第三章 信息的编程加工和智能化加工.doc

第三章信息的编程加工和智能化加工第一节信息加工概述一教学目标知识与技能目标理解算法的概念引导学生了解有关程序设计的基本知识让学生了解计算机加工信息的内在机制以及算法的含义过程和方法目标让学生了解计算机解决问题的一般过程了解用高级语言编程工具解决问题的基本方法感悟计算机程序设计的思想了解计算机程序设计的基本流程情感与价值观目标激发学生对信息技术的求知欲提高其学习兴趣形成积极主动学习信息技术的态度二教学内容分析课程标准内容信息的编程加工教学设计初步掌握用计算机编程加工信息的工作过程和基本特征教材作用与地位教科版信息技术基础第三章第二节信息的编程加工通过操作和剖析已经编好的计算机程序在解决实际问题中分析并了解其工作过程这种通过问题分析形成算法再利用计算机程序解决问题的思路和做法对学生帮助很大同时这一节内容的学习对于选修中的算法与程序设计模块也起到一个很好的铺垫作用三教学重点和难点算法设计的理解尝试编程的主要过程四教学过程引入师在自然数中有很多数都是有规律的比如这个数从左向右读与从右向左读是完全一样的这样的数我们称之为回文数过了年又过年我们又碰到了第二个回文数试问再过多少年我们才能再碰到一个回文数的年份生年师请大家思考两位的回文数有几个三位的回文数又有几个生分别有个和个师很好除了刚才讨论的回文数还有一类数也很有特色首先它是一个三位数其次它的各位数字的立方和就是这个数本身这类数有个好听的名称水仙花数请大家思考并写出所有的水仙花数生思考师下面请一位同学把自己的结论说出来和大家交流交流生写不出个未知数但是只有一个方程所以计算不出来师那就请你说出方程生师我们来共同讨论如何求出这个方程的解生我们可以用数学中的穷举法和排除法也就是首先取数字那么对应的分别为判断这个方程是否成立然后再取数字再进行判断如此反复一直判断到数字师确实是个很好的方法但是我们要进行多少次的验证才能够得出所有的水仙花数生次师如果一个数字验证需要分钟那次就要个小时生抢答可以让计算机去验证啊师对我们可以利用计算机的优势高速度和大容量来帮我们快速解决问题下面我们来看一个事先编写好的小程序打开并运行图图界面如图很简单也很明白在提示语的下方有一运行按钮直接单击运行按钮出现如图所示界面该界面上显示出所有的水仙花数很显然计算机快速处理数据的能力大大缩短了我们解决问题的时间瞬间就得出了结果虽然计算机能快速地求出问题的解但它却没有思维不知道如何解决问题所以我们必须告诉它解决问题的过程和方法在程序设计中我们称之为算法实际上日常生活中也处处存在着算法的应用设计意图课本上使用的是冒泡排序的示例考虑到学生目前的知识基础对于这个示例还不能透彻的理解所以我采用了学生较为熟悉的数字示例同时水仙花数这个动听的名称也激发了学生的学习兴趣教学过程中通过学生对水仙花数的分析和讨论引导学生说出计算的规律从而引出可以通过编程解决问题算法设计师其实算法在日常生活中也无处不在我们小学时曾学过一篇课文里面提到过著名数学家华罗庚烧水泡茶的问题对于这个问题他是怎么解决的生第一步烧水第二步烧水过程中洗刷茶具第三步水烧开后沏茶师从这个例子大家可以看到算法的设计分两个内容一是寻找一种方法二是描述一下实现这个方法的步骤刚才这位同学很好地用语言描述了烧水泡茶的算法那么在求水仙花数的过程中我们应该寻找什么方法请同学们思考并用自己的语言描述实现这个方法的步骤其中要包括从何处着手解题步骤以及结果处理生首先确定水仙花数的范围是一个三位数也就是从到判断表达式是否成立如果成立就是水仙花数如果不成立就不是水仙花数生还要把所有的水仙花数显示出来师生补充得很好如果我们只进行判断而没把符合条件的数字列出来那么这个算法就不算完整了还有没有需要补充的或者说有没有需要细化的生思考师提示生说的等式中的值是从哪里来的生是从一个三位数中分离出来的百位十位个位上的数值师对于一个三位数计算机是不知道怎么分离出各位上的数字的所以还得说明如何分离请思考如何分离出一个三位数的各位上的数提示以数字为例如何分出生除以的余数就是个位上的数除以的商就是百位上的数师细化后的算法已经很明朗了下面再请一位同学