魏慶波

一、教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能：理解人工智能技術(shù)的含義和原理；能夠列舉出人工智能技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)、生活中的一些應(yīng)用。

過(guò)程與方法：在體驗(yàn)智能信息工具軟件的過(guò)程中，理解其基本工作原理，了解其實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

情感、態(tài)度與價(jià)值觀：提升對(duì)人工智能的認(rèn)識(shí)，發(fā)展辯證思維，客觀認(rèn)識(shí)人工智能技術(shù)對(duì)社會(huì)的影響，培養(yǎng)正確的科學(xué)技術(shù)應(yīng)用觀。

二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)

重點(diǎn)：探究人工智能原理，了解其應(yīng)用領(lǐng)域和實(shí)用價(jià)值。

難點(diǎn)：辯證看待人工智能，客觀認(rèn)識(shí)人工智能技術(shù)對(duì)人類(lèi)社會(huì)的影響。

三、教學(xué)過(guò)程

1.創(chuàng)設(shè)情境問(wèn)題引入

大屏幕出示一則新聞：2004年6月12日，“美女棋后”諸宸在與“紫光之星”的人機(jī)大戰(zhàn)第二回合比賽中再次不敵“紫光之星”，以0：2的總比分告負(fù)。連續(xù)兩次不敵“紫光之星”，她并不服氣，感慨道：“我今天戰(zhàn)敗了，但并不是真正輸給了電腦?！?/p>

師：“紫光之星”是一臺(tái)超級(jí)筆記本電腦，它為什么能夠打敗諸宸？它采用了什么技術(shù)？諸宸賽后為什么說(shuō)她并不是真正輸給了電腦？

學(xué)生熱烈討論，均提及電腦采用了人工智能技術(shù)，但對(duì)諸宸的說(shuō)法并不真正理解。

設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生感興趣的新聞事件入手，一開(kāi)始就集中起學(xué)生的注意力。

師：人機(jī)大戰(zhàn)利用的是人工智能技術(shù)應(yīng)用中的計(jì)算機(jī)博弈。人工智能是對(duì)人類(lèi)大腦機(jī)理的模擬，是用機(jī)械和電子裝置來(lái)模擬和代替人類(lèi)的某些智能，也稱(chēng)為“機(jī)器智能”或“智能模擬”。為了讓大家更好地理解人工智能，咱們先來(lái)做兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，探討一下人類(lèi)大腦是如何工作的。

2.趣味實(shí)驗(yàn)思考原理

實(shí)驗(yàn)一：蒙住眼睛走到終點(diǎn)

教師指定起點(diǎn)與終點(diǎn)，之間無(wú)任何障礙物。終點(diǎn)處站一名學(xué)生，起點(diǎn)處站甲、乙兩名學(xué)生，其中學(xué)生乙被蒙住了眼睛，而甲沒(méi)有。要求兩名學(xué)生走到終點(diǎn)。

學(xué)生甲很快就準(zhǔn)確到達(dá)了終點(diǎn)。學(xué)生乙緩慢移動(dòng)，最終偏離終點(diǎn)。

師：為什么甲能到達(dá)終點(diǎn)，而乙不能？如果終點(diǎn)的學(xué)生一直說(shuō)話或拍手，情況會(huì)有不同嗎？

學(xué)生討論并積極發(fā)言。

生：甲能夠看到終點(diǎn)。這樣，大腦就能控制身體不斷向終點(diǎn)移動(dòng)。如果終點(diǎn)的學(xué)生說(shuō)話或拍手，乙也能夠到達(dá)終點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)實(shí)驗(yàn)強(qiáng)調(diào)大腦要依據(jù)反饋信號(hào)不斷調(diào)整，輸出正確的控制信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)二：辨識(shí)英文單詞

教師在屏幕上顯示兩組英文單詞，讓學(xué)生說(shuō)出它們的中文意思。第一組單詞較簡(jiǎn)單，如football、sky、teacher、class- mate，學(xué)生很快就能說(shuō)出這些單詞的中文意思。第二組是托福英語(yǔ)詞匯，如bullion、versed、elusive、sophisticated。學(xué)生沒(méi)接觸過(guò)，大都搖頭說(shuō)不認(rèn)識(shí)。

