聶璐 公茂杰 汪星明

【摘 要】本文介紹了人工智能領(lǐng)域中常用的技術(shù)——人臉識(shí)別。結(jié)合學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展要求，以興趣為起點(diǎn)、以活動(dòng)為載體，筆者進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)踐。通過在課堂中穿插的兩個(gè)體驗(yàn)活動(dòng)，分別讓學(xué)生體會(huì)人類在識(shí)別人臉時(shí)采用的方法，體驗(yàn)人工智能技術(shù)實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別的工作機(jī)制，找到其中的相似與不同，從而充分理解特征點(diǎn)對機(jī)器識(shí)別人臉的作用。最后以分組討論的形式，讓學(xué)生思考人臉識(shí)別技術(shù)在生活中的應(yīng)用場景，從而更深刻地理解人工智能的基本原理和應(yīng)用潛力，認(rèn)識(shí)人工智能在信息社會(huì)中的重要作用以及潛在風(fēng)險(xiǎn)。

【關(guān)鍵詞】人工智能;人臉識(shí)別;信息技術(shù);核心素養(yǎng);教學(xué)設(shè)計(jì)

【中圖分類號(hào)】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2019）02、03-0107-04

近年來，隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，深度學(xué)習(xí)、跨界融合、人機(jī)協(xié)同等新特性，使得人工智能技術(shù)的應(yīng)用場景越來越豐富，推動(dòng)著社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域正在經(jīng)歷著從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化向智能化躍升和革新，深刻改變著人們的生活方式和思維模式[1]。在這個(gè)時(shí)代背景下，一方面，社會(huì)對人工智能技術(shù)人才的需求日益增長;另一方面，更多的人需要提升在人工智能時(shí)代生存和適應(yīng)的能力。這對如何開展以人工智能為內(nèi)容的信息技術(shù)教學(xué)提出了新的要求。

2017年7月國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出實(shí)施全民智能教育項(xiàng)目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程?！兑?guī)劃》的頒布為我國在基礎(chǔ)教育領(lǐng)域布局“人工智能教育”提供了政策上的保障，但具體在中小學(xué)階段設(shè)置相關(guān)課程時(shí)，并不能把大學(xué)課程簡單地下放[2]。如何進(jìn)行有效的人工智能課程設(shè)計(jì)，在充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時(shí)，提升學(xué)生的信息意識(shí)、計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會(huì)責(zé)任等核心素養(yǎng)，是一個(gè)非常值得探討的課題。

教學(xué)設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課出自北京十一學(xué)校初中校本課程《人工智能與APP開發(fā)》，這門課以展示學(xué)科之美、提升學(xué)習(xí)興趣為出發(fā)點(diǎn)，以核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為暗線，以初步理解人工智能實(shí)現(xiàn)的知識(shí)體系為明線展開。本課為第二單元《視覺與聽覺》第一課時(shí)，在回顧人工智能的含義后開始探索計(jì)算機(jī)視覺。

通過對歷屆學(xué)生情況的調(diào)研和分析得知，在這一階段的大部分學(xué)生尚未接觸過人工智能類課程，雖在生活中使用過相關(guān)應(yīng)用，但對于人工智能的知識(shí)儲(chǔ)備比較有限。綜合考慮以上因素，本課的教學(xué)目標(biāo)設(shè)定如下。

知識(shí)與技能：了解機(jī)器識(shí)別人臉的機(jī)制，理解特征點(diǎn)對機(jī)器識(shí)別人臉的作用;挖掘并簡述人臉識(shí)別技術(shù)在校園的應(yīng)用場景，發(fā)現(xiàn)其價(jià)值及潛在風(fēng)險(xiǎn)。

過程與方法：觀察并提取同桌面部特征，完成“畫像”，感受五官對人眼識(shí)別人臉的重要性;體驗(yàn)在線平臺(tái)五官定位功能，對比人眼和機(jī)器表達(dá)人臉特征的異同;體驗(yàn)在線平臺(tái)的人臉分析功能，檢測表情識(shí)別的準(zhǔn)確度，發(fā)現(xiàn)該平臺(tái)的優(yōu)勢與不足;完成小組討論，探討人臉識(shí)別在校園生活中的應(yīng)用場景及潛在風(fēng)險(xiǎn)。

情感、態(tài)度與價(jià)值觀：感受智能技術(shù)對生活和學(xué)習(xí)帶來的影響，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升其創(chuàng)新意識(shí)和探究思維。

課堂活動(dòng)與評價(jià)設(shè)計(jì)

1.課堂活動(dòng)設(shè)計(jì)

