□ 主講人：聞迪

聞迪

北京市西城區(qū)康樂(lè)里小學(xué)信息科技教師，北京市骨干教師，現(xiàn)任西城（南）區(qū)小學(xué)信息科技兼職教研員，曾獲得全國(guó)中小學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)說(shuō)課活動(dòng)一等獎(jiǎng)，論文、案例等在全國(guó)、市、區(qū)各類(lèi)比賽中獲獎(jiǎng)或公開(kāi)發(fā)表。

設(shè)計(jì)依據(jù)

“以興趣為起點(diǎn)，以活動(dòng)為主線”是小學(xué)信息科技教材內(nèi)容設(shè)置的重要特點(diǎn)之一。對(duì)學(xué)生而言，興趣有著神奇的內(nèi)驅(qū)作用，能變無(wú)效學(xué)習(xí)為有效學(xué)習(xí)，化低效為高效。國(guó)務(wù)院于2017年下發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中指出，要在中小學(xué)普及人工智能編程教育?！读x務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年）》中也明確要求，人工智能教育要貫穿于義務(wù)教育各個(gè)學(xué)段。因此，人工智能教育逐漸得到學(xué)生和家長(zhǎng)們的重視。

小學(xué)生對(duì)人工智能的學(xué)習(xí)有著濃厚的興趣，當(dāng)前對(duì)低年級(jí)小學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能的目標(biāo)定位是了解、認(rèn)識(shí)人工智能和學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單的編程。本課例將通過(guò)讓學(xué)生設(shè)計(jì)游戲的方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，進(jìn)而讓他們學(xué)習(xí)身邊的人臉識(shí)別技術(shù)原理。

課例特點(diǎn)

人臉識(shí)別技術(shù)是生活中經(jīng)常會(huì)被用到的一項(xiàng)人工智能技術(shù)。在本課例中，教師將帶領(lǐng)學(xué)生編寫(xiě)一個(gè)反彈球游戲，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們?cè)敢怏w驗(yàn)和感受人臉識(shí)別技術(shù)，了解人臉識(shí)別技術(shù)的工作原理。

學(xué)生們可以利用已經(jīng)掌握的相關(guān)圖形化編程知識(shí)，運(yùn)用Mind+軟件自主編程、自主探索，模擬人臉識(shí)別、人臉追蹤的工作過(guò)程。在本課例中，學(xué)生需要熟練掌握Mind+中人工智能技術(shù)的編程方法，并且根據(jù)新舊知識(shí)之間的聯(lián)系，升級(jí)反彈球游戲，進(jìn)一步了解人臉識(shí)別的具體過(guò)程，在編程的過(guò)程中感受科技進(jìn)步給人們生活帶來(lái)的變化和便利，體驗(yàn)學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)的成就感，激發(fā)探究科學(xué)技術(shù)的興趣。

教學(xué)目標(biāo)

1.知道人臉識(shí)別技術(shù)在生活中的應(yīng)用，了解人臉識(shí)別技術(shù)的基本概念。

2.了解人臉識(shí)別技術(shù)的簡(jiǎn)單工作過(guò)程，完成人臉控制反彈球游戲的程序編寫(xiě)。

3.通過(guò)游戲化學(xué)習(xí)體驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)的興趣，并使其了解人臉識(shí)別技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)其信息社會(huì)責(zé)任。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：人臉識(shí)別系統(tǒng)的工作過(guò)程。

教學(xué)難點(diǎn)：人臉識(shí)別技術(shù)在生活中的應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)人臉識(shí)別技術(shù)的風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)信息安全意識(shí)。

教學(xué)策略

任務(wù)驅(qū)動(dòng)、分組合作、激勵(lì)性評(píng)價(jià)。

教學(xué)過(guò)程

一、激趣導(dǎo)入，明確任務(wù)

在上課之前，教師演示利用人臉在攝像頭中的移動(dòng)，控制游戲舞臺(tái)上的擋板，從而進(jìn)行反彈球游戲（如圖1所示），并提問(wèn)學(xué)生：老師展示的游戲與之前學(xué)習(xí)制作的反彈球游戲有什么不同？

生：之前學(xué)習(xí)制作的反彈球游戲主要是使用鍵盤(pán)上的左右鍵控制擋板的位置，而老師這次展示的游戲利用了人臉移動(dòng)來(lái)控制擋板進(jìn)行反彈球游戲。

