人工智能主题学习

身边的人工智能

宜兴市陶都小学  邵娇妍

【教材分析】

本单元以“身边的人工智能”为主题，以智能交通系统、植物识别应用为切入点，让学生直观地感受人工智能如何通过“眼睛”（传感器）和“大脑”（算法）来感知环境、处理信息并做出决策。作为人工智能教育的启蒙单元，本单元承担着培养学生人工智能素养的重要任务，教学过程中通过多种活动形式，引导学生对比人类智能与人工智能的异同，理解人工智能的优势与局限，思考人机协作的未来发展。

【学情分析】

本课学习者是小学三年级的学生，这个年龄段的学生好奇心强，易接受新鲜事物，喜欢交流和分享，在观察、分析、思考能力上都有非常好的表现。大部分学生在生活中已经见过甚至使用过人工智能产品，但对于什么样的技术可以称为人工智能却无从回答，也不知道其中的工作原理。

【教学目标】

1、初步理解人工智能的基本工作流程，知道人工智能的局限性及其原因。

2、能够使用至少一种人工智能工具解决简单实际问题，并通过“特征分类”活动，体验人工智能识别图像特征的基本过程。

3、能够说明人工智能与人类智能的主要差异，并能初步辩证地看待人工智能技术带来的便利与局限性。

【教学重难点】

教学重点：1.识别生活中的人工智能应用及其作用。

2.了解人工智能的应用及其工作原理。

教学难点：1.理解人工智能的局限性，初步建立人机协同解决问题的思路。

2.树立使用人工智能的安全意识。

【教学准备】

学习通平台、编程猫、江苏省中小学信息科技课程平台、智能体“小博士”。

【教学流程】

课前准备：明确分工，高效协作

师：上课前请各小组明确分工，组建高效的团队。

师：播放人工智能应用（人脸识别、掌纹识别）视频。同学们在这个视频里都看到哪些人工智能应用？

多名学生回答。

师：那么人工智能是怎么来感知外部世界的，它们是用什么来看，怎么去思考执行的呢，通过这节课的学习我们都能找到答案。

【设计意图】激活学生对“人工智能便利”的直观感知，让抽象的 “人工智能” 概念与生活实际建立联结，降低学习陌生感，激发学生的学习兴趣。

 

一、游戏导入，唤醒经验

师：请同学观察老师，判断老师是儿童还是青年还是老年人？你是怎么得出这个结论的？

学生回答。

任务一：观察人物断年龄

师：（出示老年的人物画像）请同学仔细观察这个人物，判断她是儿童还是青年还是老年？你们是怎么得出这个结论的？

学生回答。

师：我们观察到她的头发是白的，脸部有很多皱纹，神态比较沉稳，衣着颜色比较深，这其实就是在观察她的外部特征（板书：抓取特征），我们人类是通过什么观察的。

生：眼睛。（板书：眼睛）

师：我们为什么能判断出这些特征是属于老人的？

学生尝试回答。

师总结：是因为我们大脑中有一些关于老人外部特征的记忆。当我们再次观察到相应特征的时候，大脑就会进行思考判断。人类只要观察过少量的老人，就会在大脑中形成老人的概念。（板书：思考判断、大脑）

【设计意图】通过观察教师和人物画像判断年龄的互动游戏，引导学生主动梳理“用眼睛抓取特征、用大脑思考判断”的人类识别逻辑。既贴合三年级学生喜欢互动的特点，又自然唤醒其生活经验，为后续类比人工智能的“眼睛”和“大脑” 做好铺垫，降低抽象概念的理解难度。

 

二、新知探究，破解奥秘

（一）探秘人工智能的“眼睛”与“大脑”

师：随着人类对人工智能工具的开发，机器也能学着人类的样子把人物按照年龄进行分类。

任务二：图像分类探 AI

使用省平台中的图像分类实验工具，解析人工智能“眼睛”与“大脑”。

师：（展示两个模型）这两个都是识别人物年龄的人工智能工具，我们观察一下它们的界面有什么不一样的地方？

学生回答。

师：这个样本其实是老师提前给人工智能进行观察的图片，请同学们猜测一下，样本量的多和少会导致识别结果有什么不一样？请同学来现场测试一下。（请几位同学体验，把脸对准摄像头）

