第2课时 初识机器学习

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。