教学基本信息 课题 初识机器学习 学科 信息技术 学段：初中 年级初一 相关 领域 人工智能 时长1课时 教材 书名：《信息技术》第四册出版社：北京出版社 出版日期：2014年6月 教学设计参与人员 姓名 单位 联系方式 邮箱 设计者 董立 北京市通州区县中学 18610271819 651071777qq.c0m 实施者 董立 北京市通州区潮县中学 18610271819 651071777qq,c0m 指导者 明纪英 北京市通州区教师研修中心 13693552267 309134133@qq.com 指导者 田超 北京市第五中学通州校区 13552213346 dashu102@126.com 课件制作者 董立 北京市通州区县中学 18610271819 651071777qq.c0m 初识机器学习教学设计 1.指导思想与理论依据 1)国务院关于印发《新一代人工智能发展规划的通知》：逐步开展全 民智能教有项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程。 2)《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》必修模块1《数据与 计算》的内容要求第八条：通过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。 3)本内容对学生学科素养发展的价值：了解人工智能的新发展、新应用 教学背景分析 -机器学习，并能适当运用在学习生活中（数字化学习与创新）。了解人 工智能发展的历程，能客观认识智能技术对社会生活的影响（信息意识、信 息社会责任)。 4)理论依据：建构主义的学习观，学习是自主建构知识的过程。在课 程实施时，充分考虑学生的主动性，让学生积极主动地对机器学习的知识进 行自主建构。 2.教学内容分析： 参考北京版《信息技术》第四册第一章第一节的内容，带领学生了解信
教学基本信息 课题 初识机器学习 学科 信息技术 学段： 初中 年级 初一 相关 领域 人工智能 时长 1 课时 教材 书名：《信息技术》第四册 出版社：北京出版社 出版日期：2014 年 6 月 教学设计参与人员 姓名 单位 联系方式 邮箱 设计者 董立 北京市通州区漷县中学 18610271819 651071777qq.com 实施者 董立 北京市通州区漷县中学 18610271819 651071777qq.com 指导者 明纪英 北京市通州区教师研修中心 13693552267 309134133@qq.com 指导者 田超 北京市第五中学通州校区 13552213346 dashu102@126.com 课件制作者 董立 北京市通州区漷县中学 18610271819 651071777qq.com 初识机器学习教学设计 教学背景分析 1.指导思想与理论依据 1）国务院关于印发《新一代人工智能发展规划的通知》：逐步开展全 民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程。 2）《普通高中信息技术课程标准（2017 年版）》必修模块 1《数据与 计算》的内容要求第八条：通过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。 3）本内容对学生学科素养发展的价值:了解人工智能的新发展、新应用 ——机器学习，并能适当运用在学习生活中（数字化学习与创新）。了解人 工智能发展的历程，能客观认识智能技术对社会生活的影响（信息意识、信 息社会责任）。 4）理论依据：建构主义的学习观，学习是自主建构知识的过程。在课 程实施时，充分考虑学生的主动性，让学生积极主动地对机器学习的知识进 行自主建构。 2.教学内容分析： 参考北京版《信息技术》第四册第一章第一节的内容，带领学生了解信
