第9課人工智能發(fā)展課題第9課人工智能發(fā)展單元第二單元學科信息技術(shù)年級九年級教材分析教材首先介紹了人工智能的基本概念，為后續(xù)內(nèi)容奠定了基礎。接著，通過多個章節(jié)，詳細探討了人工智能在各個領域的應用場景，如醫(yī)療、交通、環(huán)境監(jiān)測等。在每個場景中，都結(jié)合具體案例進行分析，使讀者能夠更直觀地理解人工智能的實際應用。最后，教材以水質(zhì)監(jiān)測為例，詳細介紹了智能化無人船的設計原理和實現(xiàn)過程。。學習目標實踐意識：通過對智能環(huán)保系統(tǒng)的暢想、設計和規(guī)劃，學生學習如何面對各種實際問題，并通過創(chuàng)新思維來提出解決方案。這種實踐意識能夠幫助學生提高問題解決能力，并培養(yǎng)創(chuàng)新思維。學生需要不斷嘗試新的方法和技術(shù)，優(yōu)化系統(tǒng)設計和產(chǎn)品方案。這種實踐意識有助于培養(yǎng)學生的探索精神和創(chuàng)新能力。社會責任：在對智能環(huán)保系統(tǒng)的暢想中，學生需要思考如何運用技術(shù)來解決社會問題，如環(huán)境保護、資源利用等。這種實踐能夠幫助學生更好地理解技術(shù)與社會的關系，并意識到技術(shù)對社會發(fā)展的重要影響。學生需要關注智能環(huán)保系統(tǒng)的社會影響，包括對環(huán)境、經(jīng)濟、社會等方面的影響。這種實踐意識有助于培養(yǎng)學生的社會責任感和使命感。重點深入探討人工智能在不同領域中的應用場景。如何根據(jù)具體的應用場景設計合理的系統(tǒng)架構(gòu)；理解和掌握人工智能在實際應用中的實現(xiàn)過程。難點技術(shù)復雜性：人工智能領域涉及的技術(shù)和算法往往比較復雜，需要學生具備一定的數(shù)學和編程基礎。因此，對于一些基礎薄弱的學生來說，理解和掌握這些技術(shù)可能會存在一定的難度。應用場景的多樣性：人工智能的應用場景非常廣泛，每個場景都有其獨特的需求和挑戰(zhàn)。如何根據(jù)不同的場景設計出合適的系統(tǒng)架構(gòu)和解決方案，需要學生具備靈活的思維和豐富的實踐經(jīng)驗。這也是一個比較難以掌握的點。未來發(fā)展趨勢的把握：人工智能是一個快速發(fā)展的領域，新的技術(shù)和應用不斷涌現(xiàn)。如何準確把握未來發(fā)展趨勢，將最新的技術(shù)和理念融入到教學中，也是教師需要面對的一個難點。同時，這也要求學生具備敏銳的觀察力和持續(xù)學習的能力。教學過程教學環(huán)節(jié)教師活動學生活動設計意圖導入新課通過視頻播放，讓學生了解暢想的未來你熟悉的生態(tài)環(huán)境保護工作有何不足?人工智能是否可以助力智能環(huán)境監(jiān)測和管理?監(jiān)測手段有限：傳統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測方法往往依賴人工采樣和分析，這種方式不僅耗時耗力，而且可能因人為因素導致數(shù)據(jù)不準確。數(shù)據(jù)處理能力不足：大量的環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)需要高效的處理和分析，但目前的數(shù)據(jù)處理能力往往無法滿足這一需求，導致數(shù)據(jù)價值無法充分發(fā)揮。預警和響應機制不完善：對于突發(fā)的環(huán)境問題，如污染事件或生態(tài)災害，現(xiàn)有的預警和響應機制往往反應不夠迅速，難以有效應對。人工智能可以助力智能環(huán)境監(jiān)測和管理。在環(huán)境監(jiān)測方面，人工智能可以通過傳感器網(wǎng)絡和監(jiān)測設備收集環(huán)境數(shù)據(jù)，并結(jié)合機器學習算法進行數(shù)據(jù)處理和分析，從而實現(xiàn)對環(huán)境參數(shù)的實時監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集。這種技術(shù)可以及時獲取環(huán)境質(zhì)量、空氣污染、水質(zhì)變化等信息，有助于提前預警環(huán)境風險，指導環(huán)境管理和決策，并及時采取相應的措施。2.要設計一個智能系統(tǒng),你覺得需要哪些學科的知識和技能?觀看暢想的未來的視頻學生討論問題，舉手回答問題幫助學生了解人工智能能給我們帶來什么。通過提問的方式讓學生從現(xiàn)實生活中去體會人工智能發(fā)展現(xiàn)狀以及對行業(yè)的幫助變化。打開課堂講授新課人工智能技術(shù)快速發(fā)展，數(shù)據(jù)和算力資源日益豐富，應用場景不斷拓新，為開展人工智能場景創(chuàng)新奠定了堅實基礎。