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第1.3课《人工智能技术基础》教学设计
课题 人工智能技术基础 单元 第一单元 学科 信息技术 年级 八年级
核心素养目标 信息意识：能够了解人工智能三大技术基础（数据、算法、算力）的内涵，理清其在 AI 发展中的核心作用与关键地位。计算思维：能够学会分析数据、算法、算力的相互关系，通过 “深蓝”等案例理解算法演进规律，提升对 AI 技术逻辑的认知。数字化学习与创新：能够通过网络查找 AI 芯片算力资料、列举身边 AI 应用，用表格梳理三大技术基础，创新探究 AI 技术的实践方式。信息社会责任：能够认识到 AI 三大技术基础对国家战略的重要性，理解自主可控算力、算法创新在智能时代的责任与价值。
教学重点 能够了解人工智能三大技术基础（数据、算法、算力）的内涵，理清其在 AI 发展中的核心作用与关键地位。
教学难点 能够认识到 AI 三大技术基础对国家战略的重要性，理解自主可控算力、算法创新在智能时代的责任与价值。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 第1.3课 人工智能技术基础一、新知引入1、学习目标:通过对人工智能应用的分析，初步理解数据、算法和算力是人工智能三大技术基础，感受其对人工智能发展所起的作用;意识到核心技术对国家发展的重要战略作用。（播放视频） 你知道“城市大脑”中的数据是通过哪些途径采集到的 你知道CPU和GPU吗 两者在运算方面各有哪些优势 观视频思考数据采集与 CPU/GPU 差异 引导学生聚焦三大技术基础
讲授新课 新知讲解：从图像识别到刷脸支付，从语音识别到人机交互，人工智能的应用随处可见，影响着生活的方方面面。人工智能技术与应用的飞速发展，归功于推动其发展的三大要素:数据、算法、算力。一、数据从移动终端上的全球定位系统，到工厂生产线上每个工位的机械臂操作，再到在网购平台进行浏览与购物等，都会产生数据。过去，受数据收集、存储、处理等方面的限制，只能通过抽样等方式得到小部分的数据，作用有限。现在，随着智能终端和传感器的普及，产生和收集海量的数据，通过对这些数据进行分类整理，统计分析，从中获取更准确、更深层次的信息，从而不断挖掘数据背后的价值，为人类提供更好的服务。数据是人工智能的基础，有了足够的数据，人工智能就能不断学习和提高。例如城市的智慧交通管理系统，可以实现对交通流量的预测，交通网络的控制，密集车流的流导，如同交通领城的“大脑”，如图3-1所示。马路上安装的自动采集数据的设备，每时每刻都在记录人、车的通行数据，依据这些数据建立数据模型，实时分析城市交通流量，调整红绿灯间隔，编短车辆等待时间，提升城市道路的通行效率。二、算法算法是人工智能的核心，实现了从数据中发现规律，预测结果和决策的过程。想让计算机学会像人一样感知、思考和行动，具有类似人的智能，就要建立合适的算法。1997年5月，计算机“深蓝”以2:1的成绩战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫，表动一时。2016年3月，“阿尔法围棋”与围棋世界冠军，职业九段棋手李世石进行围棋人机大战，最终“阿尔法围棋”以4:1的总分获胜，如图3-2所示。“深蓝”计算机针对国际象棋采用了穷举搜索算法，该算法被用来帮助计算机在棋盘上寻找最佳的落子位置。而围棋是一个19X19的棋盘，使用穷举搜索法法无法在规定时间内得到每一步的最佳走法。“阿尔法围棋”使用了更加高效的搜索算法，这种算法能够对大量的随机对局进行模拟，快速评估每个可能的走法，并选择最优解。“阿尔法围棋”还利用了深度学习和强化学习等现代人工智能技术，使得其具有更强的学习能力和搜索效率，可以更好地应对围棋等复杂游戏的挑战。从“深蓝”到“阿尔法围棋”，正是人工智能算法不断发展的结果。知识链接穷举搜索算法 穷举搜索算法是一种通过枚举所有可能的情况来寻找最优解的方法。