師：請(qǐng)思考，為什么這些單詞你們有的認(rèn)識(shí)，有的不認(rèn)識(shí)？

學(xué)生討論并積極發(fā)言。

生：我們學(xué)過(guò)、能記住的就能認(rèn)識(shí)。沒(méi)學(xué)過(guò)、記不住的就不認(rèn)識(shí)。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到，我們大腦識(shí)別事物的依據(jù)——把獲取的信息與記憶信息進(jìn)行比對(duì)，為后面解釋人工智能應(yīng)用中的模式識(shí)別設(shè)下類(lèi)比基礎(chǔ)。

師：實(shí)驗(yàn)一對(duì)我們的啟示是，我們的大腦通過(guò)感知系統(tǒng)（包括視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等）獲得輸入符號(hào)，對(duì)比終點(diǎn)這一輸出符號(hào)，找出它們之間的關(guān)系，通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)傳達(dá)控制信號(hào)，控制我們的骨骼肌肉等系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)到達(dá)終點(diǎn)的目的（準(zhǔn)確進(jìn)行信息輸出）。所以，如果終點(diǎn)的學(xué)生發(fā)出聲音，學(xué)生乙也能夠到達(dá)終點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)二對(duì)我們的啟示是，大腦符號(hào)中的存儲(chǔ)符號(hào)與輸入符號(hào)之間的關(guān)系。大腦把輸入符號(hào)與存儲(chǔ)符號(hào)進(jìn)行比對(duì)，建立某種結(jié)構(gòu)關(guān)系，從而對(duì)輸入符號(hào)進(jìn)行識(shí)別。

3.體驗(yàn)人工智能技術(shù)

師：既然人工智能是對(duì)人類(lèi)大腦機(jī)理的模擬，其工作原理應(yīng)該是模仿大腦的，應(yīng)該具備輸入、輸出、存儲(chǔ)、比較、建立結(jié)構(gòu)關(guān)系等功能。我們通過(guò)體驗(yàn)人工智能應(yīng)用的實(shí)例來(lái)探究一下。

體驗(yàn)一:與計(jì)算機(jī)下中國(guó)象棋

教師指導(dǎo)學(xué)生打開(kāi)中國(guó)象棋大師軟件，進(jìn)行體驗(yàn)。

師：請(qǐng)同學(xué)們?cè)隗w驗(yàn)過(guò)程中思考該軟件是如何工作的。

學(xué)生操作和討論。

設(shè)計(jì)意圖：回應(yīng)引入時(shí)的新聞，讓學(xué)生體驗(yàn)并理解“象棋軟件”的工作原理。

師：計(jì)算機(jī)博弈是人工智能的一個(gè)應(yīng)用，計(jì)算機(jī)首先根據(jù)“對(duì)手棋子圖像的位置改變”這一輸入反饋信號(hào)，到棋譜庫(kù)中去比對(duì)，找出能夠應(yīng)對(duì)的辦法，產(chǎn)生控制信號(hào)，改變自己棋子圖像的位置。這與實(shí)驗(yàn)一中的根據(jù)反饋信號(hào)調(diào)整控制信號(hào)類(lèi)似，同時(shí)也要有實(shí)驗(yàn)二中的存儲(chǔ)信號(hào)，即經(jīng)典對(duì)戰(zhàn)棋譜庫(kù)。那么，級(jí)別中的初級(jí)、高級(jí)、特級(jí)分別代表什么呢？

生：棋譜庫(kù)的級(jí)別與多少。

師：我們可以這樣理解。好，大家現(xiàn)在能找到“紫光之星”戰(zhàn)勝諸宸的原因了嗎？

學(xué)生積極討論并回答，均提及計(jì)算機(jī)棋譜庫(kù)很多、計(jì)算機(jī)運(yùn)算速度很快。

師（總結(jié)）：“紫光之星”采用了64位核心處理器，運(yùn)算速度很快；軟件則是國(guó)際上最好的國(guó)際象棋軟件弗力茨，據(jù)說(shuō)在短時(shí)間內(nèi)能精確算出勝率極高的第13步布局運(yùn)算，相當(dāng)于國(guó)際等級(jí)2600分，超過(guò)諸宸約100分，而且存儲(chǔ)了200多萬(wàn)盤(pán)棋譜，所以諸宸兩戰(zhàn)皆負(fù)。