息技术的新发展、新应用，理解在信息时代下，信息技术对人们的生活、学 习、工作的重要影响。由于我们身处在技术日新月异的时代，与技术发展紧 密相关的《信息技术》学科教材要不落后于时代发展很难，所以我对教材内 容进行修改，通过三个课时进行讲解。第一课时定位为初步了解和体验人工 智能的特点，第二课时讲解了解人工智能的实现方法一一机器学习，第三课 时将探讨人与人工智能和谐共存的问题，感受智能技术对生活与学习带来的 影响，本节课作为人工智能部分的第二课时，起到承上启下的作用。 3.学习者分析 本节课的授课对象是初一年级的学生，这个年龄段学生求知欲强，喜欢 新鲜有挑战的课堂活动。为了更好地有效开展教学，我在课前进行了问卷调 查。了解到学生在知识方面对人脸识别等图像识别技术有了一定的认识，售 对人工智能的实现方法并不了解：在情感态度方面大部分学生对人工智能很 感兴趣，希望学习更多关于人工智能或机器学习的知识。 对人工智能的了解情况罗1 1 教学目标： 知识与技能： 1,了解人的学习过程和机器学习的过程之间的联系： 2.了解有监督学习和无监督学习的特点 过程与方法： 1.通过类比与分析人与机器手势识别的学习过程，体验有监督学习的特点， 教学目标 2.通过观看和分析“机器人越过小球”案例视频的过程，体验无监督学习的 特点。 情感态度与价值观： 初步感受机器学习的过程以及人工智能背后的实现方法，感受人工智能的E 大进步和应用潜力 教学重难点： 重点：机器学习中“有监督学习”和“无监督学习
息技术的新发展、新应用，理解在信息时代下，信息技术对人们的生活、学 习、工作的重要影响。由于我们身处在技术日新月异的时代，与技术发展紧 密相关的《信息技术》学科教材要不落后于时代发展很难，所以我对教材内 容进行修改，通过三个课时进行讲解。第一课时定位为初步了解和体验人工 智能的特点，第二课时讲解了解人工智能的实现方法——机器学习，第三课 时将探讨人与人工智能和谐共存的问题，感受智能技术对生活与学习带来的 影响，本节课作为人工智能部分的第二课时，起到承上启下的作用。 3.学习者分析 本节课的授课对象是初一年级的学生，这个年龄段学生求知欲强，喜欢 新鲜有挑战的课堂活动。为了更好地有效开展教学，我在课前进行了问卷调 查。了解到学生在知识方面对人脸识别等图像识别技术有了一定的认识，但 对人工智能的实现方法并不了解；在情感态度方面大部分学生对人工智能很 感兴趣，希望学习更多关于人工智能或机器学习的知识。 教学目标 教学目标： 知识与技能： 1.了解人的学习过程和机器学习的过程之间的联系； 2.了解有监督学习和无监督学习的特点。 过程与方法： 1.通过类比与分析人与机器手势识别的学习过程，体验有监督学习的特点； 2.通过观看和分析“机器人越过小球”案例视频的过程，体验无监督学习的 特点。 情感态度与价值观： 初步感受机器学习的过程以及人工智能背后的实现方法，感受人工智能的巨 大进步和应用潜力。 教学重难点： 重点：机器学习中“有监督学习”和“无监督学习
难点：机器学习中“有监督学习”和“无监督学习”。 教学准备： 多媒体课件、助学单、kittenblock。 本节课主要采用了讲授法、任务驱动法等方法开展教学：以问题引领的方式 引导学生在模仿比较、观察体验中了解有监督学习的特点：在观看、分析视 频案例中了解无监督学习的特点。主要通过3个活动，引导学生学习新知， 突破教学重难点。如：在活动1学习科尔文手势，通过教师讲授，学生模仿 的方式了解人类手势识别的学习过程：在活动2体验机器简单手势识别，遥 教学方法与策略 过体验机器猫学习手势和比较人类手势识别学习过程，了解人的学习过程和 机器学习的过程的联系和有监督学习的特点，通过任务和提问进一步了解无 监督学习中数据量和标签数据的意义：在活动3观看“机器人越过小球”视 频案例，通过观察了解机器人越过的小球的过程，通过分析了解无监督学习 的特点。 时间 教学阶段 活动内容 活动意图 分配 新课导入 一、新课导 联系生活，以3 L.出示PP 识别人脸的手机、能对话的 图文形式激发 钟 音箱、自动驾驶的汽车)，思考： 学生学习兴 (1)为什么机器具有“智能”，究竟是 趣，并引出课 什么让它们变得这么“聪明”呢？ 题。 (2)你觉得聪明的人都有哪些特征，是 什么让他们变得聪明？（学习） 2.揭示课题：揭秘机器是如何学习的。 探索新知二、讲授新课 上节课我们提到人工智能是通过机 器来模仿人是认知能力的技求。机器的 教学活动设计 学习过程剥是模仿人的学习过程实现 的。下面我们道过一个活动感受人类手 势识别的学习过程。 活动1：学习柯尔文手势 音高—在对比中存在 1分 入 文手势 钟 感受人类手势 识别的学习过 程： 1.活动要求：
