4.1.2 感受人工智能的魅力 ppt课件(26张ppt)+教案+任务单+练习+视频-2023新人教中图版《高中信息技术》必修第一册.rar

课程基本信息课题感受人工智能的魅力 教科书书名：信息技术必修一：数据与计算出版社：人教/中图版 出版日期：2019 年 6 月学习目标 通过典型案例理解人工智能技术，感受人工智能的魅力，认识人工智能对社会发展的影响。课前学习任务准备好学习任务单。可在手机上安装“讯飞听见”、“识之”软件。课上学习任务【学习任务一】猜猜你内心进入 20Q（http:/ 20 个是或否的问题，人工智能是否能猜出你心中所想的答案。【学习任务二】体验人机交互帮助打电话思考 1：你是否可以在不方便说话时打电话？我们想打电话给理发馆预约剪发时间，但当时又不方便说话，如何实现预约呢？可以借助谷歌的人工智能。观看视频“Google AI-Duplex 谷歌人工智能打电话”，体验背后的人机交互原理。【学习任务三】体验图像识别建筑、植物和动物我们利用社会实践课的机会，来到了位于承德的“青少年生态环境教育基地”塞罕坝。在极端困难的条件下，通过塞罕坝两代人近 50 年的艰苦奋斗，使荒原变为林海，沙漠成绿洲，我们一起走进塞罕坝，感受绿色奇迹。Q1：这个建筑是什么？利用百度识图，了解建筑信息。Q2:塞罕坝常见的两种松树分别是什么品种？利用华为智能识物，识别出松树品种。Q3：护林员的狗是什么品种？利用 IOS 识之软件，识别狗的品种。【学习任务四】体验“讯飞听见”自然语言处理假如我们去国外旅游学习，但你的外语又不熟练，怎么能流畅地跟外国人交流呢？我们一起来体验一个神器“讯飞听见”APP，并思考其别后的自然语言处理原理。【学习任务四】体验机器学习一睹历史人物的动态真容我们见过历史课本中的朱元璋，想象过小说中的林黛玉，或是亲眼见过秦始皇陵兵马俑的雕塑，这些都是静态的虚拟的画像。现在人工智能可以帮助艺术作品动起来，看到他们现代的样貌和动态的样子。并思考其背后的机器学习原理。推荐的学习资源1人工神经网络（Artificial Neural Network，即 ANN），是 20 世纪 80 年代以来人工智能领域兴起的研究热点。它从信息处理角度对人脑神经元网络进行抽象，建立某种简单模型，按不同的连接方式组成不同的网络。在工程与学术界也常直接简称为神经网络或类神经网络。神经网络是一种运算模型，由大量的节点（或称神经元）之间相互联接构成。每个节点代表一种特定的输出函数，称为激励函数（activation function）。每两个节点间的连接都代表一个对于通过该连接信号的加权值，称之为权重，这相当于人工神经网络的记忆。网络的输出则依网络的连接方式，权重值和激励函数的不同而不同。而网络自身通常都是对自然界某种算法或者函数的逼近，也可能是对一种逻辑策略的表达。2人工智能发展的趋势与展望经过 60 多年的发展，人工智能在算法、算力（计算能力）和算料（数据）等“三算”方面取得了重要突破，正处于从“不能用”到“可以用”的技术拐点，但是距离“很好用”还有诸多瓶颈。那么在可以预见的未来，人工智能发展将会出现怎样的趋势与特征呢？从专用智能向通用智能发展。如何实现从专用人工智能向通用人工智能的跨越式发展，既是下一代人工智能发展的必然趋势，也是研究与应用领域的重大挑战。2016 年 10月，美国国家科学技术委员会发布国家人工智能研究与发展战略计划，提出在美国的人工智能中长期发展策略中要着重研究通用人工智能。阿尔法狗系统开发团队创始人戴密斯哈萨比斯提出朝着“创造解决世界上一切问题的通用人工智能”这一目标前进。微软在 2017 年成立了通用人工智能实验室，众多感知、学习、推理、自然语言理解等方面的科学家参与其中。从人工智能向人机混合智能发展。