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人工智能技术 引发思维碰撞


[日期: 2011-10-27] 来源:2011-05-05  人教网  作者:福建省晋江市第二中学 郑 英 [字体: ]

  一、案例背景

 

  《信息的智能化加工》是教科社普通高中课程标准实验教科书《信息技术基础》(必修)的第三章第三节的内容。信息的智能化加工是指利用人工智能技术对信息进行加工处理。本节内容对开拓学生视野,拓展知识面非常重要。

 

  我校是一所二级达标的农村中学,虽然高一年学生接触高中信息技术课程时间比较短,但对新事物、新技术的渴求度是比较高的,有强的求知欲教学以“注重启蒙,体验为重,兴趣培养”为主,通过体验一些人工智能技术工具软件,打破人工智能的神秘感,引领学生们进入该领域。

 

  1.教学目标

 

  知识与技能:了解人工智能的基本概念及其发展现状;体验其基本工作过程;

 

  过程与方法:能通过部分智能信息工具软件的使用,感受人工智能的独特魅力,体验智能化加工对生活的影响,了解人工智能技术的实际应用价值。

 

  情感态度和价值观:通过人工智能技术的体验,客观认识人工智能技术对社会的影响。感受人工智能技术的魅力,增强对信息技术发展前景的向往和对未来生活的追求

 

  2.教学重点和难点

 

  重点:能体验智能处理工具的应用,让学生感受人工智能的独特魅力,感受到信息智能处理技术对日常生活的影响。

 

  难点:如何客观认识人工智能技术对社会的影响,培养正确的科学技术应用观。

 

  3.教学准备

 

  教学幻灯片、各种软件、视频素材。

 

  二、教学过程

 

  1活动导入新课

 

  同学们应该都听说过阿里巴巴和四十大盗的故事吧!阿里巴巴因为知道打开强盗们藏放金银珠宝的山洞的神秘咒语,所以得到了大量的财富。他用来开启山洞的咒语是什么呢?同学们非常积极,踊跃回答“是‘芝麻开门’”。

 

  我告诉同学们现在老师也要尝试使用一下这个神秘咒语看看能不能像他一样发大财,然后我站在教师机旁边,双手握着话筒后念“芝麻开门”。这时基本上所有的学生都引起了很高的兴致,认真观察老师的举动,觉得很新奇有趣。此时屏幕上自动打开一个PPT文件,展示的是一张堆满金银财宝的画面。同学们大笑又觉得有点诧异。

 

  这时我告诉同学们,我们不可能像阿里巴巴一样得到那么多财富,毕竟童话和现实相差太遥远了,但是我们也可以使用一些咒语来控制计算机的操作。

 

  我继续演示“关闭当前窗口”,此时,PPT文件的窗口自动关闭。然后我又念几个操作命令,如“我的电脑”“窗口最大化”“文件”“向下”“确定”……在演示过程中全班同学都一直对此表示新奇又惊讶。

 

  这时我提问大家知道这到底是怎么回事吗?一个男同学回答说:“是声音在控制操作。”此时,同学们也都已经意识到老师这是在用声音控制电脑在进行操作。

 

  我手持话筒念“解密”,电脑桌面上自动打开一个名为“解密.txt”的记事本文件,同时文档窗口中就出现了一些文字“欢迎使用电脑语音控制系统!”,哈哈,奥秘就在这里!我向学生简要介绍电脑语音控制系统及内置命令的秘密。

 

  既然同学们都比较有兴趣,现在就给大家一个尝试的机会吧?为了表示对刚才回答出问题的男同学的奖励,我请他到教师机上尝试用语音控制电脑操作。他戴上耳麦,尝试着用声音控制电脑操作,试过“我的电脑”“我的文档”“回收站”,遗憾的是都没有成功,电脑并没有任何反映。在此过程中,全班同学都聚精会神地关注着,但由于这位同学并没有尝试成功,他们发出一些细微的讨论的声音。这时距离教师机比较近的一个男同学特别积极地举手请求尝试,虽然我预计只是请一个同学尝试,但看到刚才那位同学尝试好几次都没成功,而且有一位表现这么积极的同学总不能打击他的热情。于是又请他来操作,开始由于周围的讨论声音比较大,他尝试了两个命令都没成功,然后我向同学们做了一个安静的手势,顿时整间机房都安静下来,接着他成功地打开了“我的电脑”窗口并关闭了它,但可惜的是,其它命令都没有成功。于是我顺势抛出一个问题:语音输入不仅能输入文字,而且能输入命令,能实现对机器的语音控制。但为什么一个同学没成功,一个同学有时能控制有时又不行呢?

