《人工智能依赖的算力》教学设计-2026-2027学年苏科版（新教材）初中信息技术九年级全一册

《人工智能依赖的算力》教学设计-2026-2027学年苏科版（新教材）初中信息技术九年级全一册一、学情分析九年级学生已完成本单元前两次探索内容，掌握人工智能三大基础要素中的数据、算法相关知识，能结合AlphaGo人机围棋对弈案例理解数据是AI的“燃料”、算法是AI的“思考逻辑”。学生日常使用手机、电脑、平板等设备，直观感知设备运行快慢差异，但对“算力”这一抽象概念没有系统认知，容易将算力等同于硬件设备，无法区分CPU、GPU、AI专用芯片的计算分工，也难以理解算力对人机对弈、智能识别等AI任务的约束作用。该阶段学生具备完整逻辑推理、小组探究、图文归纳能力，对围棋人机对战、智能大模型等科技案例兴趣浓厚，适合依托教材AlphaGo算力发展史料、硬件对比图表开展实景课堂互动。同时学生具备基础辩证思维，可结合算力能耗、国产算力发展开展信息社会责任渗透，但学生普遍存在“算力越强越好”的片面认知，需要通过案例思辨纠正。二、教材分析本节课是单元第三核心探索课，完整补齐人工智能三大技术基础（数据、算法、算力），串联单元主线“人机对弈发展”，为后续单元综合实践、第三单元机器学习内容搭建底层技术支撑。教材全文以围棋人机对弈发展史为核心载体，整体分为四大板块：1.承上导入板块：教材原文回顾早期围棋AI仅依靠普通CPU运行，棋力弱、计算速度慢，AlphaGo依靠大规模算力集群实现百万次自我对弈，抛出核心问题：算力究竟如何支撑人工智能完成海量棋局推演？引出算力概念；2.核心概念正文板块：定义算力为设备每秒处理浮点运算的计算能力，标注衡量单位FLOPS；划分三类算力硬件：通用CPU算力、GPU智能算力、专用AI芯片算力；对比三者结构、运算特点、适配场景；3.人机对弈专题案例板块：配套三段教材史料图文，分别记载1997年普通电脑围棋程序、2016年AlphaGo分布式算力集群、新一代轻量化围棋AI终端算力配置，附算力数据对比表格；梳理算力迭代推动人机对弈棋力持续提升的完整逻辑；4.探究与拓展板块：课堂探究任务“为人机对弈、手机人脸识别、桌面办公匹配对应算力硬件”；拓展阅读《我国自主算力芯片发展》；课后思考：高算力运行会产生哪些资源消耗，如何绿色使用算力资源。教材弱化复杂芯片电路原理，坚持“项目驱动、案例具象”，将抽象算力知识绑定学生熟悉的人机对弈场景，贴合2022版信息科技新课标实践探究要求，实现技术原理、行业应用、科技国情融合教学。三、核心素养目标（一）信息意识1.理解算力是人工智能运行的核心硬件支撑，建立“数据+算法+算力三者缺一不可”的完整认知；2.能识别生活、人机对弈场景中的不同算力硬件，感知算力强弱直接决定AI运行速度与任务上限；3.主动关注国产算力技术发展，感知算力对智能应用普及的决定性作用。（二）计算思维1.拆解AI完整运算流程：数据输入→算法运算→算力硬件批量处理→输出结果，建立标准化算力运行模型；2.通过表格对比CPU、GPU、专用AI芯片运算特点，根据AI任务需求匹配适配算力硬件；3.分析算力不足对人机对弈、图像识别任务造成的限制，预判硬件性能对智能系统的约束。（三）数字化学习与创新1.依托教材算力对比图表、人机对弈史料，小组合作完成算力硬件场景匹配探究任务；2.自主绘制“算力支撑人机对弈”逻辑框图，尝试设计轻量化校园AI应用算力配置方案。（四）信息社会责任1.了解大规模算力集群存在电力、能耗消耗问题，树立绿色计算、节约算力资源的意识；2.认识算力基础设施属于数字核心资源，知晓自主算力芯片对数字安全、科技自主的重要意义；3.理性看待算力技术发展，明白算力只是工具，人类思维、价值判断无法被算力替代。四、教学重难点教学重点1.算力核心定义、衡量单位，CPU、GPU、专用AI芯片三类算力硬件的功能与适用场景；2.依托教材AlphaGo案例梳理算力推动人机对弈迭代发展的完整逻辑；3.数据、算法、算力三者协同支撑人工智能运行的内在关系。教学难点1.区分CPU串行逻辑运算与GPU并行批量运算的底层差异，理解AI训练优先使用GPU的原因；2.根据不同AI任务复杂度合理选择算力硬件，建立“任务需求匹配算力等级”的工程思维；3.辩证看待算力发展的优势与能耗弊端，平衡技术发展与绿色数字发展理念。五、教学过程（一）承上复习导入，研读教材开篇文本教师带领学生回顾前两节课知识，朗读教材本节课导入原文：“早期围棋人工智能仅依靠普通台式电脑CPU运算，每一步棋局推演需要数十秒，棋力远低于业余棋手；2016年战胜世界围棋冠军的AlphaGo，搭载上千块GPU组成分布式算力集群，每秒可完成上亿次棋局模拟，实现百万次自我对弈训练。相同的围棋算法、相同的棋谱数据，仅仅更换算力硬件，AI棋力与运算速度产生巨大差距，这背后的核心变量就是算力。”师：结合教材这段话，谁能说一说数据、算法都不变的前提下，算力起到了什么作用？