借鉴脑科学和认知科学的研究成果是人工智能的一个重要研究方向。人机混合智能旨在将人的作用或认知模型引入到人工智能系统中，提升人工智能系统的性能，使人工智能成为人类智能的自然延伸和拓展，通过人机协同更加高效地解决复杂问题。在我国新一代人工智能规划和美国脑计划中，人机混合智能都是重要的研发方向。从“人工+智能”向自主智能系统发展。当前人工智能领域的大量研究集中在深度学习，但是深度学习的局限是需要大量人工干预，比如人工设计深度神经网络模型、人工设定应用场景、人工采集和标注大量训练数据、用户需要人工适配智能系统等，非常费时费力。因此，科研人员开始关注减少人工干预的自主智能方法，提高机器智能对环境的自主学习能力。例如阿尔法狗系统的后续版本阿尔法元从零开始，通过自我对弈强化学习实现围棋、国际象棋、日本将棋的“通用棋类人工智能”。在人工智能系统的自动化设计方面，2017 年谷歌提出的自动化学习系统（AutoML）试图通过自动创建机器学习系统降低人员成本。人工智能将加速与其他学科领域交叉渗透。人工智能本身是一门综合性的前沿学科和高度交叉的复合型学科，研究范畴广泛而又异常复杂，其发展需要与计算机科学、数学、认知科学、神经科学和社会科学等学科深度融合。随着超分辨率光学成像、光遗传学调控、透明脑、体细胞克隆等技术的突破，脑与认知科学的发展开启了新时代，能够大规模、更精细解析智力的神经环路基础和机制，人工智能将进入生物启发的智能阶段，依赖于生物学、脑科学、生命科学和心理学等学科的发现，将机理变为可计算的模型，同时人工智能也会促进脑科学、认知科学、生命科学甚至化学、物理、天文学等传统科学的发展。人工智能产业将蓬勃发展。随着人工智能技术的进一步成熟以及政府和产业界投入的日益增长，人工智能应用的云端化将不断加速，全球人工智能产业规模在未来 10 年将进入高速增长期。例如，2016 年 9 月，咨询公司埃森哲发布报告指出，人工智能技术的应用将为经济发展注入新动力，可在现有基础上将劳动生产率提高 40%；到 2035 年，美、日、英、德、法等 12 个发达国家的年均经济增长率可以翻一番。2018 年麦肯锡公司的研究报告预测，到 2030 年，约 70%的公司将采用至少一种形式的人工智能，人工智能新增经济规模将达到 13 万亿美元。人工智能将推动人类进入普惠型智能社会。“人工智能+X”的创新模式将随着技术和产业的发展日趋成熟，对生产力和产业结构产生革命性影响，并推动人类进入普惠型智能社会。2017 年国际数据公司 IDC 在信息流引领人工智能新时代白皮书中指出，未来 5 年人工智能将提升各行业运转效率。我国经济社会转型升级对人工智能有重大需求，在消费场景和行业应用的需求牵引下，需要打破人工智能的感知瓶颈、交互瓶颈和决策瓶颈，促进人工智能技术与社会各行各业的融合提升，建设若干标杆性的应用场景创新，实现低成本、高效益、广范围的普惠型智能社会。人工智能领域的国际竞争将日益激烈。当前，人工智能领域的国际竞赛已经拉开帷幕，并且将日趋白热化。2018 年 4 月，欧盟委员会计划 20182020 年在人工智能领域投资 240 亿美元；法国总统在 2018 年 5 月宣布法国人工智能战略，目的是迎接人工智能发展的新时代，使法国成为人工智能强国；2018 年 6 月，日本未来投资战略2018重点推动物联网建设和人工智能的应用。世界军事强国也已逐步形成以加速发展智能化武器装备为核心的竞争态势，例如美国特朗普政府发布的首份国防战略报告即谋求通过人工智能等技术创新保持军事优势，确保美国打赢未来战争；俄罗斯 2017 年提出军工拥抱“智能化”，让导弹和无人机这样的“传统”兵器威力倍增。人工智能的社会学将提上议程。为了确保人工智能的健康可持续发展，使其发展成果造福于民，需要从社会学的角度系统全面地研究人工智能对人类社会的影响，制定完善人工智能法律法规，规避可能的风险。