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基于“思維語言”的人工智能教學(xué)實(shí)踐

2020-06-12 11:47黃燕
中國信息技術(shù)教育 2020年11期
關(guān)鍵詞:控件人工智能探究

黃燕

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷更迭和發(fā)展,作為新時(shí)代科技發(fā)展和社會(huì)發(fā)展的強(qiáng)勁助推器,人工智能已經(jīng)走到了科學(xué)變革的風(fēng)暴中心。筆者所在的名師工作室開展了豐富多彩的人工智能專項(xiàng)培訓(xùn),深入研究、實(shí)施人工智能的課堂教學(xué),為教師的綜合發(fā)展提供了一個(gè)優(yōu)良的平臺(tái)。

同時(shí),筆者承擔(dān)了人工智能課程的實(shí)證研究任務(wù),在所屬學(xué)校的五、六年級(jí)實(shí)施普及型班級(jí)授課教學(xué),經(jīng)過三年的實(shí)驗(yàn),積累了一定的經(jīng)驗(yàn)。下面,筆者以《表情識(shí)別》一課為例,介紹相關(guān)的實(shí)證案例。

● 課堂實(shí)踐

六年級(jí)學(xué)生對(duì)人工智能的應(yīng)有已有了初步的了解和接觸,本節(jié)課將通過xDing軟件進(jìn)行簡單的編程嘗試,實(shí)現(xiàn)AI功能。通過知識(shí)遷移,以及自主學(xué)習(xí)教材,在設(shè)計(jì)表情指示器的過程中,學(xué)生能充分體驗(yàn)人工智能帶來的便捷,能感受計(jì)算思維帶來的改變。

“表情識(shí)別”是人工智能模塊的第一課實(shí)例教學(xué),為了讓學(xué)生在實(shí)踐操作中能愉快、輕松、高效地理解并掌握“表情識(shí)別”控件,完成人工智能表情指示器的編寫執(zhí)行,在課堂教學(xué)中,教師設(shè)計(jì)了“感知、分析、實(shí)驗(yàn)、拓展”等環(huán)節(jié)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng),具體教學(xué)過程如下。

1.情境再現(xiàn),感受人工智能

人工智能已逐漸走入我們的生活與學(xué)習(xí),相關(guān)的應(yīng)用與體驗(yàn)也越來越多。小學(xué)生對(duì)人工智能很少有真正體驗(yàn)的經(jīng)歷,缺少直觀的感受與經(jīng)驗(yàn)。因此在導(dǎo)入階段,我們從學(xué)生現(xiàn)階段每天接觸到的AI人臉識(shí)別測溫系統(tǒng)入手,通過說說自己的感受來打開對(duì)人工智能的再認(rèn)識(shí)。

①展示生活場景:觀看學(xué)生進(jìn)入校園時(shí)AI人臉識(shí)別測溫系統(tǒng)進(jìn)行體溫測試的過程。教師提問:你知道這項(xiàng)技術(shù)是利用了什么原理進(jìn)行體溫檢測的嗎?

學(xué)生給出的回答各不相同,或者在回答問題時(shí)提出疑惑。教師對(duì)學(xué)生的回答做出有效的評(píng)價(jià),鼓勵(lì)學(xué)生形成自主探究的意識(shí)。另外,教師肯定學(xué)生能夠結(jié)合已有的知識(shí)進(jìn)行問題的思考和探究,并總結(jié)出人臉識(shí)別技術(shù)是人工智能(AI)的一個(gè)方面。

②思考過程:引導(dǎo)學(xué)生自主編寫一個(gè)簡單的人工智能程序,對(duì)同學(xué)們的表情進(jìn)行識(shí)別。

設(shè)計(jì)意圖:人工智能對(duì)于學(xué)生而言,充滿了神秘感,學(xué)生很喜歡也非常感興趣,因此在討論交流階段,教師尊重學(xué)生的回答和疑惑,并肯定學(xué)生的探索與發(fā)現(xiàn),進(jìn)而為下面的學(xué)習(xí)做鋪墊。

2.自主嘗試,探究表情識(shí)別

對(duì)于六年級(jí)的學(xué)生而言,如何把對(duì)表情識(shí)別的感受上升為真正的認(rèn)識(shí),還需要經(jīng)歷對(duì)表情識(shí)別的實(shí)例進(jìn)行一個(gè)分析的過程,以明確表情識(shí)別的過程和原理。

①分析軟件,了解識(shí)別的過程。

教師出示新聞鏈接——華為與波蘭盲人協(xié)會(huì)合作,開發(fā)了一款能夠“讀懂他人情緒”的Facing Emotions應(yīng)用。當(dāng)盲人用戶與另一個(gè)人說話時(shí),手機(jī)的后置攝像頭會(huì)掃描對(duì)方的面部?;谶@些數(shù)據(jù),F(xiàn)acing Emotions能夠分辨七種基本情緒,然后通過手機(jī)揚(yáng)聲器(或附帶的有線耳機(jī)),來聽到特定情緒的提示音。

②交流、分析識(shí)別過程。

表情識(shí)別的過程,分成哪幾個(gè)步驟?教師和學(xué)生共同來分析,經(jīng)過討論、交流,我們發(fā)現(xiàn),表情識(shí)別的過程可以簡單地概括成“照片—分析—結(jié)論”。

