資源簡(jiǎn)介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
第30課 生命游戲的算法 教學(xué)設(shè)計(jì)
課題 生命游戲的算法 單元 第八單元 學(xué)科 信息科技 年級(jí) 五年級(jí)
教材分析 【學(xué)情分析】人工智能正逐步走進(jìn)我們的生活。在各種各樣的人工智能應(yīng)用中，算法起到了關(guān)鍵的作用。人工智能中的算法是實(shí)現(xiàn)各種智能功能的核心，它們通過(guò)分析和處理數(shù)據(jù)，為社會(huì)生活帶來(lái)更多的便利和創(chuàng)新。人工智能算法能夠通過(guò)分析大量數(shù)據(jù)，進(jìn)行自主決策和預(yù)測(cè)。例如，在智能家居中，算法可以根據(jù)用戶的歷史行為和習(xí)慣，自動(dòng)調(diào)整與控制智能冰箱、智能電視、智能洗衣機(jī)、智能燈具、智能廚具等家居設(shè)備的設(shè)置，提高使用的舒適性和便捷性。圖像識(shí)別、語(yǔ)音識(shí)別等算法使得人工智能系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確地識(shí)別圖像中的物體、人物以及語(yǔ)音中的指令，便于進(jìn)一步的處理與控制。這些算法在安全防范、醫(yī)療健康、自動(dòng)駕駛、工業(yè)生產(chǎn)、農(nóng)業(yè)種植等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。例如，廣泛使用的人臉識(shí)別、物體檢測(cè)等，都是通過(guò)圖像識(shí)別算法實(shí)現(xiàn)的。自然語(yǔ)言處理算法使得人工智能系統(tǒng)能夠理解和生成自然語(yǔ)言文本，從而實(shí)現(xiàn)智能客服、智能翻譯等功能，提高了人機(jī)交互的效率，使人們能夠自然地與機(jī)器人聊天。各種優(yōu)化與搜索算法，在人工智能中用于解決各種優(yōu)化問題和尋找最優(yōu)解，在機(jī)器人路徑規(guī)劃、物流管理等方面發(fā)揮著重要作用。生成式人工智能是一種可以生成新的創(chuàng)意內(nèi)容的算法，包括文本、圖像、音頻、視頻等各類作品。生成式人工智能模型基于大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，通過(guò)學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的模式并使用這些模式生成新的輸出。生成式人工智能正在加速工作與創(chuàng)新的進(jìn)程，帶來(lái)更多自動(dòng)化服務(wù)，提高社會(huì)生產(chǎn)力，推動(dòng)社會(huì)的進(jìn)步。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展與創(chuàng)新應(yīng)用，新的算法和模型將不斷涌現(xiàn)，為人工智能的應(yīng)用提供更加廣闊的發(fā)展空間。在前面的學(xué)習(xí)中，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)了很多算法，本單元從應(yīng)用的角度，引導(dǎo)學(xué)生了解人工智能領(lǐng)域中一些算法的初步知識(shí)?！緝?nèi)容結(jié)構(gòu)】
學(xué)習(xí)目標(biāo) 1. 信息意識(shí)：在問題求解過(guò)程中，有意識(shí)地尋求恰當(dāng)?shù)乃惴ń鉀Q問題，嘗試?yán)盟惴ń鉀Q現(xiàn)實(shí)生活中的問題。2. 計(jì)算思維：驗(yàn)證解決方案，反思問題解決的過(guò)程和方法，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化。3. 數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新：按照任務(wù)需求，運(yùn)用信息科技獲取、加工、管理學(xué)習(xí)資源，開展數(shù)字化探究和創(chuàng)新活動(dòng)。4. 信息社會(huì)責(zé)任：初步具備數(shù)據(jù)安全防護(hù)能力，能保護(hù)個(gè)人及他人隱私，自覺維護(hù)網(wǎng)絡(luò)安全和數(shù)據(jù)安全。
重點(diǎn) 生命游戲中的算法規(guī)則。
難點(diǎn) 生命游戲中的算法規(guī)則。
教學(xué)過(guò)程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖
激趣導(dǎo)入 【趣味故事】在遙遠(yuǎn)的數(shù)字王國(guó)里，有一片神秘的土地。在這片土地上，生活著一群特殊的 “居民”。它們沒有實(shí)體的身體，卻有著自己的生存法則。有一天，一個(gè)勇敢的小數(shù)字探險(xiǎn)家來(lái)到了這片土地，他發(fā)現(xiàn)這些 “居民” 的生活方式非常奇特，它們的誕生、繁衍和消亡都遵循著一套神秘的規(guī)律。同學(xué)們，你們想不想知道這個(gè)規(guī)律是什么？【建構(gòu)】這個(gè)規(guī)律就是我們今天要學(xué)習(xí)的生命游戲算法。讓我們跟隨小數(shù)字探險(xiǎn)家的腳步，一起去揭開這個(gè)神秘算法的秘密 。 思考、注意 吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，引發(fā)學(xué)生思考。