生1：算力决定AI计算的速度，算力越强，推演棋局的速度越快。

生2：算力可以支撑AI完成更多次训练，棋艺会变得更强。

师：两位同学总结十分到位。数据是AI的学习素材，算法是AI的思考方法，算力就是AI高速思考的动力引擎。今天我们跟随教材人机对弈项目，专门探究人工智能不可或缺的算力技术。设计意图：严格依托教材承上启下文本导入，以人机对弈前后算力差异制造认知冲突，快速关联旧知，自然引出本节课核心概念，贴合单元项目主线。（二）精读教材核心定义，搭建算力基础概念框架学生齐读教材算力定义段落：“算力指计算硬件每秒能够完成的浮点运算总量，衡量单位为FLOPS，是执行人工智能算法、处理海量数据的硬件基础；所有AI的模型训练、实时推理，都需要依靠算力完成大规模重复运算。”教师板书教材配套算力硬件对比表格，逐行拆解教材文字说明，同步开展全班互动问答：算力硬件类型运算特点适配AI任务人机对弈对应应用CPU通用算力擅长串行逻辑运算，批量计算效率低普通办公、简单文字处理、AI基础调度早期单机围棋程序运算GPU智能算力支持大规模并行同步运算，批量数据处理速度快图像识别、棋局推演、AI模型训练AlphaGo核心运算硬件专用AI芯片（NPU/昇腾/TPU）针对神经网络算法定制，低能耗、高算力手机端轻量化AI、终端智能识别便携式围棋AI机器人师：表格中CPU和GPU最大运算区别是什么？结合围棋推演举例说明。

生：CPU一次只能推演1种落子方案，GPU可以同时推演几十种落子路线，下棋计算速度更快。

师：回答精准。教材中提到普通CPU推演一局完整棋局需要几小时，同等时间GPU可完成上万局推演，这就是并行算力的核心优势。我们再思考：手机里的围棋小程序为什么不用大型GPU，而是搭载专用AI芯片？

