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中小学教育资源及组卷应用平台
第9课 人工智能发展
课题 第10课 人工智能畅想 单元 第二单元 学科 信息技术 年级 九年级
教材分析 教材首先介绍了人工智能的基本概念，为后续内容奠定了基础。接着，通过多个章节，详细探讨了人工智能在各个领域的应用场景，如医疗、交通、环境监测等。在每个场景中，都结合具体案例进行分析，使读者能够更直观地理解人工智能的实际应用。最后，教材以水质监测为例，详细介绍了智能化无人船的设计原理和实现过程。。
学习目标 实践意识：通过对智能环保系统的畅想、设计和规划，学生学习如何面对各种实际问题，并通过创新思维来提出解决方案。这种实践意识能够帮助学生提高问题解决能力，并培养创新思维。学生需要不断尝试新的方法和技术，优化系统设计和产品方案。这种实践意识有助于培养学生的探索精神和创新能力。社会责任：在对智能环保系统的畅想中，学生需要思考如何运用技术来解决社会问题，如环境保护、资源利用等。这种实践能够帮助学生更好地理解技术与社会的关系，并意识到技术对社会发展的重要影响。学生需要关注智能环保系统的社会影响，包括对环境、经济、社会等方面的影响。这种实践意识有助于培养学生的社会责任感和使命感。
重点 深入探讨人工智能在不同领域中的应用场景。如何根据具体的应用场景设计合理的系统架构；理解和掌握人工智能在实际应用中的实现过程。
难点 技术复杂性：人工智能领域涉及的技术和算法往往比较复杂，需要学生具备一定的数学和编程基础。因此，对于一些基础薄弱的学生来说，理解和掌握这些技术可能会存在一定的难度。应用场景的多样性：人工智能的应用场景非常广泛，每个场景都有其独特的需求和挑战。如何根据不同的场景设计出合适的系统架构和解决方案，需要学生具备灵活的思维和丰富的实践经验。这也是一个比较难以掌握的点。未来发展趋势的把握：人工智能是一个快速发展的领域，新的技术和应用不断涌现。如何准确把握未来发展趋势，将最新的技术和理念融入到教学中，也是教师需要面对的一个难点。同时，这也要求学生具备敏锐的观察力和持续学习的能力。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 通过视频播放，让学生了解畅想的未来你熟悉的生态环境保护工作有何不足 人工智能是否可以助力智能环境监测和管理 监测手段有限：传统的环境监测方法往往依赖人工采样和分析，这种方式不仅耗时耗力，而且可能因人为因素导致数据不准确。数据处理能力不足：大量的环境监测数据需要高效的处理和分析，但目前的数据处理能力往往无法满足这一需求，导致数据价值无法充分发挥。预警和响应机制不完善：对于突发的环境问题，如污染事件或生态灾害，现有的预警和响应机制往往反应不够迅速，难以有效应对。人工智能可以助力智能环境监测和管理。在环境监测方面，人工智能可以通过传感器网络和监测设备收集环境数据，并结合机器学习算法进行数据处理和分析，从而实现对环境参数的实时监测和数据采集。这种技术可以及时获取环境质量、空气污染、水质变化等信息，有助于提前预警环境风险，指导环境管理和决策，并及时采取相应的措施。2. 要设计一个智能系统,你觉得需要哪些学科的知识和技能 观看畅想的未来的视频学生讨论问题，举手回答问题 帮助学生了解人工智能能给我们带来什么。通过提问的方式让学生从现实生活中去体会人工智能发展现状以及对行业的帮助变化。打开课堂
