1、人工智能初步 （选修 5）一、教材编写思路1、本教材以课标为依据，根据高中学生的认知发展规律和本学科的特点组织教材内容。用常见的人工智能的例子，引入人工智能的概念、基本特点和发展动态。学生通过观摩或实际操作，体验人工智能在模式识别、专家系统、问题求解等方面的典型应用；初步掌握知识的分类及知识表达的基本方法，了解人工智能语言的相关概念，学会使用 Prolog 语言设计求解简单问题；在学习计算机中表示知识的基本方法基础上，感受用专家系统解决问题的基本过程，了解专家系统的基本结构，并通过实例分析，掌握专家系统正向、反向推理的基本原理；通过求解重排九宫问题，说明基本搜索和启发式搜索方法，以井字棋为例说
2、明求解博弈问题的策略；最后，介绍了人工智能的发展现状和前景，增强学生对人工智能发展前景的向往和对未来美好生活的追求。开发了一套具有自主版权的教学演示及实验系统，包括指纹识别演示系统、专家系统推理演示系统（供学生作植物分类实验的专家系统外壳） 、搜索过程的演示程序供教学使用。2、为了解决人工智能内容抽象、较难理解的问题，本教材设计了观摩、活动、讨论交流、实践、总结评价等学习过程，使学生从感性到理性、从具体到抽象，由浅入深地学习，避免将概念原理简单地直接灌输给学生。同时，在学习活动设计上，灵活运用自主学习、协作学习、网上学习、任务驱动学习等多种学习方式，促使学生学习方式的多元化。3、本教材的案例与
3、活动选自与学生生活比较贴近的内容，以激发学生的学习兴趣；同时注意案例和学生活动对学习目标的覆盖程度，引导学生从日常生活、学习的例子中体验人工智能的应用价值，学习人工智能的有关知识；此外，在学习活动设计中，注重对学生情感态度价值观的培养。4、在评价内容上，力求让学生通过评价，不仅学会检验自己对知识技能的掌握程度，而且学会总结自己在过程与方法、情感态度价值观等方面的收获，加强学生的自学能力和思维能力。二、教材特点1、贴近学生的生活和学习实际。本教材选取与学生的学习和生活密切相关的案例，例如：把指纹识别作为模式识别的案例，把证明三角形全等的过程作为与/或图知识表示的案例，动物识别系统作为专家系统的演
4、示案例，把重排九宫问题作为问题求解的案例等。2、注意技术与技能、过程与方法、情感态度与价值观的多重构建。教材通过列举人工智能的典型应用，来激发学生的学习兴趣；例如：第 1 章介绍几何定理证明的“吴氏方法” 及张景中的“ 立体几何- 数学实验室 ”，第 4 章介绍的机器证明中著名的王浩算法，第 5 章介绍的我国科学家开发的农业专家系统等例子，都体现了我国科学家在人工智能领域所做出的卓越成就。3、学习内容注意适应性、选择性、开放性。教材充分考虑了到高中学生的认知水平和学习能力，涉及到的知识都是最基本的，有利于学生知识的迁移和获取知识的能力提高。此外，教材还包含拓展栏目和选学内容，如第 4 章第 5
5、 节“ 浅谈机器证明”超越了本课程标准的要求，各学校可根据各自的条件选择教学。学生可以通过拓展栏目了解更多的知识，满足自身发展的需要。另外，教材的评价和练习采取开放式设计。4、教材引导学生亲历规划、设计、制作、评价的过程。本教材注重培养学生的动手能力，使学生在学习和实践中对人工智能这门学科产生一个初步的认识，并增加学生继续探索人工智能的兴趣。如第 3 章的“构建植物分类专家系统”，就是要求学生在教师的指导下，收集有关植物资料，提取特征，然后构建一个植物分类专家系统。 5、倡导学习方式的多元化。本教材倡导多种学习方式，尤其是自主、协作、探究等学习方式。如第 4 章第 2 节“基本搜索方法”中，采