 

  同学们踊跃思考,并回答:可能是语音识别的准确率问题,也可能是普通话不标准,带有地方口音。跟环境有关,如果有噪音,好像会影响电脑识别的准确性……此时一个男同学大声说因为尝试的都是男同学,而这个系统只识别女声,要不老师怎么能控制得这么好呢?原来我请来操作的两个都是男同学,这可是出乎我的预料之外。于是全班同学都笑起来,这时正好一个女同学跃跃欲试,我借机请她来尝试,但是效果也和前面两个男同学一样,失败次数多于成功次数。这样同学们也就明白电脑语音控制系统并不是只能识别女声。借着同学们兴致勃勃的状态,我继续抛出一个问题:语音输入的优势在哪儿?(学生发言都经过整理。)

 

  生1语音输入速度很快,比键盘输入要快得多。

 

  生2:很方便,不需花精力学习和记忆。

 

  生3:不需要特别的硬件设备。

 

  教师总结:语音识别是通过语音控制电脑,完成编辑文档、使用软件等一系列操作。它可以让我们真正的脱离键盘和鼠标,从而轻松实现像科幻片中那样的人机对话。语音识别技术的应用前景非常广泛,虽然语音输入有明显的优势,但事实上目前采用听写输入的人不多,所以语音识别准确率的高低有待技术的进一步改进。

 

  刚才同学们和老师一起体验了语音识别过程,假设你是工程师会从哪些方面改进?大家认真思考一下。同学们讨论后回答。

 

  生1:增加字库。

 

  生2:让软件更加智能,能识别各种不同的带有方言口音的普通话。

 

  生3:最好能设计一个像手机手写输入时会出现的那种联想备选窗口,当我们用键盘或鼠标移动光标,修改提示条上的识别结果时,就会出现联想备选提示框,我们就可以根据提示框中的备选字词按数字键进行选择。这样就可以直接修改识别结果,而且速度比较快。

 

  回答得真是不错,全班同学都鼓起掌来,我没有想到,学生的想象力是非常丰富的,而且认识也很深刻。于是我继续启发:同学们知道霍金吗?

 

  学生回答:他是有名的科学家、物理学家,是一位残疾人,是《时间简史》的作者……

 

  我先赞表扬学生的回答,然后告诉他们:霍金不仅是一位具有传奇色彩的物理天才,也是一位令人折服的生活强者,他被称为在世的最伟大的科学家。下面我们再来看一段有关霍金在浙江大学演讲的视频。

 

  在这过程中,我引导学生观察:霍金用眼睛演讲,嘴唇没动,声音从哪儿来呢?然后引导学生注意辨别霍金和他的翻译者的声音细节。学生恍然大悟:原来霍金演讲发出的声音是电脑合成的。

 

  (展示PPT)轮椅上专门的语音识别机器就是霍金与人交流和理论研究的工具,这个专用轮椅上外挂有电脑系统,有专门的传感器夹在霍金眼镜上。演讲时,他的眼睛及脸部肌肉的变化会通过传感器输入到专门软件,经处理解码后转换为文字信号。他利用眼球的上、下、左、右的移动发出指令,从而控制计算机的开关、开启程序及进行文字处理。

 

  然后我进行归纳:如果需要对语音识别软件改进,还可以在语音识别时结合其他识别模式如唇型识别、表情识别等。人工智能技术可以帮助残疾人,让他们能够完成一些依靠本身能力不能完成的事情。当然,别以为人工智能技术只是用来帮助残疾人的,我们健康人也同样能享受到技术带来的便利和好处。

 

  2.体验活动:模式识别及自然语言理解

 

  现在大家是不是很想亲自体验一下人工智能技术软件的魅力呢?分组体验活动,每组同学根据自身实际情况选择其中一个活动进行自主探究,并思考人工智能技术体现在哪里?(遇到问题可以向老师和同学请教,同组同学可以互相交流讨论。)