讲授新课 人工智能技术快速发展，数据和算力资源日益丰富，应用场景不断拓新，为开展人工智能场景创新奠定了坚实基础。生态环境保护既是发展问题，也是民生问题。随着云计算、大数据、人工智能等技术的不断发展，人们迫切需要利用新技术破解生态环境保护难题，助力改善生态环境质量。 智慧环保将互联互通、协调一致的理念与生态环境多元感知技术和人工智能技术相结合，实现治理工具智能化和治理决策科学化，搭建“智慧环保系统”,提升环境管理精细化与智慧化水平。全班同学分成若干小组，组内明确分工，协同工作，包括资料搜集、应用畅想、方案策划和创意表达等。头脑风暴阶段可体验在线会议，使用思维导图在线协同。一、场景应用畅想智能环保系统构建起生态环境“大监测”,通过环境实时感知监测监控系统。1.大气环境管理。采集各类大气检测数据、视频数据，实现对空气质量、挥发性有机物、颗粒物、餐饮油烟、扬尘等的全面监测监管。通过多源数据的交互应用，发现影响大气环境质量的污染源头，提升区域大气环境监管水平。2.水环境管理。对地表水、地下水和城市黑臭水体等水质监测，明确水质变化情况。可利用遥感遥测技术，主动识别海洋污染，研判水质情况及变化趋势。3.污染源管理。对排污企业进行监管，使用无人机、卫星航拍、高空视频监控等手段，实现全方位物联监控和多维度精准预警。通过在线协作平台进行头脑风暴，小组讨论智能环保系统在典型业务场景中应具有的功能及技术手段。。表10-1 典型业务应用场景特定场景应具有的功能设备或技术手段涉及的学科要素分析安全因素分析工业排放监测、城市垃圾管理、自然生态保护、水资源管理实时监测、数据分析、预警预测、决策支持传感器网络、大数据分析、机器学习算法、物联网技术计算机科学、环境科学、数学、工程学、计算机科学、环境科学、数学、工程学二、系统架构设计1.生态环境感知网络使用传感器、物联网、5G、卫星定位等技术，采集空气、地表水、污染源、辐射等环境信息，对采集的各种环境信息进行智能诊断、分析、预警等，实现覆盖水、气、声、渣、辐射等的一体化生态环境检测传输网。2.数据资源中心使用高性能计算分析，对跨地域、跨行业的海量生态环境业务数据进行有效的整合、存储、分析、管理，实现数据全面互联共享，为智慧应用提供数据支撑。3.智慧应用通过全面整合的环境数据资源，构建生态环境大屏可视化展示，实时动态反映环境质量状况及变化趋势，对目标未达成的情况进行动态预警并进行影响成因分析。将各类监测报警、分析预警、环保举报等信息统一接入系统，进行智能研判分析，生成相应的环境处置任务事件，对其进行统一管理并实现智能化支持，为环保部门进行环境治理提供决策依据4.用户根据用户的属性(如政府用户、企业用户、个人用户等)分别定制不同的个性化展示内容，提供个人工作台、消息推送等功能。图1 智能环保系统架构设计通过在线协作平台进行头脑风暴，小组讨论针对不同用户可开发的APP名称及具体功能描述表10-2 讨论记录表用户APP名称功能环保爱好者和关心环境质量的公众EcoGuard实时监测与数据展示环保知识普及环保行动指南社区互动与分享环保挑战与激励三、智能检测产品设计以水质监测为例，设计智能化无人船，能及时抵达浅水区域和污染地带等具有危险的水域，实现航路规划、自主航行、水质实时监视和检测、图像采集和检测、污水处理、远程监控等功能。1.智能产品功能模块设备按功能可划分为三个模块:负责自动巡航、定位和无线通信服务的无人船端;负责对水质、生态环境等各种综合数据的采集与分析，对水质处理剂投入、进行远程监测和调控的地上终端;负责网络通信、数据存储、信息管理的云服务器平台。2.智能产品技术基础展望无人船的人工智能算法需更好的可解释性，向无监督学习领域发展，提高自身的自主学习能力，能适应更多复杂场景。人工智能算法所使用的数据集内容更专业化、多维化和精细化。小组成员分别完成各个模块的详细设计方案。进一步分析智能化无人船各个模块的设计指标、性能指标;制定各个模块的硬件方案和软件方案。小组内协同完成技术方案文件，选择合适的方式进行发布。小组分享，方案评估，论证展示，客观评价，并思考后续完善的方向。表10-3 方案评价表评价条目说明评分(1-10分)评分主要依据后续完善方向方案设计场景设置合理，软硬件方案制定有据，系统简介清晰，关注项目安全性。支撑材料支撑材料科学、可靠、丰富，能够很好地支撑方案论证。论证过程表述简明扼要，内在逻辑关系清晰。后续建议面对人工智能的发展，能提出理性而有价值的完善建议。 