王夏君 北京市通州區(qū)馬駒橋鎮(zhèn)中心小學(xué)信息技術(shù)教師。一級(jí)教師，通州區(qū)信息技術(shù)學(xué)科中心組成員，曾被評(píng)為通州區(qū)青年骨干教師。多次在信息技術(shù)學(xué)科教學(xué)設(shè)計(jì)中獲獎(jiǎng)，多次輔導(dǎo)學(xué)生在創(chuàng)客比賽、STEM+挑戰(zhàn)賽中取得優(yōu)異成績(jī)。

課程背景

2017年國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》強(qiáng)調(diào)普及中小學(xué)階段人工智能、編程教育。《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》正式將人工智能、算法、開源硬件、項(xiàng)目學(xué)習(xí)等作為重點(diǎn)列入其中。因此，人工智能與編程教育一直是我校信息技術(shù)教育的重點(diǎn)。

我校的教育理念是“生長(zhǎng)教育”，生長(zhǎng)教育理念來源于美國著名教育家杜威，倡導(dǎo)通過生活化的教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)、能力、情感、道德的生長(zhǎng)。校本課程涵蓋跨學(xué)科的創(chuàng)客課程、STEAM課程等，以這些課程為載體，促進(jìn)學(xué)生思維發(fā)展，培養(yǎng)學(xué)生必備品格和關(guān)鍵能力。

因此，本課內(nèi)容在建構(gòu)主義思想的指導(dǎo)下，以學(xué)生為中心，從生活中出發(fā)，鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題。本課以活動(dòng)為主線，以任務(wù)為驅(qū)動(dòng)，引領(lǐng)學(xué)生參與體驗(yàn)、交流討論，通過編寫程序并結(jié)合開源硬件完成人工智能產(chǎn)品效果的簡(jiǎn)單模擬，在此過程中提升學(xué)生的計(jì)算思維、創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力。

教學(xué)目標(biāo)

1.了解圖像識(shí)別、文字識(shí)別的簡(jiǎn)單原理及其在生活中的一些具體應(yīng)用，感受人工智能給生活帶來的便利。

2.分析任務(wù)流程，完成車牌號(hào)識(shí)別的簡(jiǎn)單腳本編寫并測(cè)試。

3.在分析任務(wù)、完成任務(wù)的過程中學(xué)習(xí)程序設(shè)計(jì)、人工智能解決問題的思想與方法，提升計(jì)算思維能力。

4.產(chǎn)生學(xué)習(xí)探究人工智能的興趣，幫助學(xué)生樹立正確的人工智能社會(huì)的價(jià)值觀與道德責(zé)任感。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)

1.圖像識(shí)別的過程和簡(jiǎn)單原理。

2.分析任務(wù)，編寫程序并調(diào)試。

教學(xué)難點(diǎn)

引導(dǎo)學(xué)生在“車牌識(shí)別”程序編寫與調(diào)試中分析并解決問題。

教學(xué)準(zhǔn)備

PPT課件、樂智編程平臺(tái)、KenBlock控制板、LED模塊、舵機(jī)。

教學(xué)過程

一、課程導(dǎo)入

教師提出問題。

師：我們的校園是一個(gè)大花園，有很多美麗的花，同學(xué)們知道這些花都叫什么名字嗎？（教師出示圖片）

師：有沒有什么工具可以幫助我們認(rèn)識(shí)這些花？（有的學(xué)生用過如形色App，教師可引導(dǎo)學(xué)生表述;若沒有學(xué)生回應(yīng)，教師直接介紹識(shí)別植物、花草的App應(yīng)用并進(jìn)行演示。）

（設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合學(xué)生身邊熟悉的事物提出問題，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)自由表述。）

二、體驗(yàn)操作

1.感知體驗(yàn)

學(xué)生用形色App識(shí)別植物。

師：除了形色App，手機(jī)上還有一些智能應(yīng)用或者微信小程序也可以完成圖像識(shí)別，如百度AI體驗(yàn)中心、騰訊AI體驗(yàn)中心等。

學(xué)生應(yīng)用百度AI體驗(yàn)中心的圖像技術(shù)和騰訊AI體驗(yàn)中心的計(jì)算機(jī)視覺進(jìn)行圖像識(shí)別。

（設(shè)計(jì)意圖：幫助學(xué)生感知了解什么是圖像識(shí)別。）

師：圖像識(shí)別，即人工智能根據(jù)圖像來識(shí)別圖像的內(nèi)容和所表達(dá)的含義。

教師提出問題。

師：圖像識(shí)別在我們生活中有哪些應(yīng)用？

學(xué)生閱讀資料，討論回答。

教師總結(jié)補(bǔ)充。

（設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生了解圖像識(shí)別在生活中的應(yīng)用，滲透人工智能社會(huì)的正確價(jià)值觀。）