2017 年 9 月，联合国犯罪和司法研究所（UNICRI）决定在海牙成立第一个联合国人工智能和机器人中心，规范人工智能的发展。美国白宫多次组织人工智能领域法律法规问题的研讨会、咨询会。特斯拉等产业巨头牵头成立 OpenAI 等机构，旨在“以有利于整个人类的方式促进和发展友好的人工智能”。（中华人民共和国互联网信息办公室人工智能的历史、现状和未来2019 年 12月 6 日）课程基本信息课题感受人工智能的魅力 教科书信息技术（人教/中图版）教学目标教学目标：通过典型案例理解人工智能技术，感受人工智能的魅力，认识人工智能对社会发展的影响。教学重点：体验常见的人工智能技术，体会其背后的人工智能原理，感受人工智能的魅力。教学难点：理解典型案例中人工智能技术实现的原理。教学过程时间教学环节主要师生活动3导入玩个游戏：猜猜你内心？玩个游戏：猜猜你内心？师：现在我们一起进入 20Q（http:/ 20 个是或否的问题，猜出你心中所想的答案。比如我们以老虎老虎为例，看看 AI 是否能猜到我们内心所想呢？生：玩游戏，体验游戏过程。师：看来这个网站真的能与我们心有灵犀，读懂我们的内心。其实它能猜中并不是偶然，网站通过庞大的问题和答案数据库进行预测，并不断进行补充，玩的次数越多答案就越准确。其原理涉及到人工智能的人机交互、神经网络等。人工智能离我们并不遥远，在生活中应用广泛。我们一起从四个方面感受人工智能的魅力。5人机交互1.体验人机交互帮助打电话1.体验人机交互帮助打电话思考 1：你是否可以在不方便说话时打电话？思考 1：你是否可以在不方便说话时打电话？师：我们想打电话给理发馆预约剪发时间，但当时又不方便说话，如何实现预约呢？可以借助谷歌的人工智能。生：观看视频（Google AI-Duplex 谷歌人工智能打电话）。师：用户仅需通过语音给谷歌助手布置任务，之后预约理发的电话都可由它来完成。这背后的原理是人工智能的人机交互。什么是人机交互？什么是人机交互？人机交互主要研究人与计算机之间的信息交换，包括人到计算机和计算机到人的信息交换两部分。人们可以借助输入设备向计算机传递信息；同时，计算机输出设备将信息提供给人。人机交互的类型有哪些？人机交互的类型有哪些？人机交互除了最基础的键盘交互外，还包括语音交互、情感交互、体感交互和脑机交互等。其中语音交互是一种高效的交互方式，我们一起看看谷歌助手能打电话背后的语音交互原理是什么。语音交互的原理：语音交互的原理：首先是语音采集，人通过麦克风说话将想“打电话预约剪头发”的信息传递给谷歌助手；第二步语音识别，谷歌助手将语音信息识别为机器能理解的文本信息；第三步是语义理解，根据识别后的命令完成拨通发廊电话的操作；第四步是语音合成，将指令实现打电话并进行预约。5图像识别2.体验图像识别建筑、植物和动物2.体验图像识别建筑、植物和动物思考 2：如何更全面地了解旅游景点？思考 2：如何更全面地了解旅游景点？师：我们利用社会实践课的机会，来到了位于承德的“青少年生态环境教育基地”塞罕坝。在极端困难的条件下，通过塞罕坝两代人近 50 年的艰苦奋斗，使荒原变为林海，沙漠成绿洲，我们一起走进塞罕坝，感受绿色奇迹。Q1：这个建筑是什么？利用百度识图，了解建筑信息。Q2:塞罕坝常见的两种松树分别是什么品种？利用华为智能识物，识别出松树品种为樟子松、落叶松。Q3：护林员的狗是什么品种？利用 IOS 识之软件，识别出分别是阿拉斯加和哈士奇。为什么软件拍照能分辨出建筑、植物和动物的品种呢？是因为运用了人工智能的图像识别。什么是图像识别？什么是图像识别？图像识别是利用计算机对图像进行处理、分析和了解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术。