浙教版 高中信息技术选修5 1.2 人工智能的若干应用领域 教案

《慧眼识图—可应用的人工智能技术》
教学设计

【课程标准】
《普通高中信息技术课程标准（2017版）》中选修1模块4《人工智能初步》
【内容要求】
了解人工智能的概念与基本特征
通过剖析具体案例，了解人工智能算法，熟悉智能技术应用的基本过程和实现原理
通过应用体验，了解社会智能化的巨大价值，践行创新和实践精神，设计人工智能应用。
【教材分析】
本次课所授内容为自编课材人工智能模块，第一章节“可运用”的人工智能之图像识别内容。在中学阶段开展人工智能课程的主要目的是普及人工智能的原理与技术，鼓励学生动手借助人工智能平台，调用公共可用的API进行编程，进而激发学生对人工智能学习的兴趣。因此本次课程主要分为两个阶段，第一阶段理论学习：讲授图像识别原理；第二阶段实践操作：讲授调用图像识别API实现程序开发的编程基础，学生操作完成个性化小程序设计。第三阶段展示评价：展示程序，探讨图像识别的深度问题。本节课属于图像识别第一阶段第一节课，重点讲解图像识别原理和一般过程。
【课时安排】
本次课程共计6个课时，本节课属于第一课时，讲解图像识别原理和一般过程。
内容
课时安排
慧眼识图
（图像识别原理和一般过程）
1课时
实战演练
（编程调用图像识别API，学会设计程序，并编程实现）
2课时
项目开发
（学生自主设计研发小程序，编程实现，调试运行成功）
2课时
展示分享
（分享设计的小程序，包括设计思想、功能、主要遇到的问题及解决方法，讨论实现图像识别的关键技术和方法）
1课时
【学情分析】
本节课授课学生处于高一下学期阶段，学生学习能力较强，具备一定创新意识。经过了上学期的高中创客预备课程的学习，能在信息技术环境下综合利用数学、技术、工程、人文等学科知识，完成一个创意项目的全过程（设计、开发、测试、展示、优化）。对于“人工智能”、“图像识别”这个名词大多数学生们都不陌生，但深究定义和原理同学们就弄不清楚。课题存在一定理解难度，因为契合热点话题，对学生也有一定吸引力。因此老师需要适当引导，提供清晰明确的学习任务，帮助学生自主探究完成学习目标，让学生成为课堂的主体，以第一视角去感知图像识别的基本过程和原理。
【教学目标】
知识与技能：
掌握图像识别的基本过程和原理
体验数学建模思想，理解分类器及训练分类器的一般过程
能够设计合理的图像识别项目，满足个性化需求，解决生活中的具体问题
过程与方法：
通过视频案例解读，让学生认识到图像识别的应用范围和意义
通过自主探究完成学习任务与小组讨论活动，让学生理解图像识别的基本过程和原理。
情感态度与价值观：
通过人脸比对的案例，感受数学建模思想和解决方法；
初步图像识别的魅力，进而激发学生学习的兴趣。
引导学生热爱生活，关注生活点滴，培养发现问题解决问题的能力。
【教学重点】
图像识别的基本过程和原理
特征提取和分类器的基本概念
【教学难点】
将现实问题抽象为数学问题的数学建模过程
分类器相关概念的理解
【教学资源】
电子书包、教学ppt、教学视频、图像识别小程序、拓展素材
【教学过程】
教学
环节
教师活动
学生活动
设计意图
一、导入：验证码
每次注册、登录或其他操作都需要输入验证码，验证码无处不在且形式各异。1.为什么要有验证码？
播放视频，总结
思考：为什么计算机很难识别验证码？为什么人工智能发展的今天，验证码变得越来越难？带着这个问题，我们进入今天的学习（5分钟）
思考回答
带着问题进入课堂学习
本阶段用较短的时间向同学们科普验证码的作用，应发同学们思考，同时也将课题暗藏其中。
让学生思考为什么计算机很难识别验证码,引导学生带着问题进入新的课堂内容
二、新课讲授
（一）提取特征