2.探索實(shí)踐

師：圖像識(shí)別有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域，我們的校園里，也有關(guān)于圖像識(shí)別的應(yīng)用。你們發(fā)現(xiàn)了嗎？其中有一處就是校園門口車牌號(hào)識(shí)別，這樣的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)一步增加了校園的安全系數(shù)。那么，車牌識(shí)別的過程是什么樣的呢？

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行問題拆分：

如果識(shí)別到的車輛是注冊(cè)過的，說“請(qǐng)通過”;如果識(shí)別到的車輛未注冊(cè)，提示“陌生車輛”。

引導(dǎo)學(xué)生畫出流程圖。

（設(shè)計(jì)意圖：分析實(shí)現(xiàn)方法，通過畫流程圖幫助學(xué)生進(jìn)行問題拆分，理清編程思路，選擇程序結(jié)構(gòu)。）

3.編程、測(cè)試、改進(jìn)

（1）添加擴(kuò)展視頻偵測(cè)模塊，鏡像開啟攝像頭。

選中文字識(shí)別結(jié)果，單擊“文字識(shí)別開始”這條指令，讓計(jì)算機(jī)識(shí)別車牌卡片，觀察舞臺(tái)區(qū)的識(shí)別結(jié)果。

引導(dǎo)學(xué)生思考：影響識(shí)別結(jié)果的因素有什么？

學(xué)生討論并嘗試讓計(jì)算機(jī)準(zhǔn)確識(shí)別車牌卡片。

（2）編程實(shí)現(xiàn)“識(shí)別到指定車牌卡片，說‘請(qǐng)通過’，否則提示‘陌生車輛’”。

學(xué)生根據(jù)流程示意圖，試著編寫程序，模擬車牌號(hào)識(shí)別的過程，并測(cè)試程序效果。

（3）添加擴(kuò)展KenBlock開發(fā)板，連接開發(fā)板、LED燈、舵機(jī)、電池盒等，編寫程序，實(shí)現(xiàn)如下所述效果：

如果識(shí)別到的車牌號(hào)注冊(cè)過，說“請(qǐng)通過”，LED燈亮，閘機(jī)抬桿抬起。

硬件連接情況。

學(xué)生繼續(xù)根據(jù)上面的任務(wù)分析，編寫程序，并上傳至KenBlock板子測(cè)試。

教師巡視指導(dǎo)，和學(xué)生一起發(fā)現(xiàn)、解決問題。

對(duì)應(yīng)流程分析，編寫程序腳本，測(cè)試。

迭代完善程序。

三、作品展示，分享交流

以小組為單位，展示作品。

教師引導(dǎo)學(xué)生說一說在作品制作過程中遇到了哪些問題，以及問題是如何解決的。

繼續(xù)引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生發(fā)揮創(chuàng)意。

師：你還想對(duì)你的作品進(jìn)行哪些改進(jìn)？或者關(guān)于圖像識(shí)別應(yīng)用，你還有什么創(chuàng)想和設(shè)計(jì)？

（設(shè)計(jì)意圖：通過討論，拓展思路，引發(fā)學(xué)生進(jìn)一步思考，大膽想象，激發(fā)學(xué)生持續(xù)不斷地進(jìn)行思考與創(chuàng)新。）

教學(xué)反思

本課讓學(xué)生通過感知體驗(yàn)，初步了解人工智能圖像識(shí)別及其應(yīng)用。結(jié)合身邊的人工智能應(yīng)用，讓學(xué)生通過任務(wù)分析、問題拆分，制作與計(jì)算機(jī)有交互的簡(jiǎn)單模擬人工智能的作品，在實(shí)踐基礎(chǔ)上培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維能力。通過制作簡(jiǎn)單模擬人工智能的作品，激發(fā)學(xué)生在興趣引領(lǐng)下進(jìn)行學(xué)習(xí)和探索，引領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)用人工智能相關(guān)技術(shù)思想來分析和解決問題的過程，提升實(shí)踐能力和創(chuàng)新思維能力。同時(shí)，學(xué)生在前期設(shè)計(jì)作品和后期搭建作品的過程中，滲透了兼具設(shè)計(jì)思維、工程思維等思想和方法，培養(yǎng)了學(xué)生跨學(xué)科應(yīng)用的能力。