难点：机器学习中“有监督学习”和“无监督学习”。 教学准备： 多媒体课件、助学单、kittenblock。 教学方法与策略 本节课主要采用了讲授法、任务驱动法等方法开展教学；以问题引领的方式， 引导学生在模仿比较、观察体验中了解有监督学习的特点；在观看、分析视 频案例中了解无监督学习的特点。主要通过 3 个活动，引导学生学习新知， 突破教学重难点。如：在活动 1 学习科尔文手势，通过教师讲授，学生模仿 的方式了解人类手势识别的学习过程；在活动 2 体验机器简单手势识别，通 过体验机器猫学习手势和比较人类手势识别学习过程，了解人的学习过程和 机器学习的过程的联系和有监督学习的特点，通过任务和提问进一步了解无 监督学习中数据量和标签数据的意义；在活动 3 观看“机器人越过小球”视 频案例，通过观察了解机器人越过的小球的过程，通过分析了解无监督学习 的特点。 教学活动设计 教学阶段 活动内容 活动意图 时间 分配 新课导入 一、新课导入 1.出示 PPT（识别人脸的手机、能对话的 音箱、自动驾驶的汽车），思考： （1）为什么机器具有“智能”，究竟是 什么让它们变得这么“聪明”呢？ （2）你觉得聪明的人都有哪些特征，是 什么让他们变得聪明？（学习） 2.揭示课题：揭秘机器是如何学习的。 联系生活，以 图文形式激发 学 生 学 习 兴 趣，并引出课 题。 3 分 钟 探索新知 二、讲授新课 上节课我们提到人工智能是通过机 器来模仿人类认知能力的技术，机器的 学习过程则是模仿人的学习过程实现 的。下面我们通过一个活动感受人类手 势识别的学习过程。 活动 1：学习柯尔文手势 1.活动要求： 通过学习柯尔 文手势，初步 感受人类手势 识别的学习过 程； 7 分 钟
(1)通过阅读学案中材料，了解科尔文 手势： (2)每个同学至少学习一种手势，根 手势能表达出对应的唱名，同桌间互相 检测。 2.组织学生对刚风刚的学习过程进行排 通过讲授分析 序，并对人类手势识别的学习过程进行 时人类毛热 总结 别的学习过程 → 色 进一步了解。 S 9999 活动2：体验机器简单手势识别 1 1.活动要求： 钟 在kittenblock议款基于3.0的缩程勃 件中，利用编写好的程序，教会机器羚 学习识别“石头、剪刀、布” 三种手势 通过体验和思 2.提问： 考，初步成受 (1)机器猫是通过什么“看”手势的？ 机器错手势识 (2)每次机器猫问了你什么问题？你给 别的学习过 它看的是什么 程 (3)在手势采集的过程中，你反复在做 什么、机器在做什么？ 3.分析归纳机器猎手势识别的学习过 通过进授分》 程 析，带领学生 了解机器猫于 势识别的学习 过程：了解有 监督学习的特 在人工智能领域里，我们事先给机器输 入大量的数据，并且给这些数据贴上标 签，这种学习的过程叫做有监督学习 也叫做有师学习。 4.布置任务：尝试通过修改程序中的数 通过任务，进 据标签，教机器猫学习其他手势，并观 一步提高对有 察机器猫学的怎么样。 监督学习中标 签数据作用的 理解
（1）通过阅读学案中材料，了解科尔文 手势； （2）每个同学至少学习一种手势，根据 手势能表达出对应的唱名，同桌间互相 检测。 2.组织学生对刚刚的学习过程进行排 序,并对人类手势识别的学习过程进行 总结。 通过讲授分析 对人类手势识 别的学习过程 进一步了解。 活动 2：体验机器简单手势识别 1.活动要求： 在 kittenblock 这款基于 3.0 的编程软 件中，利用编写好的程序，教会机器猫 学习识别“石头、剪刀、布”三种手势。 2.提问： （1）机器猫是通过什么“看” 手势的？ （2）每次机器猫问了你什么问题？你给 它看的是什么？ （3）在手势采集的过程中，你反复在做 什么、机器在做什么？ 3.分析归纳机器猫手势识别的学习过 程。 在人工智能领域里，我们事先给机器输 入大量的数据，并且给这些数据贴上标 签，这种学习的过程叫做有监督学习， 也叫做有师学习。 4.布置任务：尝试通过修改程序中的数 据标签，教机器猫学习其他手势，并观 察机器猫学的怎么样。 通过体验和思 考，初步感受 机器猫手势识 别的学习过 程； 通过讲授分 析，带领学生 了解机器猫手 势识别的学习 过程；了解有 监督学习的特 点。 通过任务，进 一步提高对有 监督学习中标 签数据作用的 理解。 15 分钟