 

  活动一:打开“百度”网站的首页,选择“手写”功能,尝试输入文字,体验手写输入。(难度系数:★)

 

  活动二:在共享资料K\软件文件夹下安装并运行“慧通小灵鼠”软件,输入一些文字,体验手写输入。(难度系数:★★)

 

  活动三:访问http://i.xiaoi.com/,与“小i机器人”中文聊天,寻找其谈话的破绽。(难度系数:★)

 

  活动四:访问在线翻译网站http://fanyi.youdao.com/或自己利用搜索引擎搜索在线翻译软件,试进行中英文的翻译。阅读翻译前后的文字,思考人工智能和人类智能的差异。(难度系数:★★★)

 

  活动五:访问自然语言处理网站:http://alice.pandorabots.com/ ;选择其中一个机器人,进行多次尝试,验证机器人的智能性,是否有与人交流的思维。(难度系数:★★★★)

 

  在体验过程中,全班讨论气氛比较热烈,大部分同学都能积极参与,前三个活动选择的同学比较多。由于活动一和三比较简单,基本上选择这个活动的同学都能顺利完成。有一个学生选择活动二,安装好软件之后,不知道应该在哪儿手写,旁边同组的同学就告诉她直接将光标定位在word文档中,然后再利用软件使用鼠标写字,这样就能把要输入的文字显示在文档中。活动四和五都需要使用英文,这对学生的英文水平有一定要求。

 

  体验结束后,用教学软件展示两位同学对任务的演示,并谈谈他们的体验感受。

 

  生1:我选择的是活动一,在体验过程中,只要用鼠标写的时候认真仔细点,基本都能识别,识别率还是比较高的。而且我发现即使是乱涂乱画,系统也能显示一些可能的文字以供选择。人工智能技术体现在手写,能方便一些不熟悉键盘输入的人。

 

  我对生1的回答表示赞赏,并借此介绍模糊识别的概念。

 

  2:我选择的是活动四,人工智能技术体现在机器自动翻译。我利用在线翻译网站翻译了两句话,一句是简单的,翻译的效果还不错,一句比较复杂,翻译的就不贴切了。我发现翻译的时候是按照单词一个一个的翻译,也就是我们平时说的直译。

 

  我先表扬这位同学回答得很好,看来英语学习得不错。再总结机器翻译的本质是对单词一一翻译,如果是复杂的语句,翻译效果基本上就是词不达意。但是这也是人工智能技术的一个应用,虽然现状还不是做得很好。那么怎样才能提高翻译质量呢?

 

  3:要进一步完善软件的功能。

 

  生4要尽量做到一个词组,一个短句的翻译。

 

  生5:要能有类似人类的思维,能根据实际需要翻译。

 

  我告诉大家,如果按照大家的想法进行改进之后,这个软件就相当完美了,可不要用它来完成英语学科中的翻译作业,否则英语老师可郁闷了。(同学们都笑了)然后归纳技术进步是为了改善我们的生活,刚才感受的就是人工智能的两个主要研究领域:模式识别和自然语言理解。模式识别包括语音识别、手写识别和扫描识别等。活动一、二属于模式识别范畴,活动三、四、五为自然语言理解范畴,自然语言理解包括机器翻译和机器人对话,都是想把一种自然语言通过机器智能翻译为另一种自然语言。同学们也对于人工智能应用不足的地方提出了一些建议,技术的进步就是自己勇敢的想“改变”,敢想就会有改变。希望大家在以后的学习中要勇于“改变”。

 

  3智能机器人及讨论

 

  我利用今年上海世博盛会上机器人阿西莫拉小提琴“茉莉花”的视频片段引导学生思考问题:机器人与人类在行为上有何差别?

 

  生1:机器人在肢体动作上不够柔韧,但也能根据情况完成一些比较高难度动作。

 

  生2:机器人的动作比较僵硬。

 

  我向同学们简单介绍智能机器人的工作原理后抛出一个问题:人工智能技术为我们的生活和学习带来了很多意想不到的方便和惊喜,但是它带来的全都是好处吗?接着播放一段《机械公敌》中有关机器人叛变的视频片段,之后在屏幕上展示问题:随着人工智能技术的发展,智能机器人会不会有一天取代人类呢?