學(xué)習(xí)活動(dòng) 【學(xué)習(xí)活動(dòng)1】一、生命游戲中的算法規(guī)則最初的生命游戲模擬的是一種原始形態(tài)的“生命”如何按照特定的規(guī)則一代接一代地進(jìn)行演化，并由此得名。在生命游戲中，有很多小方塊，每個(gè)小方塊都有兩種狀態(tài)。我們可以把這些小方塊看作是燈泡，兩種狀態(tài)分別對(duì)應(yīng)著燈泡的“點(diǎn)亮”或“熄滅”。游戲開始時(shí)，在一個(gè)平面網(wǎng)格中，可以設(shè)置若干個(gè)點(diǎn)亮的燈泡，表示原始狀態(tài)的“初始構(gòu)型”，下圖所示就是一個(gè)初始構(gòu)型的例子。接著設(shè)定表示進(jìn)化的“代”數(shù)，這兩個(gè)部分構(gòu)成算法的輸入。生命游戲的算法規(guī)則（即進(jìn)化規(guī)則）可以歸納為兩條。規(guī)則 1 ：一個(gè)點(diǎn)亮的燈泡周圍有 2 個(gè)或 3 個(gè)點(diǎn)亮的燈泡，就會(huì)繼續(xù)點(diǎn)亮；它周圍有少于 2 個(gè)或多于 3 個(gè)點(diǎn)亮的燈泡，就會(huì)熄滅。 例如，下圖中心位置的燈泡，用規(guī)則 1 來(lái)檢查它周圍的狀態(tài)，也就是作用規(guī)則 1，發(fā)現(xiàn)它仍然可以保持點(diǎn)亮狀態(tài)。 規(guī)則 2：一個(gè)熄滅的燈泡周圍剛好有 3 個(gè)點(diǎn)亮的燈泡，才會(huì)被點(diǎn)亮。否則，它周圍有少于 3 個(gè)或多于 3 個(gè)點(diǎn)亮的燈泡，就會(huì)保持熄滅狀態(tài)。例如，下圖中心位置的燈泡，作用規(guī)則 2 后保持熄滅狀態(tài)。【注意】作用規(guī)則到指定的代數(shù)后進(jìn)化就會(huì)停止，停止之后的網(wǎng)格構(gòu)型就可以認(rèn)為是算法的輸出?！緦W(xué)習(xí)活動(dòng)2】二、體驗(yàn)生命游戲進(jìn)化規(guī)則 以下圖中的 4 個(gè)初始構(gòu)型為例，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了解如何作用這些規(guī)則。*（注：圖中的綠色方格代表點(diǎn)亮狀態(tài)，空白代表熄滅狀態(tài)）第 1 步：把圖中的 4 個(gè)構(gòu)型作用于進(jìn)化規(guī)則，完成第一代進(jìn)化。例如，左上角的構(gòu)型有三個(gè)點(diǎn)亮的燈泡，作用規(guī)則 1 后，一個(gè)繼續(xù)點(diǎn)亮、兩個(gè)變成熄滅狀態(tài)。同時(shí)作用規(guī)則 2 后中間一個(gè)被點(diǎn)亮。 圖中的橙色和藍(lán)色用來(lái)臨時(shí)表示進(jìn)化的過(guò)程，橙色方格表示該位置即將由點(diǎn)亮變?yōu)橄纾{(lán)色表示該位置即將由熄滅變成點(diǎn)亮。下圖是對(duì) 4 個(gè)初始構(gòu)型分別作用一輪進(jìn)化規(guī)則后的狀態(tài)。第 2 步：把第一代進(jìn)化的結(jié)果作為初始構(gòu)型，繼續(xù)作用進(jìn)化規(guī)則，就會(huì)得到第二代、第三代，也會(huì)產(chǎn)生一些更有趣的現(xiàn)象。例如，對(duì)第一代進(jìn)化后右下角的構(gòu)型繼續(xù)作用規(guī)則，得到第二代、第三代的進(jìn)化結(jié)果，如下圖所示。【想一想】同學(xué)們，到現(xiàn)在為止，你們有沒有發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？可以發(fā)現(xiàn)，從第三代開始，這個(gè)構(gòu)型就會(huì)保持不變，穩(wěn)定下來(lái)?！拘≡嚺５丁坷^續(xù)用其他幾個(gè)構(gòu)型嘗試，觀察發(fā)生的變化。【學(xué)習(xí)活動(dòng)3】三、試玩“生命游戲”程序【玩一玩】第 1 步：打開“生命游戲”的 Python 程序。第 2 步：運(yùn)行這個(gè)程序，試著玩一玩。第 3 步：觀察、體會(huì)游戲中的算法及其進(jìn)化規(guī)則?！靖健獏⒖汲绦颉?聽講、思考、討論 教師通過(guò)講授課程內(nèi)容，向?qū)W生傳授知識(shí)。學(xué)生通過(guò)聽講和觀察，學(xué)習(xí)基礎(chǔ)知識(shí)。另外，通過(guò)提問等方式引發(fā)學(xué)生思考，培養(yǎng)其思考和分析問題的能力。
課堂小結(jié) 知識(shí)回顧 對(duì)課堂知識(shí)進(jìn)行總結(jié)和梳理，幫助學(xué)生更好地理解和掌握所學(xué)內(nèi)容。
拓展-提升 使用生成式人工智能工具，輸入下面的語(yǔ)句，閱讀獲得的內(nèi)容，進(jìn)一步了解生命游戲的規(guī)則。為我解釋生命游戲，要有簡(jiǎn)單的說(shuō)明性實(shí)例，適合青少年閱讀。 鞏固、拓展 通過(guò)拓展，幫助學(xué)生鞏固、延伸所學(xué)內(nèi)容，強(qiáng)化對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握。
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) （共 2 頁(yè)）
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