学生认真学习并掌握相关知识，了解人工智能技术的重要性全班同学分成若干小组，组内明确分工，协同工作搭建“智慧环保系统”,了解AI智能的实际应用场景让学生了解人工智能与各种行业的结合，如医疗、教育、制造、金融等。这种结合带来了许多创新 提升了各行各业的效率的同时也改变了我们的生活方式。学生完成讨论记录表完成设计方案和方案评价表学生了解人工智能未来人归纳总结人工智能应用纪录老师讲解重点。 了解人工智能技术畅想的应用场景，所需学科内容培养学生沟通职业整合能力、资源查阅整合能力、团队协作能力等开拓学生视野，了解人工智能发展现状开拓学生视野，了解人工智能系统设计培养学生团队沟通、创新能力开拓学生思维，让学生紧跟科技热点培养学生信息收集归纳能力、表达叙述能力等
课堂练习 随堂练习通过在线协作平台进行头脑风暴，小组讨论智能环保系统在典型业务场景中应具有的功能及技术手段。完成典型业务应用场景表通过在线协作平台进行头脑风暴，小组讨论针对不同用户可开发的APP名称及具体功能描述。完成讨论记录表小组成员分别完成各个模块的详细设计方案。 完成技术方案和方案评估表 通过查阅相关资料，制作电子作品，与同学分享。 锻炼学生查阅资料分析总结、信息处理、演讲表达等能力
课堂小结 本堂课通过在线协作平台进行头脑风暴，小组讨论智能环保系统在典型业务场景中应具有的功能及技术手段。完成典型业务应用场景表通过在线协作平台进行头脑风暴，小组讨论针对不同用户可开发的APP名称及具体功能描述。完成讨论记录表小组成员分别完成各个模块的详细设计方案。 完成技术方案和方案评估表，而人工智能计算平台则是一种能够快速高效地进行大规模并行计算的软件和硬件环境。 分组总结归纳 锻炼学生的总结能力，加强逻辑思维和语言表达能力
板书 人工智能发展知识点一、场景畅想二、系统架构设计三、智能检测产品设计二、人工智能发展畅想
随堂练习通过在线协作平台进行头脑风暴，小组讨论智能环保系统在典型业务场景中应具有的功能及技术手段。完成典型业务应用场景表通过在线协作平台进行头脑风暴，小组讨论针对不同用户可开发的APP名称及具体功能描述。完成讨论记录表小组成员分别完成各个模块的详细设计方案。 完成技术方案和方案评估表 根据知识点学习相应内容，完成相应随堂练习 明确教学内容及重点和难点
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第10课 人工智能畅想
浙教版九年级上册
内容总览
教学目标
01
新知导入
02
新知讲解
03
随堂练习
04
拓展延伸
05
课堂总结
06
目录
教学目标
实践意识：
通过对智能环保系统的畅想、设计和规划，学生学习如何面对各种实际问题，并通过创新思维来提出解决方案。这种实践意识能够帮助学生提高问题解决能力，并培养创新思维。
学生需要不断尝试新的方法和技术，优化系统设计和产品方案。这种实践意识有助于培养学生的探索精神和创新能力。
教学目标
社会责任：
在对智能环保系统的畅想中，学生需要思考如何运用技术来解决社会问题，如环境保护、资源利用等。这种实践能够帮助学生更好地理解技术与社会的关系，并意识到技术对社会发展的重要影响。
学生需要关注智能环保系统的社会影响，包括对环境、经济、社会等方面的影响。这种实践意识有助于培养学生的社会责任感和使命感。
新知导入
人工智能时代已然到来，让我们共同畅想2050年在人工智能驱动下的世界将会是怎样一幅图景。
新知导入
新知导入
1. 你熟悉的生态环境保护工作有何不足 人工智能是否可以助力智能环境监测和管理
2. 要设计一个智能系统,你觉得需要哪些学科的知识和技能
新知导入
我们熟悉的语音识别和图像识别在应用中存在以下安全隐患：
生态环境保护工作在当前虽然取得了一定成效，但仍存在一些不足之处。以下是一些常见的不足之处：
3
2
1
预警和响应机制不完善
监测手段有限
数据处理能力不足
新知导入
我们熟悉的语音识别和图像识别在应用中存在以下安全隐患：
人工智能可以助力智能环境监测和管理。