生態(tài)環(huán)境保護既是發(fā)展問題，也是民生問題。隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的不斷發(fā)展，人們迫切需要利用新技術(shù)破解生態(tài)環(huán)境保護難題，助力改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。智慧環(huán)保將互聯(lián)互通、協(xié)調(diào)一致的理念與生態(tài)環(huán)境多元感知技術(shù)和人工智能技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)治理工具智能化和治理決策科學化，搭建“智慧環(huán)保系統(tǒng)”,提升環(huán)境管理精細化與智慧化水平。全班同學分成若干小組，組內(nèi)明確分工，協(xié)同工作，包括資料搜集、應用暢想、方案策劃和創(chuàng)意表達等。頭腦風暴階段可體驗在線會議，使用思維導圖在線協(xié)同。一、場景應用暢想智能環(huán)保系統(tǒng)構(gòu)建起生態(tài)環(huán)境“大監(jiān)測”,通過環(huán)境實時感知監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)。1.大氣環(huán)境管理。采集各類大氣檢測數(shù)據(jù)、視頻數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對空氣質(zhì)量、揮發(fā)性有機物、顆粒物、餐飲油煙、揚塵等的全面監(jiān)測監(jiān)管。通過多源數(shù)據(jù)的交互應用，發(fā)現(xiàn)影響大氣環(huán)境質(zhì)量的污染源頭，提升區(qū)域大氣環(huán)境監(jiān)管水平。2.水環(huán)境管理。對地表水、地下水和城市黑臭水體等水質(zhì)監(jiān)測，明確水質(zhì)變化情況?？衫眠b感遙測技術(shù)，主動識別海洋污染，研判水質(zhì)情況及變化趨勢。3.污染源管理。對排污企業(yè)進行監(jiān)管，使用無人機、衛(wèi)星航拍、高空視頻監(jiān)控等手段，實現(xiàn)全方位物聯(lián)監(jiān)控和多維度精準預警。通過在線協(xié)作平臺進行頭腦風暴，小組討論智能環(huán)保系統(tǒng)在典型業(yè)務場景中應具有的功能及技術(shù)手段。。表101

典型業(yè)務應用場景特定場景應具有的功能設備或技術(shù)手段涉及的學科要素分析安全因素分析工業(yè)排放監(jiān)測、城市垃圾管理、自然生態(tài)保護、水資源管理實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析、預警預測、決策支持傳感器網(wǎng)絡、大數(shù)據(jù)分析、機器學習算法、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)計算機科學、環(huán)境科學、數(shù)學、工程學、計算機科學、環(huán)境科學、數(shù)學、工程學二、系統(tǒng)架構(gòu)設計1.生態(tài)環(huán)境感知網(wǎng)絡使用傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、5G、衛(wèi)星定位等技術(shù)，采集空氣、地表水、污染源、輻射等環(huán)境信息，對采集的各種環(huán)境信息進行智能診斷、分析、預警等，實現(xiàn)覆蓋水、氣、聲、渣、輻射等的一體化生態(tài)環(huán)境檢測傳輸網(wǎng)。2.數(shù)據(jù)資源中心使用高性能計算分析，對跨地域、跨行業(yè)的海量生態(tài)環(huán)境業(yè)務數(shù)據(jù)進行有效的整合、存儲、分析、管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)全面互聯(lián)共享，為智慧應用提供數(shù)據(jù)支撐。3.智慧應用通過全面整合的環(huán)境數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建生態(tài)環(huán)境大屏可視化展示，實時動態(tài)反映環(huán)境質(zhì)量狀況及變化趨勢，對目標未達成的情況進行動態(tài)預警并進行影響成因分析。將各類監(jiān)測報警、分析預警、環(huán)保舉報等信息統(tǒng)一接入系統(tǒng)，進行智能研判分析，生成相應的環(huán)境處置任務事件，對其進行統(tǒng)一管理并實現(xiàn)智能化支持，為環(huán)保部門進行環(huán)境治理提供決策依據(jù)4.用戶根據(jù)用戶的屬性(如政府用戶、企業(yè)用戶、個人用戶等)分別定制不同的個性化展示內(nèi)容，提供個人工作臺、消息推送等功能。圖1智能環(huán)保系統(tǒng)架構(gòu)設計通過在線協(xié)作平臺進行頭腦風暴，小組討論針對不同用戶可開發(fā)的APP名稱及具體功能描述表102