图像识别技术是以图像的主要特征为基础的。每个图像都有其特征，集中在图像轮廓曲度最大或轮廓方向突然改变的地方的信息量最大。图像识别出狗品种的原理：图像识别出狗品种的原理：通过狗的图像特征信息，如阿拉斯加的耳朵比较圆润，尾巴上翘，毛较硬等与数据库中的所有狗特征做比对，即可识别出狗的品种。5自然语言处理3.体验“讯飞听见”自然语言处理3.体验“讯飞听见”自然语言处理思考 3：你能否不用学习外语就跟外国人交流？思考 3：你能否不用学习外语就跟外国人交流？师：假如我们去国外旅游学习，但你的外语又不熟练，怎么能流畅地跟外国人交流呢？我们一起来体验一个神器“讯飞听见”APP。生：体验讯飞听见 APP。师：我们可以看到，在说出中文后，这款软件迅速识别了我们的中文语言，将其转录为文字形式，并将其翻译为英文。这个功能是怎么实现的？是通过自然语言处理。什么是自然语言处理？什么是自然语言处理？它主要研究实现人与计算机之间用自然语言进行有效通信、交流的各种理论和方法。自然语言处理涉及语义理解、机器翻译和问答系统等领域。自然语言处理的翻译过程及原理：自然语言处理的翻译过程及原理：“讯飞听见”先通过语义理解，将人口述的中文信息转化为中文文字，注重对信息的理解和精准程度的把控；其次通过机器翻译，将中文信息进行输入、识别与分析，翻译成英文进行输出。5机器学习4.体验机器学习一睹历史人物的动态真容4.体验机器学习一睹历史人物的动态真容思考 4：我们能否穿越到过去，一睹历史人物的真容并和他对话？思考 4：我们能否穿越到过去，一睹历史人物的真容并和他对话？师：很多历史人物只存在于历史课本的肖像画中，我们怎么能够一睹真容看到他说话的样子呢？生：观看视频（人工智能让艺术作品动起来！）师：我们之所以能看到朱元璋、林黛玉、兵马俑的现代样子，以及看到他们说话的场景，是因为机器学习在其中帮了大忙。什么是机器学习？什么是机器学习？机器学习是研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。强调从观测数据出发寻找规律，利用规律对未来数据或无法观测的数据进行预测。机器学习让艺术作品动起来的原理：机器学习让艺术作品动起来的原理：在让艺术作品动起来这个过程中，首先在计算机中存储了几段参考动态人像片段作为历史数据，应用机器学习算法对历史数据进行学习和处理，可训练出相关模型。将新的数据，如兵马俑图片输入至模型中，可通过模型根据新数据的特性对其进行预测，从而得出兵马俑的动态人像片段。2小结及作业小结：小结：师：今天我们从人工智能的四个领域来了解人工智能。从“人机交互”中体验了人与计算机之间的交互，从“图像识别”中学习了对图像的处理分析理解和识别，从“自然语言处理”感受了人与计算机直接通信和交流，并了解“机器学习”训练与预测的魅力。课后练习：课后练习：师：在课后，同学们可以找到一个网络平台的“客服”。请设计一个提问方案，并实施该方案，判断该客服是人还是人工智能程序，并说明原因。感受人工智能的魅力高中信息技术AI是否能读懂你的内心？20个是或否问题猜出你心中的答案http:/ 人机交互3 自然语言处理2 图像识别4 机器学习高中信息技术思考思考1 1：你是否可以在不方便说话时打电话？：你是否可以在不方便说话时打电话？高中信息技术Google AI-Duplex谷歌人工智能打电话思考思考1 1：你是否可以在不方便说话时打电话？：你是否可以在不方便说话时打电话？Google人工智能（非真人）理发店工作人员（真人）高中信息技术什么是人机交互？什么是人机交互？人机交互：主要研究人与计算机之间的信息交换，包括人到计算机和计算机到人的信息交换两部分。