本節(jié)課的課堂設(shè)計(jì)主要由五個(gè)環(huán)節(jié)組成，包括新課導(dǎo)入、五官“畫像”、在線體驗(yàn)、小組討論和反思總結(jié)。重在讓學(xué)生了解機(jī)器識(shí)別人臉的機(jī)制，理解特征點(diǎn)對機(jī)器識(shí)別人臉的作用;并發(fā)現(xiàn)人臉識(shí)別在校園生活中的合理應(yīng)用，意識(shí)到潛在風(fēng)險(xiǎn)。

環(huán)節(jié)一：新課導(dǎo)入（5分鐘）

拋出問題：學(xué)生參加校園活動(dòng)時(shí)需要查考勤，有哪些可用的簽到方法？小結(jié)不同簽到方式優(yōu)劣，說明哪些方法屬于人工智能，引出人臉識(shí)別。

設(shè)計(jì)意圖：通過趣味體驗(yàn)活動(dòng)，讓學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)人工智能的優(yōu)勢，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣;承上啟下，簡要回顧人工智能應(yīng)用，同時(shí)引出本節(jié)課的主題——人臉識(shí)別。

環(huán)節(jié)二：五官“畫像”（12分鐘）

組織五官猜人游戲，引導(dǎo)學(xué)生思考人類如何通過人臉辨識(shí)不同人。截取了一些體育運(yùn)動(dòng)員、教師及班上學(xué)生的眼睛圖片，讓學(xué)生去猜測人物，很大程度地調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性;組織學(xué)生兩人一組觀察彼此臉部特點(diǎn)，填寫學(xué)習(xí)任務(wù)單的同桌“畫像”;組織學(xué)生代表分享;點(diǎn)評發(fā)言并小結(jié)。

設(shè)計(jì)意圖：借助五官猜人和同桌“畫像”，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)人眼借助什么特征進(jìn)行人臉識(shí)別，并思考機(jī)器如何描述并識(shí)別這些人臉。

環(huán)節(jié)三：在線體驗(yàn)（8分鐘）

組織學(xué)生體驗(yàn)AI開放平臺(tái)“五官定位”，如圖1所示，講解機(jī)器如何通過特征點(diǎn)來描述并識(shí)別人臉;組織學(xué)生繪制不同表情時(shí)的特征點(diǎn)連線，然后兩人一組拍攝開心、悲傷和吃驚照片，體驗(yàn)平臺(tái)能否準(zhǔn)確識(shí)別不同表情;講解機(jī)器如何通過特征點(diǎn)對表情進(jìn)行分類。

設(shè)計(jì)意圖：通過在線體驗(yàn)及教師講解，讓學(xué)生了解機(jī)器如何通過特征點(diǎn)描述并識(shí)別人臉。通過對不同表情的識(shí)別，加深對機(jī)器通過特征點(diǎn)進(jìn)行人臉識(shí)別的理解。

環(huán)節(jié)四：小組討論（10分鐘）

基于在線體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生思考人臉識(shí)別在校園生活中有哪些應(yīng)用場景，兩人小組討論后填寫任務(wù)單的第三部分;選擇幾個(gè)小組進(jìn)行分享。

設(shè)計(jì)意圖：啟發(fā)學(xué)生從身邊發(fā)現(xiàn)人工智能應(yīng)用的設(shè)計(jì)點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)的可能性，同時(shí)也為后續(xù)單元開發(fā)人工智能APP做鋪墊。

環(huán)節(jié)五：小結(jié)點(diǎn)評（5分鐘）

基于環(huán)節(jié)四學(xué)生設(shè)計(jì)的應(yīng)用場景，詢問潛在風(fēng)險(xiǎn)，啟發(fā)學(xué)生辯證思考。比如，學(xué)生可能會(huì)提及如果用照片去假冒人臉，有何解決辦法。教師可趁勢引導(dǎo)學(xué)生提出類似如需要用戶做表情（搖頭）、檢測3D模型的解決方案，或借助視頻講解智能手機(jī)如何分辨出照片或現(xiàn)實(shí)中的人臉。

小結(jié)并鋪墊下節(jié)課內(nèi)容，提醒學(xué)生留意本次課程評價(jià)。

設(shè)計(jì)意圖：了解人工智能對社會(huì)發(fā)展的潛在風(fēng)險(xiǎn)并思考對策;鞏固本節(jié)課要點(diǎn)。

2.學(xué)習(xí)任務(wù)單設(shè)計(jì)

為了讓學(xué)生有更好的體驗(yàn)和沉浸感，筆者設(shè)計(jì)了貫穿整個(gè)課堂的學(xué)習(xí)任務(wù)單，引導(dǎo)學(xué)生逐步從人是如何識(shí)別人臉過渡到機(jī)器如何識(shí)別人臉。如圖2所示。