討論記錄表用戶APP名稱功能環(huán)保愛好者和關心環(huán)境質(zhì)量的公眾EcoGuard實時監(jiān)測與數(shù)據(jù)展示環(huán)保知識普及環(huán)保行動指南社區(qū)互動與分享環(huán)保挑戰(zhàn)與激勵三、智能檢測產(chǎn)品設計以水質(zhì)監(jiān)測為例，設計智能化無人船，能及時抵達淺水區(qū)域和污染地帶等具有危險的水域，實現(xiàn)航路規(guī)劃、自主航行、水質(zhì)實時監(jiān)視和檢測、圖像采集和檢測、污水處理、遠程監(jiān)控等功能。1.智能產(chǎn)品功能模塊設備按功能可劃分為三個模塊:負責自動巡航、定位和無線通信服務的無人船端;負責對水質(zhì)、生態(tài)環(huán)境等各種綜合數(shù)據(jù)的采集與分析，對水質(zhì)處理劑投入、進行遠程監(jiān)測和調(diào)控的地上終端;負責網(wǎng)絡通信、數(shù)據(jù)存儲、信息管理的云服務器平臺。2.智能產(chǎn)品技術(shù)基礎展望無人船的人工智能算法需更好的可解釋性，向無監(jiān)督學習領域發(fā)展，提高自身的自主學習能力，能適應更多復雜場景。人工智能算法所使用的數(shù)據(jù)集內(nèi)容更專業(yè)化、多維化和精細化。小組成員分別完成各個模塊的詳細設計方案。進一步分析智能化無人船各個模塊的設計指標、性能指標;制定各個模塊的硬件方案和軟件方案。小組內(nèi)協(xié)同完成技術(shù)方案文件，選擇合適的方式進行發(fā)布。小組分享，方案評估，論證展示，客觀評價，并思考后續(xù)完善的方向。表103

方案評價表評價條目說明評分(110分)評分主要依據(jù)后續(xù)完善方向方案設計場景設置合理，軟硬件方案制定有據(jù)，系統(tǒng)簡介清晰，關注項目安全性。支撐材料支撐材料科學、可靠、豐富，能夠很好地支撐方案論證。論證過程表述簡明扼要，內(nèi)在邏輯關系清晰。后續(xù)建議面對人工智能的發(fā)展，能提出理性而有價值的完善建議。學生認真學習并掌握相關知識，了解人工智能技術(shù)的重要性全班同學分成若干小組，組內(nèi)明確分工，協(xié)同工作搭建“智慧環(huán)保系統(tǒng)”,了解AI智能的實際應用場景讓學生了解人工智能與各種行業(yè)的結(jié)合，如醫(yī)療、教育、制造、金融等。這種結(jié)合帶來了許多創(chuàng)新提升了各行各業(yè)的效率的同時也改變了我們的生活方式。學生完成討論記錄表完成設計方案和方案評價表學生了解人工智能未來人歸納總結(jié)人工智能應用紀錄老師講解重點。了解人工智能技術(shù)暢想的應用場景，所需學科內(nèi)容培養(yǎng)學生溝通職業(yè)整合能力、資源查閱整合能力、團隊協(xié)作能力等開拓學生視野，了解人工智能發(fā)展現(xiàn)狀開拓學生視野，了解人工智能系統(tǒng)設計培養(yǎng)學生團隊溝通、創(chuàng)新能力開拓學生思維，讓學生緊跟科技熱點培養(yǎng)學生信息收集歸納能力、表達敘述能力等課堂練習隨堂練習通過在線協(xié)作平臺進行頭腦風暴，小組討論智能環(huán)保系統(tǒng)在典型業(yè)務場景中應具有的功能及技術(shù)手段。完成典型業(yè)務應用場景表通過在線協(xié)作平臺進行頭腦風暴，小組討論針對不同用戶可開發(fā)的APP名稱及具體功能描述。完成討論記錄表小組成員分別完成各個模塊的詳細設計方案。完成技術(shù)方案和方案評估表通過查閱相關資料，制作電子作品，與同學分享。鍛煉學生查閱資料分析總結(jié)、信息處理、演講表達等能力課堂小結(jié)本堂課通過在線協(xié)作平臺進行頭腦風暴，小組討論智能環(huán)保系統(tǒng)在典型業(yè)務場景中應具有的功能及技術(shù)手段。完成典型業(yè)務應用場景表通過在線協(xié)作平臺進行頭腦風暴，小組討論針對不同用戶可開發(fā)的APP名稱及具體功能描述。完成討論記錄表小組成員分別完成各個模塊的詳細設計方案。完成技術(shù)方案和方案評估表，而人工智能計算平臺則是一種能夠快速高效地進行大規(guī)模并行計算的軟件和硬件環(huán)境。分組總結(jié)歸納鍛煉學生的總結(jié)能力，加強邏輯思維和語言表達能力板書人工智能發(fā)展知