1.ppt展示两张人脸照片，问你通过什么面部特征判断这两张脸是不是同一个人？
(3分钟)
总结：计算机是通过数学计算得出答案的
2.通过测量眉毛、眼睛到中线的距离，嘴巴的长度等等，我们可以对比得出两张脸不是同一张脸。
使用平板上应用程序face，体验将自己的脸转换成数字的过程
3.将一个事物X，提取出特征x1,x2,x3,…..xn,我们就可以用（x1,x2,x3,…..xn）来抽象表示这个事物，这个过程就叫做数学建模。而计算机处理实际问题的第一步往往就是数学建模
（二）感受分类任务
1.自主探究，思考这两朵花是不是属于同一品种
2.给定样本数据，区分样本类别（使用平板描点画图）
数学方法 ：
建立坐标系
描点
找到不同样本的规律
3.画出一条直线，区分两个样本，求出直线表达式ax1+bx2+c = 0，观察图像上、下方的点与直线的关系
4.可以区分两个样本的预测函数就叫做分类器。
总结：区分2种花的方法，提取特征值，建立分类器，区分
5.每个同学都有一个分类器，显示生活中我们遇到了新的点（1.5,1）？
（2.5,0.5）？（3,0.5）？
你的分类器还合适吗？
6.在实践之前，我们需要测试下我们的分类器，看最终分类效果是不是理想。
山鸢尾（1,1）、（1.5,0.7）、（2,0.7）、（2,1）、（1.5,1.5）
变色鸢尾（3,1）、（2.5,0.7）、（3,0.3）、（3.5,0.5）、（4,0.5）
使用你的分类器，画图看看，你的分类器分类对了几个点？准确率是多少？你的分类器效果好吗？
（三）思考扩展
思考：
1.在这个案例中，我们使用了两个特征，如果特征值3个呢？4个？甚至更多？
2.分类函数一定是直线吗？
3.现在我们要研发一个新功能，判断一朵花是荷花？牡丹？还是玫瑰？或者什么都不是？请说说你的思路
（三）图像识别的应用：
观看中学生设计的应用视频，如果是你，想做什么？
（四）布置作业：
体验老师提供的小程序，结合今天上课内容，发挥自己的创意，设计一个自己的个性化的图像识别APP，完成设计文档，具体包括设计意义（解决什么问题、需求）、功能设计（具体包含哪些功能），APP界面原型图，产品创新点四个部分
思考并回答教师提出的问题
五官：眼睛，鼻子，嘴巴，脸型
讨论并回答问题
试玩小程序
小组合作，讨论，完成任务单
讲述流程
学生还原识别过程，其他同学补充，提问
完成画图过程，找出规律
思考
画线，求出函数表达式
直线上方点坐标代入直线表达式都大于0，下方点小于0
理解分类器
理解训练分类器的过程，思考调整分类器的过程。平移？旋转？
测试分类器过程
计算准确率
思考并回答问题
完成设计文档
通过两张人脸图像吸引同学们注意
提出特征值得概念
引导学生理性，科学的回答问题，突出特征这个知识点
感受数学建模过程，体验图像识别的过程
培养算法思维和数形结合的思想
使用平板简化画图过程，使学生专注于体会图像识别的一般过程
理解分类器定义
通过自己训练分类器，理解训练分类器算法
测试分类器
测试分类器的过程
明确分类器好坏的判断标准，准确率的概念
引发学生思考，为同学课后学习提供思路
完成设计文档，为下次课程做准备
三、小结
课堂小结：回顾课堂内容
人类感觉信息中的80%都是视觉信息。
机器视觉之于人工智能的意义就是视觉之于人类的意义，而决定着机器视觉的就是图像识别技术。
在某些应用场景，机器视觉比人类的生理视觉更具优势，它更加准确、客观和稳定
下节预告：下节课我们将学习如何用app inventor实现图像识别的功能，做出我们自己设计的小程序，同学们也可以自己先到网上先行学习。
学生听老师讲解
通过总结，培养学生综合素质以及学生创新思维能力。引导学生观察从身边细节，培养发现问题，解决问题的能力。