 

  这时候学生有的思考,有的翻书,有的议论。我静静地站着,欣慰地看着学生们争辩。有的学生认为可以取代人类,因为机器人越来越先进,具有一定的智能,像课本中提到的97年战胜国际象棋大师卡斯帕罗夫的“更深的蓝”和2006年“浪潮杯”中国首届人机大战中,浪潮天梭与许银川战平,胜五位象棋大师和25位网络棋手。

 

  有的学生觉得不可以,因为机器人的智能是人类赋予的,没有人的智慧就不会有机器的智慧,人工智能始终归于人类的智慧。

 

  我总结:目前普遍的观点都认为,机器人不是要替代人类,而是要用智能的外围设备延伸人的双手。像其他许多新技术发明一样,机器人也应该成为人类的助手和朋友,并很好地为我们服务。

 

  人工智能就其本质而言,是对人的思维的信息过程的模拟。现实中人工智能技术离我们并不遥远,它早就已经不知不觉中悄悄地渗入到我们的日常生活和学习中。下面请同学们举例来说一说人工智能的应用。

 

  1:手机上的手写输入是手写识别。

 

  生2:指纹考勤机是指纹识别。

 

  生3:超市或图书馆的条形码识别机。

 

  生4:银行或商场的自动感应门。

 

  生5:瑞星杀毒软件中的小狮子。

 

  ……

 

  我表扬了回答问题的同学,并且告诉同学们如果有兴趣可以在课后通过网络查找一些相关资料进行学习。

 

  4.课堂小结

 

  科学技术的进步就是要充分的解放人类,让我们有更多的时间思考和创造。(展示PPT

 

  人工智能的概念:是人造的智能,主要是对人脑思维的机理的模拟。

 

  人工智能的两个主要研究领域:模式识别和自然语言理解。

 

  我们应该合理应用人工智能技术,目前,我国的人工智能还处于初步发展阶段,希望对这方面感兴趣的同学可以利用业余时间,进行深入探索和研究,为我国的人工智能技术添上绚丽的一笔。

 

  三、教学反思

 

  这是为教学开放周准备的一节公开课,得到了学生和听课老师的一致好评,我也收获颇多。

 

  本课合理发挥了教师的主导作用,体现了学生的主体地位,加强师生互动。达成了预期的目标,不仅关注教学内容,更关注教学环节的设计,为学生搭建了一个自主、合作、探究学习的快乐舞台,在这一个舞台上,学生的情感得到尊重,个性得以张扬。

 

  以往针对本节教学内容的设计,都是在班级以讲授为主,学生的主体性表现得不够充分。于是进行改动,通过有趣的电脑语音控制系统操作引入教学,调动学生学习的积极性,让学生体验人工智能的魅力,由此引出人工智能的概念并展望人工智能对我们生活的影响。随后通过霍金这位名人的演讲视频片段,让学生感受先进技术的伟大,并学习霍金身残志不残的自强不息的奋斗精神,不失为一种情感教育。

 

  开学初就已经将班级同学进行分组,在组内实行协作,使得小组在完成任务的过程中,有机地将知识与技能相结合,又交流不同的学习过程与方法,并在学习过程中透视情感与价值的融合。在体验活动中,根据操作难度设计星级,让学生自由选择不同难度的任务,达到分层教学的效果。通过设置合理的活动引导学生体验人工智能技术之模式识别和自然语言理解。渗透整体意识和目标意识,引导学生明确人工智能的两个重要应用领域,在这个环节,给予了学生充分的体验空间,让学生在自主探索、动手实践、合作交流、展示与评价的过程中学习新知,感受成功的快乐。

 

  设置讨论,不一定要有个结果,重要的是让学生积极参与,在此过程中学会独立思考,在培养学生的信息素养的同时,对学生的文化素养以及合作能力也是一个很好的提高和锻炼。

 

  遗憾的是,课堂还不是很开放,涉及到的人工智能方面的内容应该还可以更多、更广,并且要多关注人工智能对人类现在的生活或未来生活的影响,给学生更加开阔的视野。

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