一、人机交互输输入入设设备备：键盘、鼠标、话筒、操纵杆、数据手套、眼动跟踪器、位置跟踪器等传传递递方方式式：手、脚、声音、动作姿势、眼睛、脑电波等输输出出设设备备：打印机、绘图仪、显示器、音箱等高中信息技术键盘交互一、人机交互语音交互情感交互体感交互脑机交互人机交互的类型有哪些？人机交互的类型有哪些？高中信息技术语音采集语音采集一、人机交互 语音识别语音识别 语义理解语义理解 语音合成语音合成语音交互的原理是什么？语音交互的原理是什么？高中信息技术思考思考2 2：如何更全面地了解旅游景点？：如何更全面地了解旅游景点？高中信息技术Q1Q1：这个建筑是什么？：这个建筑是什么？塞罕塔高中信息技术Q2Q2：塞罕坝常见的两种松树分别是什么品种？：塞罕坝常见的两种松树分别是什么品种？樟子松落叶松高中信息技术Q3Q3：护林员的狗是什么品种？：护林员的狗是什么品种？阿拉斯加哈士奇高中信息技术为什么拍照能够识别建筑、植物、动物？为什么拍照能够识别建筑、植物、动物？图像识别：是利用计算机对图像进行处理、分析和了解，以识别各种不同模式的目标和对象的技术。二、图像识别高中信息技术图像识别的原理是什么？图像识别的原理是什么？图像识别技术是以图像的主要特征为基础的。每个图像都有其特征，在图像轮廓曲度最大或轮廓方向突然改变的地方的信息量最大。二、图像识别高中信息技术如何识别狗的品种？如何识别狗的品种？采集特征特征库对比识别狗品种输入判断阿拉斯加哈士奇二、图像识别高中信息技术思考思考3 3：你能否不用学习外语就跟外国人交流？：你能否不用学习外语就跟外国人交流？高中信息技术思考思考3 3：你能否不用学习外语就跟外国人交流？：你能否不用学习外语就跟外国人交流？高中信息技术什么是自然语言处理？什么是自然语言处理？自然语言处理（NLP）：主要研究实现人与计算机之间用自然语言进行有效通信、交流的各种理论和方法。三、自然语言处理高中信息技术自然语言处理的研究领域有哪些？自然语言处理的研究领域有哪些？三、自然语言处理利用计算机技术实现一种自然语言到另外一种自然语言的翻译。机器翻译机器翻译利用计算机技术实现对文本篇章的理解，并回答相关问题。语义理解语义理解让计算机像人类一样用自然语言与人交流问答系统问答系统高中信息技术“讯飞听见讯飞听见”翻译过程是什么？翻译过程是什么？三、自然语言处理将中文信息进行输入、识别与分析，翻译成英文进行输出。机器翻译机器翻译将人口述的中文信息转化为中文文字，注重对信息的理解和精准程度的把控。语义理解语义理解高中信息技术思考思考4 4：我们能否穿越到过去，一睹历史人物的真：我们能否穿越到过去，一睹历史人物的真容并和他对话？容并和他对话？人工智能让艺术作品动起来！高中信息技术什么是机器学习？什么是机器学习？机器学习：研究计算机怎样模拟或实现人类的学习行为，以获取新的知识或技能，重新组织已有的知识结构使之不断改善自身的性能。从观测数据出发寻找规律，利用规律对未来数据未来数据或无无法观测法观测的数据进行预测。预测。四、机器学习高中信息技术四、机器学习历史数据新的数据模型未知属性输入训练预测如何让艺术作品动起来？如何让艺术作品动起来？高中信息技术小结1.1.人机交互人机交互2.2.图像识别图像识别3.3.自然语言处理自然语言处理4.4.机器学习机器学习 训练、模型、预测人与计算机之间通信、交流对图像进行处理、分析、理解及识别人与计算机之间的交互高中信息技术课后练习目前很多网络平台都设计有“客服”功能。找到一个网络平台的“客服”，请设计一个提问方案，并实施该方案，判断该客服是人还是人工智能程序，并说明原因。OROR课后练习课后练习 思考：思考：目前很多网络平台都设计有“客服”功能。找到一个网络平台的“客服”，请设计一个提问方案，并实施该方案，判断该客服是人还是人工智能程序，并说明原因。OROR