师：通过刚刚的测试同学们有什么发现？

学生回答。

师总结：人工智能要从足够多的样本中总结出规律，形成图像识别算法，当它再次看到一张人脸的时候，算法就会进行判断（板书：算法），样本量越多，识别结果越精准。

师：它的“眼睛”又是什么？它用什么捕捉人物特征。

生：眼睛是摄像头。（板书：摄像头）

师：现在邵老师挡住半张脸再让它识别，又判断错误了。可见影响算法判断的因素有很多。

【设计意图】通过图像分类工具实验，让学生直观感知人工智能“传感设备（眼睛）”和“算法（大脑）”的核心构成，理解数据量对识别精确度的影响。

 

（二）人类智能与机器智能的差异

任务三：人机对比辨局限

活动1：情绪识别PK

师：让我们分成两个阵营进行现场PK，1、2、3组的同学用人工智能识别这几张图片中人物的情绪，4、5、6组的同学用你的肉眼和大脑记忆进行观察判断。

学生交流答案，其中一张图片两大阵营的答案不一致。

师：同学们更赞成哪一种答案？为什么？

学生回答

师：为什么人工智能判断错了，我们人类却能判断对？

学生回答。

师总结：我们人类进行判断的时候会根据她身处的环境，发生的事情带有感情地去综合判断，人工智能的算法只能单一地抓取到她的表情。

活动2：无人驾驶体验

师：是不是只要我们给人工智能的算法补全场景、事件，给它提供充足的数据，它就可以作出正确的决策和行为？请同学们扫描二维码，体验无人驾驶汽车在“错误规则”和“正确规则”两种模式下的行驶情况。

学生操作体验。

师：当无人驾驶汽车处于“错误规则”下行驶，会造成什么后果？

学生回答。

师总结：由此可见，我们不仅要给人工智能提供充足的数据和指令，这些数据和指令还必须是正确的，符合情感道德考量的，人工智能才能做出正确的行为决策。

【设计意图】通过情绪识别PK和无人驾驶体验，辨析人工智能与人类智能的差异，突破“理解人工智能的局限性”的难点。

 

（三）人类智能与人工智能的利弊

师：人工智能和人类智能还各有哪些利弊，接下来依旧让我们分为人工智能组和人类智能组，探究不同场景中的人工智能应用，把探究结果填入学习单。

任务四：场景探究梳利弊

子任务1：对比探究“无人驾驶”和“真人驾驶”

第一组：思考探究真人驾驶，靠什么识别外部环境、进行决策和优缺点。

第二组：观看视频“无人驾驶”，找出无人驾驶的“眼睛”“大脑”和优缺点。

子任务2：对比探究“扫地机器人”和“人扫地”

第三组：思考探究人扫地，靠什么识别外部环境、进行决策和优缺点。

第四组：观看视频“扫地机器人”，找出扫地机器人的“眼睛”“大脑”和优缺点。

子任务3：对比探究“‘形色’识花”和“肉眼识花”

第五组：用肉眼观察识别三种植物。

第六组：用人工智能工具“形色”识别三种植物。

学生观看学习通平台中的介绍视频、体验植物识别软件“形色”。

学生按小组上讲台汇报探究结果。

师：我们把刚刚拍摄的图片发送给人工智能，让他帮我们总结一下人工智能和人类智能的利弊并生成一首小诗。

【设计意图】通过分组探究身边的人工智能应用，系统梳理两者的利弊。层层递进的设计符合三年级学生的认知规律，从具象操作到抽象思考，帮助学生构建完整的人工智能认知框架。

 

三、人机协同，智慧生活

师：通过刚才的探究，我们也发现，人工智能并不是万能的，要形成以人类为主导的人机协作方式，用人类的智慧为技术把握方向，才能让人工智能成为让城市更智慧，生活更有序的好搭档。（板书：人机协同）

老师带领学生一起总结：通过这节课我们知道，人工智能的“眼睛”可以是摄像头、雷达、激光、红外传感器等传感设备（板书：传感设备），用来识别外部环境，它的“大脑”是算法，用来思考判断和做出决策。

师：接下来请同学们打开学习通平台中的课堂评价，查看自己本节课的掌握情况，完成对自己的课堂评价。

【设计意图】结合板书系统回顾人工智能“眼睛”“大脑”，总结人类智能与人工智能的优势互补关系，明确“人机协同”的核心观点。既帮助学生巩固本节课重点知识，又引导其形成辩证看待技术的思维。

 

四、拓展实践，创意设计

拓展任务：以“关怀特殊人群”为主题，设计一款智能设备，如导盲眼镜、智能助听器等，绘制草图并说明其功能。

【设计意图】以“关怀特殊人群”为主题设计智能设备，将课堂所学迁移到实际问题解决中。既锻炼学生的创新思维和动手能力，又渗透人文关怀教育，让学生理解人工智能技术的社会价值。

 

五、板书设计