3.學(xué)習(xí)評價(jià)設(shè)計(jì)

本節(jié)課教學(xué)過程中有兩個(gè)環(huán)節(jié)涉及評價(jià)，具體為：學(xué)生代表分享同桌“畫像”時(shí)，其他學(xué)生和教師會(huì)點(diǎn)評，從而完成口頭互評和師評;學(xué)生分享人臉識(shí)別如何應(yīng)用在校園的設(shè)計(jì)后，教師會(huì)對學(xué)生代表的設(shè)計(jì)進(jìn)行評價(jià)。

課后，教師還將對全部學(xué)生作品進(jìn)行評價(jià)，具體評價(jià)量規(guī)如下：學(xué)生期末成績=歷次過程性評價(jià)分?jǐn)?shù)的平均分（60）+終結(jié)性評價(jià)分?jǐn)?shù)（40）。單次過程性評價(jià)（總分60）的分?jǐn)?shù)構(gòu)成包括：任務(wù)完成30分、課堂紀(jì)律10分、創(chuàng)新思維10分、設(shè)備管理10分，其中“任務(wù)完成”分?jǐn)?shù)將由教師在課后批閱學(xué)生提交的任務(wù)單后給出，具體評分量規(guī)如表1。

小? 結(jié)

本教學(xué)設(shè)計(jì)緊緊圍繞人臉識(shí)別技術(shù)的原理教學(xué)展開，具有以下特點(diǎn)。

一是本節(jié)課的授課內(nèi)容新穎且完整地覆蓋了四大核心素養(yǎng)。（1）新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)去觀察和思考生活中的信息技術(shù)現(xiàn)象，使得他們能根據(jù)解決問題的需要，主動(dòng)尋求恰當(dāng)?shù)姆绞将@取與處理信息，提升信息意識(shí)。（2）接下來的五官“畫像”環(huán)節(jié)，讓學(xué)生們更好地理解人眼識(shí)別人臉與機(jī)器識(shí)別人臉機(jī)制的異同點(diǎn)，學(xué)會(huì)采用計(jì)算機(jī)可以處理的方式界定問題和抽象特征，啟發(fā)計(jì)算思維。（3）進(jìn)一步的在線體驗(yàn)環(huán)節(jié)，學(xué)生更是直接通過手機(jī)APP應(yīng)用認(rèn)知人臉識(shí)別的過程和應(yīng)用場景，培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習(xí)的習(xí)慣和創(chuàng)新意識(shí)。（4）最后的小組討論，不但使學(xué)生們從身邊發(fā)現(xiàn)人工智能應(yīng)用的設(shè)計(jì)點(diǎn)及實(shí)現(xiàn)的可能性，為后續(xù)單元開發(fā)人工智能APP做鋪墊，還引發(fā)學(xué)生思考新型技術(shù)潛在的風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)了對信息社會(huì)責(zé)任的認(rèn)知。

二是本節(jié)課的授課形式生動(dòng)，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的積極性。在課堂上開展了以趣味和探索為目的的活動(dòng)，如五官猜人、同桌“畫像”和體驗(yàn)AI開放平臺(tái)等，幫助學(xué)生理解人臉識(shí)別的機(jī)制，同時(shí)較為符合初中生的認(rèn)知水平。

三是本節(jié)課的授課資源效果良好且成本較低。微信：教師手機(jī)拍攝學(xué)生填寫的紙質(zhì)分析書，通過微信傳輸?shù)浇處煓C(jī)進(jìn)行展示;騰訊AI開放平臺(tái)：開放的人臉識(shí)別體驗(yàn)平臺(tái)，有豐富的免費(fèi)功能供學(xué)生體驗(yàn);學(xué)習(xí)任務(wù)單（紙質(zhì)）：針對本課任務(wù)定制設(shè)計(jì)，輔助學(xué)生進(jìn)行課堂活動(dòng)。

四是本節(jié)課充分進(jìn)行了基于課堂表現(xiàn)的過程性評價(jià)。在課堂上安排了多個(gè)活動(dòng)，給予學(xué)生充分的表現(xiàn)空間。評價(jià)時(shí)，以學(xué)生的課堂表現(xiàn)為基礎(chǔ)，根據(jù)課堂活動(dòng)對應(yīng)的量規(guī)，進(jìn)行過程性評價(jià)。

參考文獻(xiàn)

中華人民共和國教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].人民教育出版社，2017：26.

范潔.義務(wù)教育階段人工智能課程開發(fā)的思考與探索[J].中國信息技術(shù)教育，2018（19）：93-94.