在环境监测方面，人工智能可以通过传感器网络和监测设备收集环境数据，并结合机器学习算法进行数据处理和分析，从而实现对环境参数的实时监测和数据采集。这种技术可以及时获取环境质量、空气污染、水质变化等信息，有助于提前预警环境风险，指导环境管理和决策，并及时采取相应的措施。
在环境管理方面，人工智能可以提供对环境污染源的智能识别和追踪，从而帮助环保部门更好地掌握污染源的情况。此外，人工智能还可以实现对环境治理方案的智能优化和推荐，为政府和企业提供决策支持和指导，促进环境保护的实施。
新知导入
要设计一个智能系统,需要以下学科的知识和技能：
构建智能系统的架构、开发高效的算法和确保系统安全
计算机科学
确保系统的公正性和透明性
伦理学与法律
自动适应、预测和决策的智能系统
人工智能与机器学习
系统架构设计、项目管理、测试与验证以及系统集成
工程学
训练机器学习模型、监控系统性能以及优化决策过程
数据科学
理解算法的工作原理，并开发新的优化方法
数学
新知讲解
相关知识
畅想未来智能场景
设计未来智能产品
新知讲解
人工智能技术快速发展，数据和算力资源日益丰富，应用场景不断拓新，为开展人工智能场景创新奠定了坚实基础。生态环境保护既是发展问题，也是民生问题。随着云计算、大数据、人工智能等技术的不断发展，人们迫切需要利用新技术破解生态环境保护难题，助力改善生态环境质量。
智慧环保将互联互通、协调一致的理念与生态环境多元感知技术和人工智能技术相结合，实现治理工具智能化和治理决策科学化，搭建“智慧环保系统”,提升环境管理精细化与智慧化水平。
亲身体验
全班同学分成若干小组，组内明确分工，协同工作，包括资料搜集、应用畅想、方案策划和创意表达等。头脑风暴阶段可体验在线会议，使用思维导图在线协同。
新知讲解
智能环保系统构建起生态环境“大监测”,通过环境实时感知监测监控系统。
1.大气环境管理。采集各类大气检测数据、视频数据，实现对空气质量、挥发性有机物、颗粒物、餐饮油烟、扬尘等的全面监测监管。通过多源数据的交互应用，发现影响大气环境质量的污染源头，提升区域大气环境监管水平。
一、场景应用畅想
新知讲解
2.水环境管理。对地表水、地下水和城市黑臭水体等水质监测，明确水质变化情况。可利用遥感遥测技术，主动识别海洋污染，研判水质情况及变化趋势。
3.污染源管理。对排污企业进行监管，使用无人机、卫星航拍、高空视频监控等手段，实现全方位物联监控和多维度精准预警。
一、场景应用畅想
亲身体验
通过在线协作平台进行头脑风暴，小组讨论智能环保系统在典型业务场景中应具有的功能及技术手段。
表10-1 典型业务应用场景 特定场景 应具有的功能 设备或技术手段 涉及的学科要素分析 安全因素分析
工业排放监测、 城市垃圾管理、 自然生态保护、 水资源管理 实时监测、 数据分析、 预警预测、 决策支持 传感器网络、 大数据分析、 机器学习算法、 物联网技术 计算机科学、 环境科学、 数学、 工程学、 计算机科学、
环境科学、
数学、
工程学
新知讲解
1.生态环境感知网络
使用传感器、物联网、5G、卫星定位等技术，采集空气、地表水、污染源、辐射等环境信息，对采集的各种环境信息进行智能诊断、分析、预警等，实现覆盖水、气、声、渣、辐射等的一体化生态环境检测传输网。
二、系统架构设计
新知讲解
2.数据资源中心
使用高性能计算分析，对跨地域、跨行业的海量生态环境业务数据进行有效的整合、存储、分析、管理，实现数据全面互联共享，为智慧应用提供数据支撑。
二、系统架构设计
新知讲解
3.智慧应用
通过全面整合的环境数据资源，构建生态环境大屏可视化展示，实时动态反映环境质量状况及变化趋势，对目标未达成的情况进行动态预警并进行影响成因分析。将各类监测报警、分析预警、环保举报等信息统一接入系统，进行智能研判分析，生成相应的环境处置任务事件，对其进行统一管理并实现智能化支持，为环保部门进行环境治理提供决策依据。
二、系统架构设计
新知讲解
4.用户
根据用户的属性(如政府用户、企业用户、个人用户等)分别定制不同的个性化展示内容，提供个人工作台、消息推送等功能。
