人教中图版教师用书 42 利用智能工具解决问题.docx
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人教中图版教师用书42利用智能工具解决问题
4.2利用智能工具解决问题
Ø一、《课程标准》要求
内容要求
通过对人工智能典型案例的剖析,了解智能信息处理的巨大进步和应用潜力,认识人工智能在信息社会中的重要作用。
学习目标
・了解人工智能平台中的智能工具,体会人工智能对我们生活的影响。
・经历使用智能工具解决题的过程,掌握利用智能工具解决问题的一般方法。
Ø二、教学要点
通过上一节的介绍,学生对于人工智能有了比较简单的认识,能够感受到人工智能的魅力,他们更想走进人工智能的世界,与人工智能亲密接触,了解人工智能对整个社会的贡献,体验人工智能更深层次的应用,挖掘人工智能的技术内涵,制作人工智能作品。
本节主要包括两方面内容:
一是使用现有的人工智能平台中的智能工具解决问题,通过体验一些开放的人工智能平台中提供的人工智能应用服务,了解典型人工智能应用服务的实现技术;二是编程调用平台中的智能工具解决问题,主要探索使用Python语言开发人工智能应用的过程。
通过对这两部分内容的学习,帮助学生了解人工智能平台中的智能工具,掌握利用智能工具解决问题的一般方法,树立用人工智能为社会创新服务的理念。
Ø三、内容解析
本节以体验探索“北斗卫星导航系统"”中的思考间题为情境展开学习,在探讨人工智能技术如何改变生活的同时,引领学生了解如何利用现有的人工智能工具解决问题。
✓1.人工智能平台中的智能工具
本小节首先结合我国人工智能技术的发展,介绍了新一代人工智能开放创新平台及其背后的关键技术,帮助学生初步了解智能工具。
接着,通过实践活动“利用智能平台体验人脸识别”,让学生登录人工智能平台,使用其中的智能工具尝试解决问题,体会智能工具的应用及其对我们生活的影响。
✓2.编程开发智能工具
用智能工具解决问题时,除了使用人工智能平台上已经设计好的智能工具外,还可以使用高级语言自主开发。
自己编写程序开发智能工具解决问题是本节学习的重点,也是难点。
教科书选用Python语言开发人工智能,这一方面结合了当前人工智能技术的发展以及Python语言在人工智能开发上的优势;另一方面因为用Python语言编程解决问题贯穿于各章内容中,免于学生再重新学习其他高级语言。
考虑到某些人工智能工具在开发与使用过程中需要进行较长时间和大量数据的前期训练,本小节并没有直接开发这些智能工具,而是重点介绍了用Python语言调用第三方库的方法来解决问题,通过“编程开发‘对话机器人’”的例题,分析创建一个简单的对话机器人的过程,体验编程开发智能工具的方法。
通过实践活动“尝试训练对话机器人,让学生进一步了解目前人机对话中存在的问题,思考如何解决这些问题。
Ø四、教学建议
1.教学活动建议
通过上一节的学习,学生对于人工智能有了比较简单的认识,能够感受到人工智能的魅力,因此他们更想走进人工智能的世界,与人工智能技术亲密接触,了解人工智能的技术内涵,期望能自己利用人工智能技术解决问题。
因此,在本节教学中,教师要充分利用学生的学习兴奋点,通过教学演示及案例模仿等方式,引导学生在直接应用现有的人工智能平台中的智能工具和自己编程开发智能工具中,亲历使用智能工具解决问题的过程。
让学生在活动参与和程序开发中,拓展对人工智能应用的理解,提高学生自如使用人工智能技术的信心。
在“人工智能平台中的智能工具”的学习中,教科书中是以XX人工智能开放平台的人脸识别功能为例说明的,教师可以根据具体内容,推荐一些其他的人工智能开放平台供学生选择使用。
需要注意的是,由于很多学生没有接触过人工智能开放平台,因此,教师在教学中需要进行必要的演示说明,让学生了解这些平台并鼓励他们大胆尝试,帮助学生认识到人工智能的实现并不是遥不可及的事情。
在“编程开发智能工具”的学习中,教科书中给出的程序段里有的语句学生可能没有学习过,但是经过前面章节对于Python语言的学习,他们已经具备了一定的编程能力和问题解决能力,通过对问题功能和调用过程的分析,学生应该能够理解程序的功能。