穷举搜索算法是将问题所有可能的解逐一列举出来，再逐个检验是否符合条件，最终找到正确答案。它逻辑简单、容易实现，能保证找到最优解，适合解空间较小的问题，如井字棋、简单密码验证等。但该算法效率较低，当问题规模变大时，计算量会急剧增加，耗时久、资源消耗大，是最基础的搜索算法，也为后续优化算法提供了思路。三、算力计算机的计算能力即算力。算力的大小代表着数据处理能力的强弱，是人工智能发展的动力。一直以来，中央处理器(CPU)的运算速度是衡量计算机性能的重要指标之一。我国在超级计算机方面发展迅速，自主研制的天河一、二号(如图3-3)，太湖·神威之光(如图3-4)的性能位居世界超算前列，成为继美国、日本之后第三个能独立设计和研制超级计算机的国家。人工智能在开始发展阶段使用的是通用的中央处理器芯片，根据当时的应用研究，其可以提供足够的计算能力。后来，随着视频、游戏等行业的发展，人们发现图形处理器(GPU)的并行计算特性恰好适应人工智能算法大数据并行计算的要求，于是尝试用图形处理器芯片进行人工智能的研究。随着人二智能应用的不断拓展，应用场景更加清晰，人们开始研发人工智能专用的芯片(AI芯片)。人工智能专用芯片成本低、性能高、功耗低，让大规模的数据处理数率得到提升，极大地促进了人工智能的发展。人工智能芯片同其他芯片一样，在国家经济发展、国家安全等各方面起着重要的作用，是实现自主可控技术和创新发展的关键之一。数据、算法、算力，构成人工智能的三大技术基础，相互影响，相互促进，缺一不可。随着三大关键技术的不断升级，未来，人工智能将为人类创造出更多可能。四、随堂作业1.上网查找资料，对比现在的人工智能芯片和“深蓝”计算机的算力大小。答： 1997 年 IBM “深蓝” 计算机算力为11.38 GFLOPS（每秒 113.8 亿次浮点运算），重 1.4 吨，靠 256 枚专用处理器并行计算IBM。现代 AI 芯片如 NVIDIA A100 GPU 的 FP32 算力达312 TFLOPS（约深蓝的 2742 倍），H100 GPU 的 FP8 算力更达4000 TFLOPS（约深蓝的 35 万倍），单芯片体积小、能效高，适配 AI 训练与推理场景。2.请列举身边的人工智能应用或产品，并探索它所涉及三大技术基础的具体情况。观看表格五、课堂练习完成课堂练习19-21页。七、拓展延伸1、人工智能学习路线（观看视频）2、算力发展历程3、穷举算法解析4、 AI 三大核心基础 列举身边数据采集场景，分析价值对比 “深蓝” 与 “阿尔法围棋” 算法分析算法适用场景与局限查找 AI 芯片与 “深蓝” 算力数据对比算力并列举 AI 应用技术构成完成 19-21 页课堂练习观看视频拓展知识 让学生理解数据核心作用帮助学生梳理算法演进规律深化对算法逻辑的认知让学生感知算力发展差距检验学生知识掌握程度巩固学生知识掌握程度拓宽学生认知边界
课后作业 1、探索国家中小学智慧教育平台拓展资源，用护眼方法完成一次线上学习，记录收获与感受。 布置作业 拓展学生的学习能力
课堂板书 观看板书 强调教学重点内容。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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第一单元 第3节
人工智能技术基础
（浙教版）八年级
下
1
核心素养目标
3
新知讲解
5
拓展延伸
7
板书设计
2
新知导入
4
课堂练习
6
课堂总结
课后作业
8
01
核心素养目标
信息意识
计算思维
数字化学习与创新
信息社会责任
能够认识到 AI 三大技术基础对国家战略的重要性，理解自主可控算力、算法创新在智能时代的责任与价值。
能够通过网络查找 AI 芯片算力资料、列举身边 AI 应用，用表格梳理三大技术基础，创新探究 AI 技术的实践方式。
能够学会分析数据、算法、算力的相互关系，通过 “深蓝”等案例理解算法演进规律，提升对 AI 技术逻辑的认知。
