高中1.初识字符识别技术教案配套课件ppt

第四单元  人工智能初步

项目九 了解手写数字识别

——体验人工智能

第一课时   初识字符识别

■教材分析

“初识字符识别”这一小节，是沪教版第四单元项目九之体验人工智能的内容。人工智能是社会热点也是学生非常感兴趣的内容，学生通过电影等媒体已经对人工智能有了一定的认识。但这些认识大多是感性的，更多的是一种基于科幻色彩的认识，学生对生活中普通的人工智能应用往往并不了解。因此，将生活中常见的“手写数字识别”这个看似简单的应用作为项目，有利于学生认识人工智能技术的普遍性，了解人工智能与人类智能的差别。

■学情分析

本节课面对的教学对象是高中一年级的学生，对知识的获取已经开始由感性认识提升到理性认识，已经具有一定的研究能力，探究新知的欲望也比较强烈，在日常的学习和生活中，也或多或少的接触过人工智能技术的应用，对这项技术充满好奇。但是，他们对人工智能的了解更多的停留在日常学习和生活中的所见所闻，对人工智能的起源和概念缺乏系统的理解。

■教学目标

1、知识和技能

（1）初识人工智能。

（2）了解人工智能的发展及其应用。

2、过程与方法

通过播放相关视频，以此来走进人工智能，其中手写数字识别，人机大战之“五子棋大战”，人机对话---和siri聊天，通过这种体验的方式，了解身边的人工智能技术，丰富对人工智能的认识与理解。

3、情感态度与价值观

（1）通过体验身边的人工智能技术，感受人工智能神奇以及带给生活的便利，初步树立为科技做贡献的理想。

（2）通过全民辩论，正确对待人工智能，理解人与人工智能应该以怎样的关系相处，培养正确的科学技术应用观。

■教学重点：

（1）理解“人工智能”概念。

（2）了解人工智能的发展及应用。

■教学难点：

如何提升学生对人工智能的认识，并且发展他们的辨证思维，客观认识人工智能技术对社会影响，培养正确的科学技术应用观。

■教学准备

多媒体教室。

■教学过程：

一、导入新课

如果我们作业不会做时，用手机启动某学习软件App,拍下想要解决的问题并上传(图1)，就会收到帮助信息(图2)；不认识外文菜单时，把手机摄像头对准菜单上的外文菜名，屏幕上会实时显示出翻译好的中文菜名；戴上智能眼镜逛超市看着商品上的文字，就能自动搜索出生产商情况及在不同电商平台的价格……这些应用场景的背后都有着人工智能中OCR技术的应用。OCR( Oplical Character Recognition,光学字符识别)技术是指，由扫描仪、数码相机等设备捕获图像，然后用字符识别的方法将图像中的文字辨认出来，成为计算机能够处理的对象。通俗地说，OCR就是利用光学设备去捕获图像并识别文字，将人的视觉和阅读能力延伸到机器上。这节课我们就来学习人工智能及其发展和应用。

二、什么是人工智能

人工智能的定义有很多，根据中国《人工智能标准化白皮书(2018)》中的定义，人工智能是利用计算机或者计算机控制的机器，模拟、延伸和扩展人的智能，感知环境、获取知识并使用知识获得最佳结果的理论、方法、技术及应用系统。

尽管不同专家对人工智能的认识有一定的差异，但都是希望造出像人类那样，甚至具有比人类更好的感知、思维、学习和行为能力的机器。

三、人工智能的发展阶段

从技术角度，通常把人工智能的主要发展阶段分为运算智能、感知智能和认知智能，如下图所示。早期阶段的人工智能是运算智能，即快速运算和记忆存储的能力。现今，由于算法的优化和硬件技术的进步，计算机的快速运算能力和记忆存储能力早已超过人类。

人工智能的发展阶段

当前大数据时代的人工智能是感知智能，即具有“视觉“听觉”等感知能力，并具有与周围环境进行互动的能力。随着计算机处理能力的不断提升和大数据的不断积累，再加上深度学习算法在数据训练上取得的进展，在运算能力、数据、算法三大要素发展的推动下，计算机在某些领域的感知智能已越来越接近于人类，在医学影像读片等特殊任务中甚至已经超越了人类。迄今为止，感知智能在语音识别机器视觉等方面研究较多，成果较显著。

从感知智能向认知智能方向迈进，已成为人工智能未来的发展趋势。尽管认知智能方面目前存在大量难以解决、有待探索的问题，但可以期待是，到了认知智能阶段，机器将能够主动思考并采取行动，辅助甚至替代人类的工作，完全独立操作的无人驾驶汽车、自主行动的机器人等将会出现