因此,在教学中,教师要重点引导学生分析程序调用的关键和需要解决的问题,而不是简单地记忆程序语句。
根据学生实际情况,教师还可以介绍一些其他的人工智能开发程序来开拓学生的视野。
需要注意的是,在此部分内容学习中,程序实际上只是载体,更重要的是能够让学生了解开发智能工具的过程,掌握利用智能工具解决题的一般方法。
2.项目实施建议
本节项目活动要求借助智能平台中的智能工具和班级微信公众号,开发“智能班级交互系统”,利用这个系统答疑解惑。
首先,教师可以组织学生分享第1节中项目活动的方案和体验人机交互的过程,交流活动中出现的问题,并结合本节知识,提出自主开发“智能班级交互系统”的项目任务,调动学生参与的热情。
然后,组织学生以小组为单位选择一个智能平台,完成账号注册。
接着,学生要对接微信公众号(这里的微信公众号在第1节的项目活动中已经分小组申请注册好了)和智能平台,进行“智能班级交互系统”的开发。
其中的对接操作学生是第一次接触,教师可以直接演示或借助学案的指导,帮助学生顺利完成如下操作:
进入“系统设置”,点击“接人设置”,选择接入公众号,进行“微信公众号授权”验证;在手机微信端点击“授权”,成功后就可以在计算机上使用开放平台运营自己的公众号了。
最后,学生以小组为单位,使用“智能班级交互系统”,体验人机对话的过程。
3.评价建议
评价方式:
教师评价与学生自评相结合,过程性评价与总结性评价相结合。
评价要点:
在课堂学习中,学生是否能积极参与思考与讨论,踊跃交流和表达观点,积极参与到活动体验和编程解决问题中;是否能了解人工智能平台中的智能工具及其关键技术,亲历使用智能工具解决问题的过程,掌握利用智能工具解决问题的一般方法。
在项目活动中,是否能积极参与小组讨论,团队合作完成“智能班级交互系统”的开发;是否能使用“智能班级交互系统”体验人机对话过程,理解其中智能工具的调用和功能实现。
4.思考练习提示
(1)体验探索:
北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统为我们的生活提供了极大的便利。
它采用有源定位和无源定位相结合的方式,当使用无源定位时,无须终端发射信号,卫星就可以主动获取定位,这样,我们定位时就更加轻松、方便了。
除了车载导航外,北斗卫星导航系统还在畜牧业、渔业等领域有着丰富的服务功能,为我们的工作和决策提供科学指导。
(2)实践活动:
利用人工智能平台体验人脸识别
思考的问题尽量根据人脸签到成功情况进行回答。
一般而言,人脸签到的优势是灵活、快速、便捷和智能等;不足是受网络状况和平台运营状况的影响较大,并且容易发生用户数据泄露,引发网络安全问题。
人脸识別还可应用于银行、火车站等生活场景中。
(3)实践活动:
尝试训练“对话机器人”
①实际运行并使用“对话机器人”程序,提出相同的问题,对比机器人和自己答案的异同,从而了解“对话机器人”训练的意义。
②通过资料,让学生了解训练“对话机器人”的方法,拓展学生的思路。
4)“练习提升”解析
第1题:
本习题是让学生体验机器作诗。
机器自动生成诗歌实际上得益于深度学习的发展。
目前,网络上有很多自动生成诗歌的小程序和移动应用程序,但其生成的诗歌水平参差不齐,这正是本习题要解决的问题。
学生完成该习题的目的主要是通过体验,具体评价作诗的小程序和应用程序的智能程度。
因此,教师的引导在这里就显得格外重要,要保证学生把注意力集中在评价系统上。
另外,不同学生会下载不同的作诗程序,教师要鼓励学生互相学习,观察不同程序的作诗结果,让学生接触到更多的程序,更利于对程序进行客观全面的评价。
第2题:
本习题要求学生分享一个使用人工智能技术的移动应用程序并说明其特点,给学生创造一个交流人工智能应用的绝佳机会。
学生介绍时除了要说出该应用程序的特点外,还可以介绍它是怎样为自己服务的。
教师可以引导学生思考程序中哪些功能的实现体现了人工智能技术。
学生间还可以交流一些使用起来不满意的应用程序,也对其进行分析,从而对人工智能工具进行客观的评价。
五、核心概念与技术工具
1.核心概念