教師直接用游戲吸引了學(xué)生注意力，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓他們有繼續(xù)探索學(xué)習(xí)的欲望，從而進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)。

師：那么，有同學(xué)知道老師所展示的游戲中使用了什么技術(shù)嗎？

一些學(xué)生能夠通過(guò)自己的課外拓展知識(shí)和日常生活中的觀察和實(shí)踐，回答出這是人工智能技術(shù)領(lǐng)域中人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用。教師順勢(shì)引導(dǎo)出本節(jié)課的主題：初識(shí)人臉識(shí)別技術(shù)。

接著，教師引導(dǎo)學(xué)生說(shuō)出生活中的人臉識(shí)別技術(shù)還有哪些具體的應(yīng)用，并且請(qǐng)學(xué)生結(jié)合對(duì)日常生活中人臉識(shí)別技術(shù)的了解，思考人臉識(shí)別技術(shù)的工作原理。

最后，教師直接明確本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)就是了解人臉識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)單的工作過(guò)程，并且運(yùn)用人臉追蹤技術(shù)升級(jí)和改造反彈球游戲。

二、合作探究，思維訓(xùn)練

1.認(rèn)識(shí)人臉識(shí)別技術(shù)

師：什么是人臉識(shí)別技術(shù)？

學(xué)生根據(jù)自己的理解各抒己見(jiàn)。

教師出示PPT：人臉識(shí)別技術(shù)是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識(shí)別的一種生物識(shí)別技術(shù)。

2.人臉識(shí)別技術(shù)在生活中的應(yīng)用

師：人臉識(shí)別技術(shù)是人工智能領(lǐng)域中的重要內(nèi)容，在我們的日常生活中有很多人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用。你們都知道哪些地方用到了人臉識(shí)別技術(shù)呢？

學(xué)生根據(jù)自己在生活中發(fā)現(xiàn)的人臉識(shí)別技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行討論。

生1：我們經(jīng)?？匆?jiàn)父母在進(jìn)行網(wǎng)上支付時(shí)，會(huì)利用人臉掃碼付錢(qián)。人臉識(shí)別技術(shù)的使用可以讓人們身上無(wú)需攜帶現(xiàn)金，支付變得更加便捷。

生2：我家小區(qū)的門(mén)禁系統(tǒng)使用了人臉識(shí)別技術(shù)。當(dāng)樓棟住戶(hù)進(jìn)入大門(mén)的時(shí)候就可以通過(guò)人臉識(shí)別開(kāi)鎖。如果不是本樓的住戶(hù)，門(mén)禁系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別用戶(hù)，大門(mén)就不會(huì)打開(kāi)。人臉識(shí)別技術(shù)讓我們的出行變得更加便捷、安全。

3.人臉識(shí)別技術(shù)的工作原理

教師給學(xué)生播放提前準(zhǔn)備好的視頻資料，讓學(xué)生了解人臉識(shí)別技術(shù)的概念和工作過(guò)程，并提示學(xué)生通過(guò)視頻內(nèi)容，總結(jié)人臉識(shí)別的工作步驟。學(xué)生帶著學(xué)習(xí)任務(wù)觀看視頻內(nèi)容。

人臉識(shí)別的工作步驟大體分成四個(gè)部分：第一步，通過(guò)攝像頭來(lái)采集人臉信息，將人臉信息保存到計(jì)算機(jī)中。第二步，通過(guò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)對(duì)原有人臉信息進(jìn)行預(yù)處理，將一些影響分辨的信息進(jìn)行修正。第三步，根據(jù)人臉五官的距離、大小、高低等因素提取人臉特征。第四步，將這些信息與原有數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)和判斷，直至結(jié)果出現(xiàn)。人臉識(shí)別的工作步驟概述如圖2所示。

教師根據(jù)學(xué)生的回答完善板書(shū)，并且對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的工作過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單的解釋與內(nèi)容拓展。

三、編寫(xiě)程序，驗(yàn)證拓展

1.新舊聯(lián)系，找到不同

學(xué)生們打開(kāi)之前編程制作的反彈球游戲，討論利用鍵盤(pán)上的左右鍵控制擋板和利用人臉識(shí)別技術(shù)控制擋板兩種操作的技術(shù)難點(diǎn)，找到新舊知識(shí)之間的不同點(diǎn)。學(xué)生討論后得出結(jié)論，在原有程序中新的反彈球游戲需要修改兩個(gè)地方：第一個(gè)地方是需要增加機(jī)器檢測(cè)人臉的一組程序，第二個(gè)地方是需要修改控制擋板的指令。