四、当前人工智能的主要应用领域

现今，人工智能已成为新一轮科技革命和产业革命的核心驱动力，催生了大量新的技术、产品、产业。在语音识别、机器视觉、数据挖掘等多个领域，人工智能已走进了实际应用场合。人工智能与各行业领域的深度融合，将重塑甚至变传统行业。据统计，当前人工智能的主要应用集中在个人助理、安防、自驾领域、医疗健康、电商零售、金融、教育等方面。

人工智能技术应用的细分领域：深度学习、计算机视觉、智能机器人、虚拟个人助理、自然语言处理—语音识别、自然语言处理—通用、实时语音翻译、情境感知计算、手势控制、视觉内容自动识别、推荐引擎等。

下面，我们就每个细分领域，从概述和技术原理角度稍微做一下展开，供大家拓展一下知识。

1、深度学习

深度学习作为人工智能领域的一个重要应用领域。说到深度学习，大家第一个想到的肯定是AlphaGo，通过一次又一次的学习、更新算法，最终在人机大战中打败围棋大师。

对于一个智能系统来讲，深度学习的能力大小，决定着它在多大程度上能达到用户对它的期待。

深度学习的技术原理：

①构建一个网络并且随机初始化所有连接的权重； 

②将大量的数据情况输出到这个网络中； 

③网络处理这些动作并且进行学习； 

④如果这个动作符合指定的动作，将会增强权重，如果不符合，将会降低权重；

⑤系统通过如上过程调整权重；

⑥在成千上万次的学习之后，超过人类的表现。

2、计算机视觉

计算机视觉是指计算机从图像中识别出物体、场景和活动的能力。计算机视觉有着广泛的细分应用，其中包括，医疗领域成像分析、人脸识别、公关安全、安防监控等等。

计算机视觉

计算机视觉的技术原理：

计算机视觉技术运用由图像处理操作及其他技术所组成的序列来将图像分析任务分解为便于管理的小块任务。

3、语音识别

语音识别，是把语音转化为文字，并对其进行识别、认知和处理。语音识别的主要应用包括电话外呼、医疗领域听写、语音书写、电脑系统声控、电话客服等。

语音识别

语音识别技术原理：

①对声音进行处理，使用移动函数对声音进行分帧；

②声音被分帧后，变为很多波形，需要将波形做声学体征提取； 

③声音特征提取之后，声音就变成了一个矩阵。然后通过音素组合成单词。

4、虚拟个人助理

苹果手机的Siri，以及小米手机上的小爱，都算是虚拟个人助理的应用。

虚拟个人助理技术原理：（以小爱为例）

①用户对着小爱说话后，语音将立即被编码，并转换成一个压缩数字文件，该文件包含了用户语音的相关信息； 

②由于用户手机处于开机状态，语音信号将被转入用户所使用移动运营商的基站当中，然后再通过一系列固定电 线发送至用户的互联网服务供应商(ISP)，该ISP拥有云计算服务器； 

③该服务器中的内置系列模块，将通过技术手段来识别用户刚才说过的内容。

5、自然语言处理

自然语言处理（NLP），像计算机视觉技术一样，将各种有助于实现目标的多种技术进行了融合，实现人机间自然语言的通信。

自然语言处理技术原理：

①汉字编码词法分析； ②句法分析； ③语义分析； ④文本生成； ⑤语音识别；

6、智能机器人

智能机器人在生活中随处可见，扫地机器人、陪伴机器人……这些机器人不管是跟人语音聊天，还是自主定位导航行走、安防监控等，都离不开人工智能技术的支持。

智能机器人技术原理：

人工智能技术把机器视觉、自动规划等认知技术、各种传感器整合到机器人身上，使得机器人拥有判断、决策的能力，能在各种不同的环境中处理不同的任务。智能穿戴设备、智能家电、智能出行或者无人机设备其实都是类似的原理。

7、引擎推荐

淘宝、京东等商城，以及36氪等资讯网站，会根据你之前浏览过的商品、页面、搜索过的关键字推送给你一些相关的产品、或网站内容。这其实就是引擎推荐技术的一种表现。

Google为什么会做免费搜索引擎，目的就是为了搜集大量的自然搜索数据，丰富他的大数据数据库，为后面的人工智能数据库做准备。

引擎推荐技术原理：

推荐引擎是基于用户的行为、属性（用户浏览行为产生的数据），通过算法分析和处理，主动发现用户当前或潜在需求，并主动推送信息给用户的浏览页面。

五、未来人工智能应用领域的展望

除了上面的应用之外，人工智能技术肯定会朝着越来越多的分支领域发展。医疗、教育、金融、衣食住行等等涉及人类生活的各个方面都会有所渗透。

未来已来，顺应未来发展大势，让自己的企业具备应对未来发展环境的能力，这就是你最应该做的事情。希望大家能在读了本片文章后，能激发出更大的兴趣去了解、学习人工智能的知识，也许，下一步可以从《人工智能简史》开始。

六、课后作业

选择一种可识别文字的APP，试用其功能。