启发式搜索基本思想及优点提议：本章即使介绍是最基本搜索知识，但学生在了解上仍会存在一定困难，详细教学能够在活动中穿插知识，让学生从第2章学习过迷宫问题入手，初步体验搜索策略，指导学生由易至难，最终分析简单博弈问题，了解搜索技术在博弈中应用。人工智能初步-信息技术选修教学建议第55页主要内容状态空间搜索求解博弈问题人工智能初步-信息技术选修教学建议第56页状态空间搜索（1）活动意图：从第2章迷宫问题入手，经过迷宫问题求解过程，了解用盲目搜索技术进行状态空间搜索基本过程，经过试验体会各种搜索策略，比较各种方法差异重点难点：重点：了解用盲目搜索技术进行状态空间搜索基本过程难点：搜索过程中closed表和open表应用课前准备：需要准备对应课件，尤其是对于搜索演示过程，便于学生愈加形象地观察搜索过程，了解其中含义人工智能初步-信息技术选修教学建议第57页状态空间搜索（2