6、取任务驱动的方式，通过重排九宫活动，在活动中学习搜索技术；再如第 2 章第 1 节“ 知识” 中，通过协作式学习方式，交流对“ 知识 ”的理解。教材体现了信息技术与其他学科课程的整合，涉及到数学、生物等方面的内容。教材中包含不少的教学设计，如任务、操作、实践、交流、探究等，这些都反映了现代教学思想，教材中通过活动、任务、过程体现不同的教学要求。6、提供了丰富的教学资源本教材图文并茂，充分考虑了高中学生的知识和心理特点，从知识和技能的迁移出发，创设学习、操作的环境。并提供了一些参考网站供学生查找资料，同时，配有教学光盘。本教材光盘中有“ 专家系统” 、 “指纹识别”、 “搜索过程”文件夹，可供教
7、学使用。三、教材内容结构体系及课时安排 章 节 对应课标内容 课时1.1 什么是人工智能一（1）能描述人工智能的概念与基本特点。一（2）通过实际操作，体验人工智能的若干典型应用。11.2 人工智能的基本内容一（1）能描述人工智能的概念与基本特点。 11 人工智能的初探1.3 人工智能的主要应用领域一（2）列举人工智能的主要应用领域，通过演示或实际操作，体验人工智能的若干典型应用，知道其发展现状。22.1 知识 一（3）掌握知识的概念。 12.2 框架表示法 一（3）学会知识表达基本的基本方法。 12.3“与/或”图表示法一（3）学会知识表达基本的基本方法。 12.4 状态空间表示法一（3）了解
8、状态空间的概念与方法，学会用该方法描述待求解的问题。12.5 产生式规则表示法一（3）学会知识表达基本的基本方法。 12.6 Prolog 语言三（1）了解一种人工智能语言的基本数据结构和程序结构，掌握相关概念，知道人工智能语言的主要特征。三（2）初步学会使用该语言设计程序求解简单问题，并能够上机调试，执行相应的程序。42知识表示及 Prolog 语言2.7 知识表示法分析一（3）学会知识表达基本的基本方法。 13 专家系统 3.1 认识专家系统二（1）演示或使用简单的产生式专家系统软件，感受用专家系统解决问题的基本过程；了解专家系统的基本结构。13.2 专家系统的知识获取二（1）感受用专家系
9、统解决问题的基本过程。33.3 专家系统的推理过程二（2）通过实例分析，知道专家系统正向、反向推理的基本原理；会描述一种常见的不精确推理的基本过程。23.4 专家系统的解释功能二（3）了解专家系统解释机制的基本概念及其在专家系统中重要作用。13.5 专家系统的开发二（4）了解专家系统外壳的概念；学会使用一个简易的专家系统外壳，并能使用它开发简单的专家系统。13.6 综合活动：植物分类专家系统的建造二（4）了解专家系统外壳的概念；学会使用一个简易的专家系统外壳，并能使用它开发简单的专家系统。54.1 重排九宫问题及其树的表示三（4）通过简单的博弈问题的分析，了解盲目搜索技术进行状态空间搜索的基本
10、过程，知道启发式搜索的基本思想及其优点。14.2 基本搜索方法三（4）通过简单的博弈问题的分析，了解盲目搜索技术进行状态空间搜索的基本过程，知道启发式搜索的基本思想及其优点。24.3 启发式搜索三（4）通过简单的博弈问题的分析，了解盲目搜索技术进行状态空间搜索的基本过程，知道启发式搜索的基本思想及其优点。24.4 求解博弈问题三（4）通过简单的博弈问题的分析，了解盲目搜索技术进行状态空间搜索的基本过程，知道启发式搜索的基本思想及其优点。14 问题求解*4.5 浅谈机器证明5.2 人工智能的发展历程一（1）知道人工智能技术随着计算机硬、软件技术的进步和应用需求而发展的事实和客观规律。15 人工智能的回顾与展望 5.2 人工智能的展望一（1）知道人工智能技术随着计算机硬、软件技术的进步和应用需求而发展的事实和客观规律。2