學(xué)生運(yùn)用人臉識(shí)別技術(shù)中的人臉追蹤技術(shù)在Mind+中對(duì)原有的反彈球游戲進(jìn)行升級(jí)改造。

2.擴(kuò)展功能，增加模塊

教師提示：要想實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用，需要在Mind+“擴(kuò)展”中添加相關(guān)的程序模塊。教師進(jìn)行操作演示：?jiǎn)螕簟皵U(kuò)展”—“功能模塊”選項(xiàng)卡—“機(jī)器學(xué)習(xí)（ML5）”—“返回”。

學(xué)生根據(jù)教師的演示進(jìn)行編程操作模仿。

3.利用“錦囊”，自主探究

（1）人臉采集

學(xué)生使用教師提供的“助學(xué)錦囊”，自行閱讀并添加相關(guān)指令（如圖3），讓計(jì)算機(jī)能夠采集人臉五官的位置。一些能力突出的學(xué)生，也可以自己嘗試在不依賴(lài)“助學(xué)錦囊”的情況下完成程序設(shè)計(jì)。

（2）編輯擋板程序

師：編程中需要解決的最重要的問(wèn)題是，修改角色“擋板”的運(yùn)行方式。修改角色可以運(yùn)用我們之前用過(guò)的“移動(dòng)某個(gè)坐標(biāo)”的指令來(lái)解決。

教師展示初步的程序，學(xué)生以小組為單位討論操作方法。

生：在這個(gè)環(huán)節(jié)中，我們可以將之前學(xué)習(xí)的“移動(dòng)”指令進(jìn)行靈活處理。移動(dòng)指令中的坐標(biāo)不一定是一個(gè)實(shí)際的數(shù)據(jù)，也可以變成實(shí)時(shí)更改的變量，這樣就可以讓原來(lái)的指令發(fā)揮更大的作用了。（如圖4）

四、總結(jié)提升，助力發(fā)展

在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生了解了人臉識(shí)別技術(shù)，并且利用人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)原來(lái)制作的反彈球游戲進(jìn)行了升級(jí)改造。通過(guò)師生課堂互動(dòng)討論，學(xué)生們了解了人臉識(shí)別技術(shù)在社會(huì)中的廣泛應(yīng)用。但是包括人臉在內(nèi)的生物特征采集在人工智能時(shí)代也面臨著很多的風(fēng)險(xiǎn)。教師播放視頻“人臉識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)”，讓學(xué)生了解人臉識(shí)別技術(shù)的隱藏風(fēng)險(xiǎn)，教育學(xué)生從小樹(shù)立正確使用信息技術(shù)手段的意識(shí)，保護(hù)自己的個(gè)人隱私。

學(xué)生們借助原有的反彈球游戲，利用人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)游戲進(jìn)行了升級(jí)開(kāi)發(fā)，利用新舊知識(shí)之間的聯(lián)系創(chuàng)作了更有意思的人工智能游戲。學(xué)生們能夠?qū)⑿聦W(xué)習(xí)到的人臉識(shí)別技術(shù)的相關(guān)知識(shí)，靈活運(yùn)用到游戲程序設(shè)計(jì)中，體現(xiàn)了他們勇于創(chuàng)新的精神。同時(shí)，學(xué)生也認(rèn)識(shí)到了人臉識(shí)別技術(shù)的工作原理，了解了人臉識(shí)別技術(shù)給我們的生活帶來(lái)的巨大影響。

實(shí)踐反思

通過(guò)教學(xué)實(shí)踐，我有如下幾點(diǎn)反思：1.以貼近生活的任務(wù)情境來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓知識(shí)學(xué)以致用。2.以多層次的學(xué)習(xí)方法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。3.通過(guò)Mind+圖形化程序設(shè)計(jì)平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生了解人臉識(shí)別的基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)習(xí)圖形化編程方法，培養(yǎng)其計(jì)算思維，讓學(xué)生體驗(yàn)到學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)和人工智能技術(shù)的成就感。