能够了解人工智能三大技术基础（数据、算法、算力）的内涵，理清其在 AI 发展中的核心作用与关键地位。
03
新知讲解
第三节：人工智能技术基础
学习目标
通过对人工智能应用的分析，初步理解数据、算法和算力是人工智能三大技术基础，感受其对人工智能发展所起的作用;意识到核心技术对国家发展的重要战略作用。
03
新知讲解
第三节：人工智能技术基础
03
新知讲解
你知道“城市大脑”中的数据是通过哪些途径采集到的
你知道CPU和GPU吗 两者在运算方面各有哪些优势
03
新知讲解
从图像识别到刷脸支付，从语音识别到人机交互，人工智能的应用随处可见，影响着生活的方方面面。人工智能技术与应用的飞速发展，归功于推动其发展的三大要素:数据、算法、算力。
03
新知讲解
一、数据
从移动终端上的全球定位系统，到工厂生产线上每个工位的机械臂操作，再到在网购平台进行浏览与购物等，都会产生数据。过去，受数据收集、存储、处理等方面的限制，只能通过抽样等方式得到小部分的数据，作用有限。现在，随着智能终端和传感器的普及，产生和收集海量的数据，通过对这些数据进行分类整理，统计分析，从中获取更准确、更深层次的信息，从而不断挖掘数据背后的价值，为人类提供更好的服务。
03
新知讲解
数据是人工智能的基础，有了足够的数据，人工智能就能不断学习和提高。例如城市的智慧交通管理系统，可以实现对交通流量的预测，交通网络的控制，密集车流的流导，如同交通领城的“大脑”，如图3-1所示。马路上安装的自动采集数据的设备，每时每刻都在记录人、车的通行数据，依据这些数据建立数据模型，实时分析城市交通流量，调整红绿灯间隔，编短车辆等待时间，提升城市道路的通行效率。
03
新知讲解
二、算法
算法是人工智能的核心，实现了从数据中发现规律，预测结果和决策的过程。想让计算机学会像人一样感知、思考和行动，具有类似人的智能，就要建立合适的算法。
03
新知讲解
1997年5月，计算机“深蓝”以2:1的成绩战胜了国际象棋世界冠军卡斯帕罗夫，表动一时。2016年3月，“阿尔法围棋”与围棋世界冠军，职业九段棋手李世石进行围棋人机大战，最终“阿尔法围棋”以4:1的总分获胜，如图3-2所示。
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新知讲解
“深蓝”计算机针对国际象棋采用了穷举搜索算法，该算法被用来帮助计算机在棋盘上寻找最佳的落子位置。而围棋是一个19X19的棋盘，使用穷举搜索法法无法在规定时间内得到每一步的最佳走法。“阿尔法围棋”使用了更加高效的搜索算法，这种算法能够对大量的随机对局进行模拟，快速评估每个可能的走法，并选择最优解。“阿尔法围棋”还利用了深度学习和强化学习等现代人工智能技术，使得其具有更强的学习能力和搜索效率，可以更好地应对围棋等复杂游戏的挑战。从“深蓝”到“阿尔法围棋”，正是人工智能算法不断发展的结果。
03
新知讲解
知识链接
穷举搜索算法
穷举搜索算法是一种通过枚举所有可能的情况来寻找最优解的方法。
穷举搜索算法是将问题所有可能的解逐一列举出来，再逐个检验是否符合条件，最终找到正确答案。它逻辑简单、容易实现，能保证找到最优解，适合解空间较小的问题，如井字棋、简单密码验证等。但该算法效率较低，当问题规模变大时，计算量会急剧增加，耗时久、资源消耗大，是最基础的搜索算法，也为后续优化算法提供了思路。
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新知讲解
三、算力
计算机的计算能力即算力。算力的大小代表着数据处理能力的强弱，是人工智能发展的动力。一直以来，中央处理器(CPU)的运算速度是衡量计算机性能的重要指标之一。我国在超级计算机方面发展迅速，自主研制的天河一、二号(如图3-3)，太湖·神威之光(如图3-4)的性能位居世界超算前列，成为继美国、日本之后第三个能独立设计和研制超级计算机的国家。
03
新知讲解