帮我们把刚才说的内容重新梳理一遍生让计算机从到依次进行百位十位和个位数字的分离然后对表达式的成立与否进行判断如果成立就显示出这个数师既然是让计算机完成这项任务我们直接对其发出口头命令计算机懂不懂能不能直接去执行你的命令生不能师所以我们必须把它转换成计算机能够执行的语言也就是我们平常所说的通过编程实现师说到程序大家脑海里立即浮现出一行行代码其实不然用户界面是一个应用程序最重要的部分界面是应用程序呈现给用户的外观也是实现人机交互的接口刚才演示的界面中因为有了提示语所以我们才知道怎么操作这个程序因为有了按钮所以单击程序才会运行而语言提供的可视化设计工具可以直接使用窗体和控件设计程序的界面大大地提高了程序设计的效率设计意图教师通过华罗庚烧水泡茶的示例让学生明白算法的概念引导学生说出求水仙花数的算法通过学生的分析说明总结培养学生的自主学习的能力教师从中起到引导的作用强调学与教的合理分配编程实现师请大家启动观察界面尝试利用窗口左侧的工具箱里的控件设计刚才的界面生根据投影幕上显示的界面自行操作师巡视并给予适当指导分钟师总结刚才大家操作得不错都能找到相应的控件并将其添加到界面上但是只有这个界面是不是就可以帮我们求出所有的水仙花数了呢生不是程序还没写呢师刚才我们在对象窗口中设计好了界面那代码应该在哪里写请大家在视图菜单中寻求答案生代码窗口师下面我们就把用语言描述的算法写到代码窗口中并且调试看看能不能正常运行生根据投影幕上显示的程序在代码窗口中书写设计意图中不同软件具有基本相同的风格和界面甚至不同功能的操作方法也有共通之处为我们运用原有的知识和经验迁移到新知识新技术的学习中创造了条件和可能在界面设计中学生可以将中窗口操作文件处理等知识迁移到中通过迁移提高学生的学习能力拓展与延伸师刚才我们是从到将每个数都重复如下操作分离出百位十位个位上的数值并判断表达式是否成立如果成立就输出再取下一个数字进行同样的操作请大家讨论除了这种算法还有没有其他算法生讨论师提示刚才是从数字出发分离出能不能换个角度从拼出数字生作为百位上的可以取之间的任意数而和可以取之间的任意数从已知的求出看是否等于它们的立方和如果相等就输出师请大家根据这位同学用自然语言描述的算法修改程序看能不能得出正确结果生修改程序存盘运行师在上这节课之前大家对编程总抱着一种很神秘的态度观望这节课我们通过求水仙花数这个实例知道了编程也不是那么的深奥它也是有章可循的对于一个问题首先列出它的算法然后设计界面根据设计好的算法和界面用编程的语言将你的思想体现出来通过学习和探讨我们也能利用计算机编程来解决一些简单问题感兴趣的同学还可以课后利用的帮助系统了解的其他功能争取编出更多更好的程序设计意图在已经用了一种算法解决问题的基础之上提示学生可以采用另一种算法让学生知道解决同一问题可以有多种不同的途径在学生利用第二种算法解决问题的过程中通过对两种算法的比较体现出不同的解决问题的思路为选修算法与程序设计模块中算法的设计奠定基础第二节信息的编程加工一内容分析本节的作用和地位本节内容处于本章的前沿体现的是计算机加工处理信息的最基本的方法所以学习起来比起后面的文本加工图像加工等内容来讲是更有难度的但是本节内容却非常重要如果能够及早引导学生理解了本节课编程加工信息的精髓对以后的学习是非常好的铺垫很多为什么的问题将会一应而解本节的主要内容本节课的主要内容是算法与程序设计即如何使用计算机来解决问题策略设计我们认识问题的过程一般都是像课本那样从概念到案例即从事物的原理出发以实例来验证原理这样的方法虽然对阐述问题的整体性是有益的但是却并不容易突破难题给人以就事论事的感觉没有鲜活的体现所以本节采用的策略是从案例到概念即从事物的表象出发根据现象去探索原理这样的方法更符合青少年的求知心理也更容易在用技术实现软件模型过程中体验到程序的本质意义和巨大价值软件的界面实现举例本节课的教学策略实施流程首先介绍软件的智慧来源然后介绍软件的构成和来源本节课的教学环境是具有电子投影和计算机设备的普通教室教学过程以讲解讨论为主以个别学生上台演示为辅助上机练习时间安排在下一节课二教学流程课堂引入问题引入教师先向学生提问计算