学科：人工智能

年级： 四年级上

课题：第2课时  初识机器学习

课时数：1

教材分析：

在掌握人工智能的概念，了解人工智能在当前各领域、各方面的应用及人工智能的作用，了解人工智能发展的历史的基础上，本课通过让学生体验人工智语音助手回答问题、人工智能识别植物的体验，引发学生思考人工智能是如何能得出问题的答案的，引导学生了解人工智能需要从数据中学习，从而进入了解机器学习的学习。接着初步了解机器学习的含义、了解其特点，分辨其与人类学习之间的差别。

学情分析：

多数学生在生活中积累了许多人工智能的使用经验，比如淘宝扫描识物，与“小度”“Siri”等语音助手的对话、照相定位人脸等。但并不知道这些简单的人工智能的实现，依靠机器学习来实现。要让学生从自身学习角度，理解机器学习的概念。重点是激发学生的人工智能这门学科重要性的认识和兴趣。

教学目标：

1.理解人工智能需要从数据中学习

2.了解什么是机器学习，理解机器学习的过程,说出人类学习与机器学习的差别

教学重点：
了解什么是机器学习，理解机器学习地过程,说出人类学习与机器学习的差别

教学难点：
理解机器学习是人工智能的核心，了解机器学习的特点

教学准备：

使用“小鱼易连”把手机与电脑连接，方便手机的屏幕投到学生电脑上，方便学生进行观看，在手机上安装美颜相机、开启智能语音助手、安装“形色APP”

教     学     过     程

教学过程

教师活动

学生活动

设计意图

开放

导入

活动一：体验人工智能语音助手

师：同学们，知道世界上最高的峰是什么峰吗？教师用手机智能语音助手提问：世界上最高的山峰是哪一座？

在提问：玫瑰花有几个花瓣（提问一个语音助手回答不出来的问题）

接着提问：为什么有的问题智能语音助手能够马上的到答案呢，而有的却找不到答案呢，这个和什么有关系？

活动二：体验人工智能看图识花

师：出示红叶石楠的图片

同学们,这是我们校园里的一种植物,你见过它吗?那么你知道它叫什么名字吗?

我们现在用一款人工智能软件,它的名字叫做”形色”APP,让它来告诉我们这种植物是什么?

[教师用大屏幕投影识别的过程]

师:这一款人工智能软件是怎样知道它是红叶石楠的呢?

通过以上两个体验，请同学们思考：人工智能是如何马上反馈答案的呢？

1.同学们,如果你要认识一种东西,必须要什么?

2.同样,人工智能要能够解决问题,也必须通过学习,我们把这称为”机器学习”[板书]

这节课我们就来学习机器学习.

认真观察、思考

学生回答:学习

通过使用手机语音助手回答问题，让学生初步感受人工智能，同时思考人工智能回答问题需要什么？引入本节课的学习。

核心

过程

推进

一、人工智能需要数据

提问：玫瑰花有几个花瓣（提问一个语音助手回答不出来的问题）

接着提问：为什么有的问题智能语音助手能够马上的到答案呢，而有的却找不到答案呢，这个和什么有关系？

根据学生的回答，教师进行补充：因为互联网上存在着大量数据（我们成为大数据[板书：数据]，人工智能会从大量的数据中进行学习，如果数据库中有这个问题的答案，人工智能学会了， 它就能回答。

1.就比如别人向你提问一个问题，如果你大脑中存储着相关的知识，你经过思考、分析、计算等种种方法，可以得出答案，你就可以回答。

2.如果你的大脑中没有存储相关的知识，你能不能回答？

所以说人工智能能不能离开数据？[板书：人工智能需要数据]

二、机器学习的含义

师:什么是机器学习?

师：那么是不是有了数据，一个机器就具有了人工智能呢？

我们看同样的问题，我们百度搜索，它会出来很多的搜索内容，如果我们不利用已有的知识进行推理判断，我们知道哪一个是我们需要的答案吗？而我们的语音助手，它会给我们一个具体的答案，就好像人一样，它已经帮助我们做出了推理决策，最后得出一个答案了。

这是不是就意味着：仅仅有数据还不能算是人工智能，人工智能在数据的基础上进行观察、记忆、推理和决策，这个过程我们称为“机器学习”[板书]{备注：初中教材第二册中：38页给出的机器学习的定义是：机器学习，就是让机器模拟人的学习行为，从观察或实践中获得判断、预测或推理能力的过程。

[PPT出示] 机器学习，就是让机器模拟人的学习行为，从观察或实践中获得判断、预测或推理能力的过程。

我们来看一下人是怎么学习的?

三、认识机器学习的过程

我们以认识一种新事物为例:[出示校园内龙爪槐或别的植物、动物的图片都行]

说一说你要认识这种事物你会通过什么方式,经历哪些过程?

我们来总结一下：

人的知识的获得由很多的来源途径，别人告诉你、你看书、网络、电视、图片等等都可以，而机器要从哪里学习呢？

教师总结：

机器学习过程：大量的数据——建立模型——根据算法进行计算——提供决策

活动：切身体会机器学习特点：

我们来看看手机的美颜相机、智能语音助手。

用美颜相机给自己和小伙伴儿照张相。

并与语音助手进行对话

学生分组讨论：

相机怎么找到人脸？

智能语音助手怎么听出声音？

美颜相机——不同的人脸都能识别——人脸识别模型

智能语音助手——可以识别不同的声音并识别语音的内容——人类发声及对应语义的规律

师总结：从上面两个例子可以看出，机器学习可以通过分析大量已有数据来预测新的数据，所以说机器学习拥有“举一反三”的能力，当数据量足够大时，人工智能就有可能在某些任务中胜过人类。

活动三：

展示被部分遮住的水果图片：图片的一部分被遮挡住了，这种情况下你还能认出这些是什么水果吗?把被遮挡的水果图片上传到图片识别平台上，计算机能够准确地认出这是什么水果吗?

通过活动切实体会，计算机的准确率下降。

理解人类学习与机器学习的不同。

总结出规律：机器学习需要从大量的数据中学习事物规则，当缺少数据时，算法效果不佳

而人类在缺少数据时也可以很快学习新事物，这一点目前是机器学习无法做到的。

学生观察图片，讨论并回答问题

学生思考、讨论并回答

学生自学课本17页的内容，讨论并回答问题

选择一张照片，部分孩子会认出，部分孩子不认识，为了引导学生思考如何学习的

通过让学生说一说自己学习的过程，来理解机器学习的过程

通过与人类学习比较，来理解机器学习的过程和特点

开放

延伸

通过本节课的学习，对于机器学习你有哪些收获呢？

学生分享收获

通过总结梳理，进行知识建构

反思

重建

本课时在上次的教学设计的基础上进行了改进，导入的环节简洁了很多，但是对机器学习的概念和过程的设计，最终学生还没有达到很清晰的认识，这个地方需要继续思考改进。