二、系统架构设计
新知讲解
二、系统架构设计
亲身体验
通过在线协作平台进行头脑风暴，小组讨论针对不同用户可开发的APP名称及具体功能描述。
表10-2 讨论记录表 用户 APP名称 功能
环保爱好者和关心环境质量的公众 EcoGuard 实时监测与数据展示
环保知识普及
环保行动指南
社区互动与分享
环保挑战与激励
新知讲解
以水质监测为例，设计智能化无人船，能及时抵达浅水区域和污染地带等具有危险的水域，实现航路规划、自主航行、水质实时监视和检测、图像采集和检测、污水处理、远程监控等功能。
三、智能检测产品设计
新知讲解
1.智能产品功能模块
设备按功能可划分为三个模块:负责自动巡航、定位和无线通信服务的无人船端;负责对水质、生态环境等各种综合数据的采集与分析，对水质处理剂投入、进行远程监测和调控的地上终端;负责网络通信、数据存储、信息管理的云服务器平台。
三、智能检测产品设计
新知讲解
2.智能产品技术基础展望
无人船的人工智能算法需更好的可解释性，向无监督学习领域发展，提高自身的自主学习能力，能适应更多复杂场景。人工智能算法所使用的数据集内容更专业化、多维化和精细化。
三、智能检测产品设计
实际演练
小组成员分别完成各个模块的详细设计方案。进一步分析智能化无人船各个模块的设计指标、性能指标;制定各个模块的硬件方案和软件方案。小组内协同完成技术方案文件，选择合适的方式进行发布。小组分享，方案评估，论证展示，客观评价，并思考后续完善的方向。
实际演练
智能化无人船技术方案
一、设备模块设计
二、软硬件环境设计
三、智能化技术应用
四、安全方案构想
实际演练
表10-3 方案评价表 评价条目 说明 评分(1-10分) 评分主要依据 后续完善方向
方案设计 场景设置合理，软硬件方案制定有据，系统简介清晰，关注项目安全性。
支撑材料 支撑材料科学、可靠、丰富，能够很好地支撑方案论证。
论证过程 表述简明扼要，内在逻辑关系清晰。
后续建议 面对人工智能的发展，能提出理性而有价值的完善建议。
随堂练习
思考设计的产品有可能存在的安全风险。
拓展延伸
曾经OpenAI的联合创始人马斯克，面对AI他会有着怎么样的思考？
拓展延伸
课堂总结
在这堂充满创意与探索的课程中，我们深入探讨了人工智能在不同场景中的应用，并具体以水质监测为例，设计了一款智能化无人船。这不仅仅是一次技术的学习，更是一次对未来科技发展的畅想。
课堂总结
在畅想AI应用的同时，我们也深入探讨了系统架构的设计。一个成功的AI应用，离不开合理的系统架构支持。我们学习了如何根据应用场景的需求，设计出高效、稳定、可扩展的系统架构。这包括数据收集、处理、分析、决策等多个环节的设计和优化。只有这些环节协同工作，才能确保AI应用的顺利运行。
课堂总结
作为本堂课的重点，我们还以水质监测为例，设计了一款智能化无人船。这款无人船集成了多种传感器和AI算法，能够自主巡航、自动采样、实时分析水质数据，并将结果实时传输到云端平台。通过这款无人船，我们可以实现对水域的快速、准确、全面的监测，为保护水资源提供有力支持。
课堂总结
通过这堂课的学习，我们不仅掌握了相关的知识和技能，更激发了对未来科技发展的无限憧憬。人工智能作为引领未来发展的关键力量，将为我们创造更加美好的未来。同时，我们也意识到，在追求科技进步的同时，我们也应该关注其对社会、环境等方面的影响，确保科技的可持续发展。
板书设计
人工智能畅想
知识点
一、场景畅想
二、系统架构设计
三、智能检测产品设计
随堂练习
通过在线协作平台进行头脑风暴，小组讨论智能环保系统在典型业务场景中应具有的功能及技术手段。完成典型业务应用场景表
通过在线协作平台进行头脑风暴，小组讨论针对不同用户可开发的APP名称及具体功能描述。完成讨论记录表
小组成员分别完成各个模块的详细设计方案。 完成技术方案和方案评估表
谢谢
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