設(shè)計(jì)意圖:在這一過程中,通過分析識(shí)別的過程,有效地引發(fā)了學(xué)生對(duì)人工智能的初步思維,喚醒了學(xué)生的思維可能。

③實(shí)踐、探究識(shí)別過程。

引導(dǎo)學(xué)生打開xDing軟件,對(duì)照教材“xDing中的表情識(shí)別模塊”,自主學(xué)習(xí)“表情識(shí)別”控件的使用,并識(shí)別上傳的圖片表情。(提醒學(xué)生照片存放路徑)

學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐并總結(jié)自主學(xué)習(xí)的成果,得出“微笑”和“沒笑”兩種識(shí)別結(jié)果。

教師提出問題:操作過程中你還有新的發(fā)現(xiàn)嗎?請學(xué)生結(jié)合操作演示講解發(fā)現(xiàn)。

設(shè)計(jì)意圖:這個(gè)環(huán)節(jié)看似簡單,對(duì)學(xué)生卻是一個(gè)具有極大吸引力和探索空間的過程。教師引導(dǎo)學(xué)生在操作、感受、猜想、體會(huì)表情識(shí)別的過程中,對(duì)知識(shí)和技能進(jìn)行了有效的整合,思維也在問題和任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下得到有效展開并充分激發(fā)。

3.實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備,搭建硬件

教師以四人小組為單位分發(fā)兩組硬件設(shè)備:開源機(jī)器人1號(hào)、LED燈、RJ11電話線;USB數(shù)據(jù)線。教師講解各硬件設(shè)備的作用,以及連接方法和注意要點(diǎn)。

首先,學(xué)生開始搭建硬件,并結(jié)合教材“硬件搭建和連接”的操作步驟,與電腦進(jìn)行連接。然后利用AI功能檢測照片,發(fā)現(xiàn)“微笑”就亮燈,“沒笑”就不亮燈,并小組交流、討論,完成流程圖的填寫。最后,教師根據(jù)學(xué)生的匯報(bào)完成流程圖,分別在括號(hào)內(nèi)填上微笑、不笑識(shí)別結(jié)果。

設(shè)計(jì)意圖:語言是思維的外化,結(jié)合流程圖讓學(xué)生用自己的語言說出表情識(shí)別器創(chuàng)編的過程,為下面的程序設(shè)計(jì)創(chuàng)造了條件。通過語言讓學(xué)生的思維可視化,以動(dòng)態(tài)的形式展現(xiàn)、發(fā)展、提升。

4.運(yùn)用算理,創(chuàng)編程序

根據(jù)已經(jīng)完成的流程圖,小組繼續(xù)合作完成程序的編寫。遇到問題時(shí)參考“編寫程序”的操作步驟。

展示腳本,運(yùn)行程序,邀請學(xué)生展示本組腳本,并說出各個(gè)控件的意義以及在程序里起到的作用,并說出在表情識(shí)別功能的使用過程中還有哪些值得大家注意的問題及解決方法。

設(shè)計(jì)意圖:在觀察、搭建、操作、實(shí)踐的過程,教師可以觀察到學(xué)生的思維活動(dòng)過程,并及時(shí)地引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行再思考再實(shí)踐,在這一過程中,學(xué)生得以完善對(duì)知識(shí)和技能的理解并提升思維水平。

5.反思學(xué)習(xí),提升思維本質(zhì)

教師呈現(xiàn)三個(gè)問題:①在我們的實(shí)際生活中表情識(shí)別可以應(yīng)用在很多領(lǐng)域,暢想未來會(huì)在哪些方面給人們帶來便利?②表情識(shí)別工具還能如何改進(jìn),為人們帶來便捷?③在表情識(shí)別控件中有很多的控件可以供我們選擇,你們能制作其他的識(shí)別器嗎?

設(shè)計(jì)意圖:討論、交流的過程,使學(xué)生的思維在聆聽和溝通中得到碰撞和啟發(fā),教師再引導(dǎo)學(xué)生把自己的思考和探究說出來。開放性的問題設(shè)計(jì),使得AI表情識(shí)別的知識(shí)和技能有了一個(gè)有效的整合,思維過程也有了一個(gè)由簡單向深刻的縱深發(fā)展。

● 教學(xué)反思

這節(jié)課,大部分學(xué)生的感受是比較難的,不但要學(xué)習(xí)“表情識(shí)別”這一新的人工智能技術(shù),還要學(xué)習(xí)新的xDing軟件,最后還要通過搭建硬件設(shè)備進(jìn)行程序的分析和編寫,完成人工智能作品的設(shè)計(jì)。

在導(dǎo)入環(huán)節(jié),從學(xué)生每天都要經(jīng)歷的AI人工智能測量體溫入手,引出人臉識(shí)別技術(shù),讓學(xué)生明白原來這些看起來非常高端的技術(shù)就在我們的生活中,就在我們的身邊。

從體驗(yàn)表情識(shí)別,到搭建硬件、創(chuàng)編程序來設(shè)計(jì)人工智能“表情提示器”,每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié),都是一個(gè)循序漸進(jìn)的過程,從易到難,從簡單到復(fù)雜,學(xué)生都有自己的思考和探究,對(duì)本節(jié)課“表情識(shí)別”的知識(shí)和技術(shù)也有了更直觀、更深刻的理解和把握。

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