生：手机体积小、电池容量有限，专用AI芯片算力足够下棋，同时耗电更低，更适合终端设备。设计意图：完整拆解教材定义与硬件分类知识，结构化表格简化抽象硬件原理，通过围棋对弈实景问答降低理解难度，落实本节课核心教学重点。（三）深度研读教材人机对弈算力史料，梳理算力迭代逻辑教师依次展示教材三段人机对弈配套图文史料，分段朗读原文，逐层开展师生互动探究：史料一：1997年单机围棋程序教材原文：该程序仅依靠单颗CPU提供算力，存储棋谱数据有限，单次仅能推演三步落子，面对复杂棋局容易出现失误，无法战胜业余棋手。师：限制这款早期围棋AI棋力的核心因素是什么？生：算力不足，不能同时推演大量落子方案，训练数据无法完整运算。史料二：2016年AlphaGo分布式算力集群教材原文：AlphaGo搭载上千块GPU组成算力网络，分布式协同运算，单日可完成百万次自我对弈，海量棋局数据快速训练模型，最终战胜人类顶尖围棋选手。师：教材提到“分布式算力”，谁能用通俗语言解释分布式算力的含义？生：不只用一台电脑计算，把上千块显卡联合在一起，分工同时计算，叠加整体算力。史料三：轻量化终端围棋AI教材原文：当下围棋机器人、手机围棋软件搭载国产专用AI芯片，依靠小型本地算力完成实时对弈，无需连接云端大型算力集群，兼顾便捷性与运算速度。师：三段史料串联起来，大家总结算力发展对人机对弈带来了哪三方面改变？小组代表汇总发言：一是运算速度大幅提升；二是AI能够完成海量自我训练，棋力持续变强；三是算力硬件不断小型化，智能围棋设备走进日常生活。教师补充教材核心观点：算力的持续迭代，是人机对弈从“机器弱于人”走向“人机协同对弈”的核心技术驱动力。设计意图：完全依托教材项目史料开展案例分层教学，以问答串联算力发展脉络，紧扣单元“探究人机对弈发展”项目主题，让学生直观感知算力的实际价值。（四）完成教材探究任务，小组匹配算力硬件场景教师出示教材课堂探究任务单，4人小组合作完成表格填写，完成后各组代表汇报答案：AI应用场景最优算力硬件理由线下围棋人机对战训练平台GPU智能算力需要海量棋局并行推演，高强度模型训练校园手机人脸识别门禁专用AI芯片终端低功耗，实时快速识别，无需云端教师办公室文档、表格处理CPU通用算力仅简单逻辑运算，无大规模并行计算需求小组汇报完成后，教师拓展追问：如果学校搭建校园AI图像识别平台，用于识别校园绿植、图书，仅使用普通CPU会出现什么问题？

生：识别速度很慢，同时处理多张图片会卡顿，无法完成批量图片训练。

师：逻辑清晰，能够结合算力硬件特性判断任务适配性，掌握计算思维中“资源匹配任务”的核心方法，突破本节课教学难点。（五）拓展思辨：研读教材绿色算力拓展阅读，落实信息社会责任教师朗读教材拓展阅读原文：“大型云端算力集群24小时不间断运行，会消耗大量电力，产生碳排放；我国大力研发低功耗国产AI芯片、搭建绿色算力中心，平衡算力发展与节能环保需求。算力是数字时代重要战略资源，自主研发算力芯片能够保障数字技术安全，摆脱外部硬件限制。”师：结合教材文字，开展思辨问答：我们日常使用AI绘图、AI问答工具时，哪些行为可以节约算力资源？

生1：不反复生成无意义图片、文字，减少云端算力重复运算。

生2：优先使用本地轻量化AI工具，减少云端大型算力调用。

师：除此之外，教材提到国产算力芯片，大家思考自主算力技术对智慧校园、智慧交通有什么意义？

生：保障校园人脸、图书数据不依赖国外硬件，提升数字安全，降低设备使用成本。设计意图：深挖教材科技国情、绿色计算文本，以思辨问答落实信息社会责任素养，引导学生辩证看待算力技术的优势与弊端，树立理性、可持续的数字发展观念。（六）课堂整体梳理，构建人工智能三要素完整框架师生共同整合单元前三节全部教材内容，黑板绘制逻辑框架：人工智能运行三大核心基础数据：AI学习的素材（各类棋谱、图像、文字信息）算法：AI分析问题的思考规则（围棋落子推演逻辑）算力：AI执行运算的硬件动力（CPU/GPU/专用AI芯片）教师布置课堂巩固任务：在笔记本绘制算力支撑人机对弈流程图，标注三类算力硬件对应的围棋应用场景。六、课堂结语本节课我们完整研读教材算力相关全部内容