人工智能与科技智造创新实践

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本书是“人大附中北京经济技术开发区学校科技教育系列”之一 共五个主题十三章 主题一讲解人工智能的基本概念及其在各行业领域的应用 主题二讲解语音处理、自然语言处理的相关技术原理及配套智能硬件 主题三讲解计算机视觉的相关技术原理及配套智能硬件 主题四讲解大数据、规划决策、深度学习等领域的相关知识 主题五为产品大智造部分 引导学生运用所学知识进行智能产品设计 解决现实中的问题 本书完整覆盖了新课程标准中对“人工智能初步”课程的教学要求 已在人大附中北京经济技术开发区学校多个班级完整试用过 书中配套硬件均为开源硬件 软件以米思齐为主 无人工智能专业背景的教师也可讲授 本书配有工具包、教师资料和教学ＰＰＴ 提供全方位的教学服务 可方便学校一步到位开课

王教凯，男，中共党员，中学正高级教师，骨干教师，人大附中北京经济技术开发区学校党委书记、校长。2009年起任人大附中副校长，2016年至今任人大附中北京经济技术开发区学校党委书记、校长。2017年，被北京市大兴区评为“亦麒麟”第二届新创工程领军人才；2019年3月，参加教育部组织的“第61期全国中学骨干校长高级培训班”并担任班长；2019年10月，受教育部中小学校长培训中心邀请，参加“第14届国际校长联盟大会”并做会议主持；2020年入选首届大兴区“‘新国门’领军人才”。
王教凯在人大附中北京经济技术开发区学校，带领团队攻坚克难，出台了一系列独具特色的改革举措，学校由一所普通校一跃成为优质校，连续两年学校中高考成绩成为京城黑马，学校办学理念得到芬兰教育部高度认可。
王教凯在《中国教师报》《教育家》《未来教育家》《当代教育家》等刊物上发表20余篇文章。

前言
导读
主题一　走进人工智能
第一章　人工智能初识　
第一节　未来的智能生活　
第二节　什么是人工智能
第三节 人工智能的发展历程
本章小结　
章末评价
第二章　人工智能探究　
第一节　无处不在的人工智能　
第二节　人工智能的未来　
第三节　人工智能的挑战
本章小结　
章末评价
主题二　智能语音技术
第三章　听音辨声的奥秘　
第一节　人类是如何听说的
第二节　机器如何听懂人类语言

　　爱与尊重.让每个孩子都找到适合自己发展的教育道路.是人大附中北京经济技术开发区学校的办学理念.学校立足当下.面向未来.重视对学生品质生活以及技术创新能力的培育.学校在落实立德树人根本任务的要求下.以核心素养为中心.围绕学科基础、学科拓展、学科实践三个维度.纵向打破学段围栏.突出学科发展连续性.横向打破学科界限.从家国情怀、国际视野、科学素养、人文精神、技术创新和品质生活六个领域突出学科普遍联系性.结合学校育人文化和育人实践.依循文化课程自上而下、科艺体课程自下而上的路径构建了“以人为本、立体多彩、开放多元、组合灵活”的“人开三维六域魔力课程”体系(以下简称“魔力课程体系”).既为学生“德、智、体、美、劳”的全面发展提供了保障.也为学生的个性化发展提供了充足的选择空间.学校目前研发的９５门课程.犹如一个丰富而有序的课程大超市.每个学生结合个性特点可以自主选择.满足自身的兴趣、特长等个性化需求.
　　培养学生的科学素养、引领技术创新是我校课程体系的重要内容.２０１６年.我校王教凯校长进一步提出“教师队伍强、课程建设强、课堂教学强”.充分利用地处北京经济技术开发区的地域优势以及十二年一贯制办学模式的优势.以科技领先作为学校育人特色的建设目标.简称“三强两优一领先”建设目标.经过多年的探索与实践.我校也已形成基于科技创新“智”造活动为主要载体的科技教育整合实践体系.构建了融理论研究、动手实践、创新智造、交流分享、创意物化、知识产权转化于一体的十二年一贯制科创教育模式.
　　“人工智能与科技智造创新实践”课程的实施及配套图书的出版.秉承了我校科技创新“智”造活动的教育模式.是我校落实教育部最新指导意见.完善学校课程体系的重要环节.
　　.普通高中信息技术课程标准(２０１７年版).中提出要培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新和信息社会责任四大核心学科素养.让学生成为数字化时代的合格中国公民.
　　我校“魔力课程体系”中也提出要从三种角色上培养学生:健康自信、会生活懂技术的个人(品质生活、技术创新).有家国情怀和国际视野的社会参与者(家国情怀、国际视野).有科学素养和人文精神的终身学习者(人文精神、科学素养).
　　人工智能被认为是引领数字化时代的战略性技术.我校开设的“人工智能与科技智造创新实践”课程将通过培养学生掌握人工智能领域相关概念和技能、引导学生利用所学知识解决生活学习中的实际问题、启发学生对人工智能技术可能带来的社会热点问题进行辩证的思考等方面落实我校“魔力课程体系”提出的从三种角色上培养学生的要求及新课程标准中对学生四大核心学科素养的培养.
　　依照.普通高中信息技术课程标准(２０１７年版).中对“人工智能初步”模块的内容要求.以及人工智能领域本身的知识层次结构.本书第一、二章讲解人工智能的基本概念及其在各行业领域的应用.第三、四、五章讲解语音处理、自然语言处理的相关技术原理及配套智能硬件操作.第六、七、八章讲解计算机视觉的相关技术原理及配套智能硬件操作.第九、十、十一章讲解大数据、规划决策、深度学习等领域的相关知识.第十二、十三章为产品大智造部分.引导学生运用所学知识进行智能产品设计.解决现实中的问题.
　　为了帮助学生更好地理解人工智能领域的专业知识和技术原理.激发其学习兴趣.本书采用了类比讲解、融入计算思维方法、理论与实操相结合等多种方法.例如.在讲解隐马尔科夫模型(ＨＭＭ)时.书中借助“嫌疑犯的跟踪与预测”的案例类比帮助学生理解马尔可夫链、隐马尔科夫模型的概念.以及如何借助隐马尔科夫模型构建声学模型.在介绍阿尔法狗这个复杂的人工智能系统设计原理时.借助计算思维解决问题的原则.参考人类的学习过程.先把阿尔法狗的训练过程分解为四个阶段.每个阶段再根据“提出问题”“分析问题”“仿真建模”“模型训练”“方案实施”“总结迁移”六个模块分别介绍其设计原理.大大降低了同学们的理解难度.同时.本书还配套了语音交互及视频识别模块的开源硬件.引导学生借助计算思维解决问题的思路.运用所学人工智能领域软硬件知识.解决生活学习中遇到的实际问题.辅助学生作品物化及知识产权申请.让学生在学习知识的同时得到更全面的锻炼.
　　作为一本全新的试验性校本教材.有不当之处在所难免.欢迎大家提出批评和改进建议.今天.以.人工智能与科技智造创新实践.的出版为契机.希望能启发更多热爱科技的青少年爱好者.和我们一起投身于人工智能发展的伟大建设事业中!衷心希望.人工智能与科技智造创新实践.的出版能够让越来越多的青少年朋友掌握并应用人工智能技术.为提升青少年智能素质添砖加瓦.构建终身学习模式、提高创新智造能力.为创造更多造福全人类的智能产品奠定基础.
　　本书编委会２０２０年６月