人工智能在开始发展阶段使用的是通用的中央处理器芯片，根据当时的应用研究，其可以提供足够的计算能力。后来，随着视频、游戏等行业的发展，人们发现图形处理器(GPU)的并行计算特性恰好适应人工智能算法大数据并行计算的要求，于是尝试用图形处理器芯片进行人工智能的研究。随着人二智能应用的不断拓展，应用场景更加清晰，人们开始研发人工智能专用的芯片(AI芯片)。人工智能专用芯片成本低、性能高、功耗低，让大规模的数据处理数率得到提升，极大地促进了人工智能的发展。人工智能芯片同其他芯片一样，在国家经济发展、国家安全等各方面起着重要的作用，是实现自主可控技术和创新发展的关键之一。
03
新知讲解
数据、算法、算力，构成人工智能的三大技术基础，相互影响，相互促进，缺一不可。随着三大关键技术的不断升级，未来，人工智能将为人类创造出更多可能。
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新知讲解
随堂练习
1.上网查找资料，对比现在的人工智能芯片和“深蓝”计算机的算力大小。
1997 年 IBM “深蓝” 计算机算力为11.38 GFLOPS（每秒 113.8 亿次浮点运算），重 1.4 吨，靠 256 枚专用处理器并行计算IBM。现代 AI 芯片如 NVIDIA A100 GPU 的 FP32 算力达312 TFLOPS（约深蓝的 2742 倍），H100 GPU 的 FP8 算力更达4000 TFLOPS（约深蓝的 35 万倍），单芯片体积小、能效高，适配 AI 训练与推理场景。
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新知讲解
随堂练习
2.请列举身边的人工智能应用或产品，并探索它所涉及三大技术基础的具体情况。
应用/产品 三大技术基础
数据 算法 算力
手机人脸解锁 面部五官、轮廓特征数据 人脸识别算法、特征匹配算法 手机芯片 NPU 提供算力
短视频智能推荐 观看时长、点赞、收藏等行为数据 协同过滤算法、推荐算法 服务器 GPU 集群算力
04
课堂练习
一、选择题
1、击败国际象棋冠军的 “深蓝” 属于（ ）
A. 专用计算机 B. 手机 AI 芯片
C. 云端服务器 D. 个人电脑
2、人工智能三大技术基础不包括（ ）
A. 数据 B. 算法
C. 算力 D. 显示器
A
D
04
课堂练习
3、穷举搜索算法的核心是（ ）
A. 逐一尝试所有可能 B. 直接得出最优解
C. 效率极高 D. 跳过部分解
4、相比 “深蓝”，现代 AI 芯片的特点是（ ）
A. 算力更强、体积更小 B. 算力更低
C. 仅能下象棋 D. 功耗更高
A
A
04
课堂练习
二、判断题
1、现代 AI 芯片算力远高于 “深蓝” 计算机。（ ）
2、数据、算法、算力是 AI 的三大技术基础。（ ）
3、穷举算法会漏掉问题的可行解。（ ）
4、“深蓝” 依靠强大算力完成对弈计算。（ ）
5、手机中的 NPU 属于 AI 算力芯片。（ ）
√
X
√
√
√
05
拓展延伸
人工智能学习路线
05
拓展延伸
算力发展历程
从 “深蓝” 巨型计算机到现代 AI 芯片，算力实现跨越式提升。“深蓝” 体积庞大、算力有限，仅服务国际象棋对弈；如今手机 NPU、云端 GPU 算力远超前者，体积更小、能效更高，支撑各类 AI 应用落地。
05
拓展延伸
穷举算法解析
穷举算法是基础的 AI 搜索算法，通过逐一尝试所有可能解来找到答案。它逻辑简单、结果可靠，适合小规模问题，但问题规模扩大后效率会大幅降低，是理解基础算法的重要案例。
05
拓展延伸
AI 三大核心基础
数据、算法、算力是人工智能的三大核心支柱。数据是 AI 的学习素材，算法是处理逻辑，算力是运行保障，三者相互配合、缺一不可，共同支撑起所有人工智能应用的实现与发展。
08
板书设计
人工智能技术基础
一、数据
二、算法
三、算力
课后作业:
1、探索国家中小学智慧教育平台拓展资源，用护眼方法完成一次线上学习，记录收获与感受。
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