机系统的基本构成答案硬件与软件再提问软件的作用答案程序是计算机的灵魂然后引申提问计算机的灵魂是谁赋予的答案人深入讨论从同学们以前使用过的软件图文表声像等软件分析我们之所以能够使用计算机来处理各种各样的信息是因为有相应的软件为我们提供了合适的工具那么这些软件是用什么来制作的呢讲授新课第一环节观察软件内核认识程序依次观看一个函数图像绘制软件一个小的游戏软件的外观和功能打开源代码让学生针对其中的某一点如函数中的绘点命令或游戏中的击中判断让学生知道什么是软件的内核程序代码第二环节上手模拟软件外观教学工具以为例进行本环节学习认识算法制作软件需要编写程序编写程序要有一定的工具事先还要有一定的规划和设计即算法以盖房子为例讲解算法预计有多少房间规划每个房间的功能是什么建筑的过程是怎样的最后的装修使用等操作演示从制作软件者的视角了解的结构特点控件就像盖房有各种材料器件控件以图像控件为例演示给学生插入一个控件控件的属性每个控件都有一定的属性就像壁画有名称大小内容位置等为图像控件的属性引入一个图片事件响应代码有的控件要能响应一定的功能要求事件就像门铃按动时有声音按门铃就是事件声音就是响应例如插入一个按钮双击按钮在事件中加入响应代码启动程序时每次单击按钮都会响应出一个问候语以此阐明事件响应是代码在起作用第三环节探索软件智慧的来源我们知道了使用制作软件的基本的构成之后可以更加深入一层去了解为什么软件会有很多功能能够代替我们去做工作三自我反思设计意图信息的编程加工在课本上仅仅是一节内容而高一数学教材中仅算法内容就有十节从这个比例来看本节课的教学难度的确是非常大的即使把要求放到很低仅仅让学生体会一下程序设计加工信息的功能和意义也很难让学生从生硬的代码中体会到程序设计的精髓所在为此我们试图寻找一种从软件的功能与设计入手的小案例在教学中从软件界面到内部响应再到程序代码继而分析出程序的特点让学生在一种揭示计算机软件奥秘的欲望下达到逐步了解算法和程序设计的目的设计亮点本节课的设计亮点在于与学生一起通过探索软件工作原理的奥秘所在一步步引导学生正确认识程序的作用与意义体验使用程序加工信息的过程与方法本节课的内容虽然很多但是其核心是明确的即计算机的智慧来源由于在以前从来没有在一节课中尝试讲解程序的三种基本结构所以第一节课也并没有完成教学任务主要原因是学生的练习占据了相当长的时间第二节课另一个班采用了以讲授为主部分学生代表上台演示的方法结果非常顺利但是这样就把练习放到了下一节第三节课我又采取了三种结构并行对比来讲使用一个案例等差数列的极限求值问题来讲解把顺序智能自动化逐一上套虽然时间是节省了但是学生对程序的理解不如将三个结构分别来讲好第三节信息的智能化加工一教学内容初步掌握用计算机进行信息处理的几种基本方法认识其工作过程与基本特征通过部分智能信息处理工具软件的使用体验其基本工作过程了解其实际应用价值二教学目标知识与技能目标了解什么是人工智能及其在各领域的应用知道机器翻译模式识别机器人软件机器人计算机博弈等概念过程与方法目标体验机器翻译过程分析机器翻译与人工翻译的区别体验模式识别机器人软件机器人计算机博弈技术的应用情感与价值观目标感受信息智能处理的魅力能客观评价信息智能处理给学习和生活带来的变化激发起学习探索人工智能知识的热情和愿望为学生今后选修人工智能打下基础教学重点体验人工智能的独特魅力了解其应用价值教学难点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三教学方法讲解演示讨论准备讲稿教学时间课时教学环境多媒体网络机房四教学过程导入新课大家学习网络搜索的时候我曾经给大家布置过一道题请大家在网上查找再别康桥的英文稿大家当时查找的结果如何大家有没有想过如果我们在网上找不到我们该怎么办自己翻译软件翻译演示用金山快译翻译中文的全过程金山快译为什么能完成以前必须要我们去亲自完成的翻译工作是因为它使用了人工智能技术这节课我们就来谈谈利用人工智能加工信息的技术新课教学什么是人工智能人工智能顾名思义就是人造的智能主要是对人脑思维机理的模拟人工智能技术的典型应用机器翻译机器翻译是利用计算机把