(1)北斗卫星导航系统
北斗卫星导航系统(以下简称北斗系统)是我国着眼于国家安全和经济社会发展需要,自主建设、独立运行的卫星导航系统,是为全球用户提供全天候、全天时、高精度的定位、导航和授时服务的国家重要空间基础设施。
北斗系统的研制始于20世后期,逐步形成了三步走的发展战略:
2000年年底,建成北斗一号系统,向中国提供服务;2012年年底,建成北斗二号系统,向亚太地区提供服务;计划在2020年前后,建成北斗全球系统,向全球提供服务;2035年前还将建设更加泛在、更加融合,更加智能的综合时空体系,使北斗系统成为世界一流的卫星导航系统,满足国家安全与经济社会发展需求,为全球用户提供连续、稳定、可靠的服务。
北斗系统由空间段、地面段和用户段三部分组成
①空间段。
北斗系统空间段由若干地球静止轨道卫星、倾斜地球同步轨道卫星和中圆地球轨道卫星三种轨道卫星组成混合导航星座。
②地面段。
北斗系统地面段包括主控站、时间同步/注入站和监测站等若干地面站。
③用户段。
北斗系统用户段包括北斗兼容其他卫星导航系统的芯片、模块、天线等基础产品,以及终端产品、应用系统与应用服务等。
北斗系统的特色是其空间段采用三种轨道卫星组成的混合星座,与其他卫星导航系统相比高轨卫星更多,抗遮挡能力更强,尤其低纬度地区性能特点更为明显;它还提供多个频点的导航信号,能够通过多频信号组合使用等方式提高服务精度另外,北斗系统创新融合了导航与通信能力,具有实时导航、快速定位、精确授时、位置报告和短报文通信服务五大功能。
(2)人工智能开放创新平台
2017年11月,中华人民共和国科学技术部(以下简称科技部)在北京召开新一代人工智能发展规划暨重大科技项目启动会,宣布首批国家新一代人工智能开放创新平台名单:
依托XX公司建设自动驾驶国家新一代人工智能开放创新平台;依托阿里云公司建设城市大脑国家新一代人工智能开放创新平台;依托腾讯公司建设医疔影像国家新一代人工智能开放创新平台;依托科大讯飞公司建设智能语音国家新一代人工智能开放创新平台。
2018年9月,科技部又宣布,依托商汤集团建设智能视觉国家新一代人工智能开放创新平台。
目前,这些开放创新平台已经发布了一些研发成果,登录这些人工智能平台,使用其中的智能工具能够帮助我们解决很多间题。
2.技术工具
人脸识别技术
人脸识别是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。
用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流,并自动在图像中检测和跟踪人,进而对检测到的人脸进行脸部识别的一系列相关技术,通常也叫作人像识别、面部识别。
人脸识别系统主要包括四个组成部分,分别为:
人脸图像采集及检测、人脸图像预处理、人脸图像特征提取以及人脸图像匹配与识别。
①人脸图像采集及检测
不同的人脸图像都能通过采集设备拍摄下来,比如静态图像、动态图像、不同的位置、不同表情等方面都可以得到很好的采集。
当用户在采集设备的拍摄范围内时,采集设备会自动搜索并拍摄用户的人脸图像。
人脸检测在实际应用中主要用于人脸识别的预处理,即在图像中准确标定出人脸的位置和大小。
人脸图像中包含的模式特征十分丰富,如直方图特征、颜色特征、模板特征、结构特征及哈尔特征等。
人脸检测就是把其中有用的信息挑出来,并利用这些特征实现人脸检测。
目前,主流的人脸检测方法是基于以上特征的Adaboost学习算法。
Adaboost算法是一种用来分类的方法,它把一些比较弱的分类方法合在一起,组合出新的、很强的分类方法。
②人脸图像预处理
人脸图像预处理是基于人脸检測结果,对图像进行处理并最终服务于特征提取的过程。
系统获取的原始图像由于受到各种条件的限制和随机干扰,往往不能直接使用,必须在图像处理的早期阶段对它进行灰度校正、噪声过滤等图像预处理。
对于人脸图像而言,其预处理过程主要包括人脸图像的光线补偿、灰度变换、直方图均衡化、归一化、几何校正、滤波以及锐
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