5.思考：为什么在测试过程中会出现错通过讲授分 误，怎么提高机器手势识别的准确度？ 析，引导学生 成受物据采集 量对手势识别 准确度的作 用。 6.小结： 让学生了解有 有监督学习 监督学习是通 过大量的数据 量和为数据贴 上正确标签的 方式讲行学习 的。 活动3：观看“机器人越过小球”视频 1.介绍机器人越过小球的规则： 10 视频中展示的是让机器人学会能够跳河 小球，这个机器人是由三个方块连接起 来的二体结构。每个连接占都是可以活 动的机器关节】 目前机器人在第 只能够做到向前平移。 2.观看视频，并在过程中思考： 通过观察和思 (1)为了能学会越过小球的能力， 三体 考，初步成号 结构做了哪些改变 机器人越过小 (2)为什么三体结构做出这样的改变？ 球的的学习过 (3)它是如何学会这样的技能的？ 程： 3.分析机器人如何越讨小球的 通过讲授分 析，带领学生 了解机器人越 过的学习过 程：了解无监 督学习的特 在人工智能领域里，让计算机分析 无标签的数据，然后找出结构和规则 这种学习的过程叫做无监督学习，也 做无师学习
5.思考：为什么在测试过程中会出现错 误，怎么提高机器手势识别的准确度？ 6.小结： 通过讲授分 析，引导学生 感受数据采集 量对手势识别 准确度的作 用。 让学生了解有 监督学习是通 过大量的数据 量和为数据贴 上正确标签的 方式进行学习 的。 活动 3：观看“机器人越过小球”视频 1.介绍机器人越过小球的规则： 视频中展示的是让机器人学会能够跳过 小球，这个机器人是由三个方块连接起 来的三体结构，每个连接点都是可以活 动的机器关节，目前机器人在第一代时 只能够做到向前平移。 2.观看视频，并在过程中思考： （1）为了能学会越过小球的能力，三体 结构做了哪些改变。 （2）为什么三体结构做出这样的改变？ （3）它是如何学会这样的技能的？ 3.分析机器人如何越过小球的。 在人工智能领域里，让计算机分析一堆 无标签的数据，然后找出结构和规则， 这种学习的过程叫做无监督学习，也叫 做无师学习。 通过观察和思 考，初步感受 机器人越过小 球的的学习过 程； 通过讲授分 析，带领学生 了解机器人越 过的学习过 程；了解无监 督学习的特 点。 10 分钟
总结评价三、总结拓展 5分 (一)总结 1.机器学习包括有监督学习、无监督学 回顾梳理知 习，除此之外还有其他的学习方式，如 识。 强化学习、深度学习等。 无标益 有监督 无监督 (一)拓居 1.数据在机器学习的过程中起着怎样的 引发学生思考 作用： 数据作用的思 考。 2.机器有如此强大的学习能力，未来我 尚发学生维结 们将如何与人类共 学习挥素的兴 我们 不断讨 人工智能 不断拓展 趣 紧扣人与 技术的疆界，想要找到朱来的答案， 人工智能的号 许我们自身就是答案，了解L,就是了 习过程的联 解我们自己。 系，铺垫下节 板书设计 初识机器学习 人工智能与机器学习 人工智能一人的认知能力： 机器学习一人的学习能力。 二、有监督学习 大量的数据有标签数据 三、无监督学习 大量的数据无标签数据 四、机器学习中数据的意义 散学特色 1.选题新颖：通过初识机器学习，引领学生感受人工智能的实现方法，激发 学生对于人工智能的进一步思考： )洗取贴学生生活的学家通过二个活动开教学，学习断知，借 学习科尔文手势、体验机器简单手势识别、 观看 “机器人越过小球”视频 个活动，帮助了解人的学习过程和机器学习的过程之间的联系，以及有监智 学习和无监督学习的特点： 3.问题引领：通过问题链设计，引导学生自主学习、探究发现，凸显知识的 自我建构
总结评价 三、总结拓展 （一）总结 1.机器学习包括有监督学习、无监督学 习，除此之外还有其他的学习方式，如 强化学习、深度学习等。 （二）拓展 1.数据在机器学习的过程中起着怎样的 作用； 2.机器有如此强大的学习能力，未来我 们将如何与人类共存？ 我们不断探讨人工智能，不断拓展 技术的疆界，想要找到未来的答案，也 许我们自身就是答案，了解 AI，就是了 解我们自己。 回 顾 梳 理 知 识。 引发学生思考 数据作用的思 考。 激发学生继续 学习探索的兴 趣，紧扣人与 人工智能的学 习 过 程 的 联 系，铺垫下节 课。 5 分 钟 板书设计 初识机器学习 一、人工智能与机器学习 人工智能→人的认知能力； 机器学习→人的学习能力。 二、有监督学习 大量的数据 有标签数据 三、无监督学习 大量的数据 无标签数据 四、机器学习中数据的意义 教学特色 1.选题新颖：通过初识机器学习，引领学生感受人工智能的实现方法，激发 学生对于人工智能的进一步思考； 2.选取贴近学生生活的教学案例，通过三个活动开展教学，学习新知：借助 学习科尔文手势、体验机器简单手势识别、观看“机器人越过小球”视频三 个活动，帮助了解人的学习过程和机器学习的过程之间的联系，以及有监督 学习和无监督学习的特点； 3.问题引领：通过问题链设计，引导学生自主学习、探究发现，凸显知识的 自我建构