一种自然语言转变成另一种自然语言的过程用以完成这一过程的软件系统叫做机器翻译系统几十年来国内外许多专家学者为机器翻译的研究付出了大量的心血和汗水虽然至今还没有一个实用全面高质量的自动翻译系统出现不过也取得了很大的进展特别是作为人们的辅助翻译工具机器翻译已经得到大多数人的认可目前国内的机器翻译软件不下百种根据这些软件的翻译特点大致可以分为三大类词典翻译类汉化翻译类和专业翻译类词典类翻译软件代表是金山词霸堪称是多快好省的电子词典它可以迅速查询英文单词或词组的词义并提供单词的发音为用户了解单词或词组含义提供了极大的便利汉化翻译软件的典型代表是东方快车它首先提出了智能汉化的概念使翻译软件的辅助翻译作用更加明显以译星雅信译霸为代表的专业翻译系统是面对专业或行业用户的翻译软件但其专业翻译的质量与人们的实用性还有不少差距有人评价说满篇英文难不住满篇中文看不懂该说法虽然比较极端但机译译文的质量确实一直是个老大难问题这里我们不妨对现有的机译和人译过程作一比较从中可以看出一些原因演示使用金山快译翻译再别康桥让学生思考机器翻译与人工翻译的区别机器翻译一句一句处理上下文缺乏联系对源语言的分析只是求解句法关系完全不是意义上的理解缺乏领域知识从计算机到医学从化工到法律都通用就换专业词典译文转换是基于源语言的句法结构的受源语言的句法结构的束缚翻译只是句法结构的和词汇的机械对应人工翻译一般会先通读全文会前后照应对源语言是求得意义上的理解只有专业翻译人员而没有万能翻译人员译文是基于他对源语言的理解不受源语言的句法结构的束缚翻译是一个再创造的过程在目前的情况下计算机辅助翻译应该是一个比较好的实际选择事实上在很多领域中计算机辅助人类工作的方式已经得到了广泛的应用例如软件如果计算机辅助技术用于语言的翻译研究应该同样可以起到很大的辅助作用这就是所谓的计算机辅助翻译它集机器记忆式翻译语法分析式翻译和人际交互式翻译为一体把翻译过程中机械重复琐碎的工作交给计算机来完成这样翻译者只需将精力集中在创造性的思考上有利于工作效率的提高机器翻译研究归根结底是一个知识处理问题它涉及有关语言内的知识语言间的知识以及语言外的世界知识其中包括常识和相关领域的专门知识随着因特网的普及与发展机器翻译的应用前景十分广阔作为人类探索自己智能和操作知识的机制的窗口机器翻译的研究与应用将更加诱人国际上有关专家分析认为机器翻译要想达到类似人工翻译一样的流畅程度至少还要经历年时间的持续研究但在人类对语言研究还没有清楚人脑是如何进行语言的模糊识别和判断的情况下机器翻译要想达到的准确率是不可能的模式识别模式识别就是通过计算机用数学技术方法来研究模式我们把环境与客体统称为模式的自动处理和判读计算机识别的显著特点是速度快准确性强和效率高识别过程与人类的学习过程相似以汉字识别为例首先将汉字图像进行处理抽取主要表达特征并将其特征与汉字的代码存在计算机中就像把老师教我们这个字叫什么如何写的知识记忆在大脑中这一过程叫做训练识别过程就是将输入的汉字图像经处理后与计算机中所保存的全部汉字进行比较找出最相近的字作为识别结果这一过程叫做匹配演示字符识别系统语音识别就是让计算机能听懂人说的话演示语音识别和语音合成系统指纹识别更是模式识别的一个重要应用演示指纹匹配系统这里介绍一个综合应用的例子一汽集团公司与国防科技大学最近合作研制成功红旗轿车自主驾驶系统即无人驾驶系统它标志着我国研制高速智能汽车的能力已达到当今世界先进水平汽车自主驾驶技术是集模式识别智能控制计算机学和汽车操纵动力学等多门学科于一体的综合性技术代表着一个国家控制技术的水平红旗车自主驾驶系统采用计算机视觉导航方式并采用仿人控制实现了对红旗车的操纵控制首先摄像机将车前方的道路和车辆行驶情况输入到图像处理和图像识别系统该系统识别出道路状况前方车辆的相对距离和相对车速接着路径规划系统根据这些信息规划出一条合适路径即决定如何开车然后路径跟踪系统根据需跟踪的路径结合车辆行驶状态参数和车辆驾驶动力学约束形成控制命令控制方向盘和油门开启机构产生相应动作使汽车按照规划好的路径前进即按自主驾驶系统的规划路径前进其他应用计算机博弈智能机器人专家系统等