體驗(yàn)二:掃描儀+OCR文字識(shí)別

教師用掃描儀把教材中純文字的一頁(yè)進(jìn)行掃描，并在之前特意用小刀把一個(gè)字的筆畫(huà)刮去一部分，然后用OCR字符識(shí)別軟件進(jìn)行識(shí)別。

師：大家看，經(jīng)過(guò)掃描儀掃描之后，文字變成了圖像，但經(jīng)過(guò)OCR識(shí)別后，就變成了可編輯的文字。

學(xué)生仔細(xì)觀察后討論。

教師提醒學(xué)生注意未被識(shí)別出來(lái)的那個(gè)字，讓學(xué)生思考文字掃描質(zhì)量與最終的識(shí)別成功率之間的關(guān)系以及這種識(shí)別有沒(méi)有應(yīng)用價(jià)值。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)照實(shí)驗(yàn)二探究模式識(shí)別原理，并討論其應(yīng)用價(jià)值。

生：如果掃描的文字不全或字跡不清，進(jìn)行識(shí)別時(shí)就有可能失敗。

師：很好。這種模式識(shí)別其實(shí)與我們剛才做的實(shí)驗(yàn)二類(lèi)似。它首先要對(duì)獲得的信號(hào)（這里是指文字的圖像）進(jìn)行處理，如角度糾正、去除干擾等，然后提取其數(shù)據(jù)特征，與其存儲(chǔ)的信號(hào)庫(kù)中的數(shù)據(jù)（這里是指文字庫(kù)）進(jìn)行比對(duì)。能夠吻合的，識(shí)別成功；不能吻合的，識(shí)別失敗。

教師介紹模式識(shí)別的種類(lèi)：語(yǔ)音識(shí)別、手寫(xiě)識(shí)別、指紋識(shí)別等，介紹其巨大的應(yīng)用價(jià)值。

4.探究人工智能否超過(guò)或取代人類(lèi)智能

師：通過(guò)以上兩個(gè)體驗(yàn)活動(dòng)，大家認(rèn)識(shí)了人工智能的優(yōu)點(diǎn)和巨大的應(yīng)用價(jià)值。那么，人工智能會(huì)超過(guò)或取代人類(lèi)智能嗎？科幻片《機(jī)械公敵》中機(jī)器人統(tǒng)治人類(lèi)的場(chǎng)面會(huì)不會(huì)出現(xiàn)呢？請(qǐng)大家訪問(wèn)http://alice.pandorabots.com智能網(wǎng)站，先和Alice聊聊天，看看她能否具備人類(lèi)的思維。

學(xué)生打開(kāi)該網(wǎng)站，與Alice聊天。

學(xué)生討論，大部分認(rèn)為有時(shí)Alice答非所問(wèn)。

師：再次回到本課開(kāi)始的新聞，諸宸說(shuō)她不是敗給了“紫光之星”，我們也好理解了——因?yàn)椤白瞎庵恰本哂谐爝\(yùn)算速度的CPU是人類(lèi)發(fā)明制造的，象棋軟件及其存儲(chǔ)的200萬(wàn)盤(pán)棋譜也是人類(lèi)設(shè)計(jì)的，諸宸真正敗給的是人類(lèi)的集體智慧。

設(shè)計(jì)意圖：進(jìn)一步幫助學(xué)生理解人工智能的原理，即人工智能是對(duì)人類(lèi)大腦機(jī)理的模擬，沒(méi)有真正的思維能力，更談不上超過(guò)或取代人類(lèi)大腦。

5.課堂總結(jié)

師：人工智能是人類(lèi)創(chuàng)造的，能夠代替人類(lèi)的一部分智力勞動(dòng)，其工作程序最終由人類(lèi)控制。人類(lèi)思維包含邏輯、形象、直覺(jué)、頓悟等方式。人類(lèi)的創(chuàng)造性主要體現(xiàn)在后三種思維方式中，而人工智能迄今只會(huì)模仿人類(lèi)的邏輯思維而已，盡管在運(yùn)算速度、數(shù)據(jù)處理能力等局部功能上超過(guò)了人類(lèi)智能，但要趕上甚至超過(guò)人類(lèi)，現(xiàn)在看起來(lái)比較渺茫。

（作者單位：山東肥城市第一高級(jí)中學(xué)）