王苑橋 四川省成都市教育科學(xué)研究院附屬中學(xué)

● 創(chuàng)新整合點

1.采用混合式學(xué)習(xí)環(huán)境解決人工智能學(xué)習(xí)趣味性問題

采用線上教育和線下課堂教學(xué)有機結(jié)合的混合式學(xué)習(xí)，強調(diào)以學(xué)生為中心，充分發(fā)揮學(xué)生作為學(xué)習(xí)主體的積極性、主動性、創(chuàng)造性。

2.重組教材，整合設(shè)計大單元專題，提升知識的連貫性

本單元圍繞“智能交互益拓展”開展項目學(xué)習(xí)及課堂活動。在“人工智能觀”這一核心概念下，筆者將本單元拆解為三個部分，包含三個子主題意義，共六個課時。第一部分是理解基礎(chǔ)意義，學(xué)會感知社會發(fā)展中人工智能的積極作用，通過眾多案例理解人工智能扮演的角色。第二部分是挖掘主題的深層含義，學(xué)生通過生活場景思考解決問題所應(yīng)運用的智能設(shè)備，通過理論知識設(shè)計構(gòu)思應(yīng)該如何解決，形成解決方案后動手實踐，形成成果報告后匯報展示。第三部分是賦予主題自我的認(rèn)知，在完成前兩部分學(xué)習(xí)后，學(xué)生已深刻認(rèn)知知識本身，本部分的作用就是內(nèi)化知識、外化使用，提升思辨能力。

3.以問題為導(dǎo)向設(shè)計豐富教學(xué)活動，提升學(xué)生信息素養(yǎng)

創(chuàng)設(shè)問題情境，增強信息意識。本課通過分析問題，思考解決問題的途徑，用編程平臺實現(xiàn)人臉檢測功能，創(chuàng)設(shè)問題情境，既能從多個方面加深對相關(guān)知識的理解，又能有效地增強思維的廣闊性和深刻性，可謂一舉多得。

注重邏輯分析，培養(yǎng)計算思維。本課在實戰(zhàn)操作中以問題為導(dǎo)向，指導(dǎo)學(xué)生編譯人臉檢測的代碼，拋出如何進(jìn)行代碼準(zhǔn)確度的測試的問題，小組討論激發(fā)思考，收集圖片測試中出現(xiàn)的問題，過渡到下一層次—如何進(jìn)行問題的解決，引導(dǎo)學(xué)生自主思考，在實踐中自我提問自我回答，有效鍛煉學(xué)生的邏輯思維和運算思維能力。

精選開放活動，提升創(chuàng)新能力。本課在實戰(zhàn)操作中，鼓勵學(xué)生自發(fā)思考；學(xué)生在教師引導(dǎo)合理創(chuàng)新的鼓勵下，針對不同的問題，敞開思路，解決問題，推動創(chuàng)新思維與能力的提升。

實施多元評價，促進(jìn)反思能力。本課在成果展示環(huán)節(jié)，先運用極域進(jìn)行學(xué)生作品展示，請學(xué)生分享自己的問題和成果；再展開討論，解決問題，學(xué)生的思維又一次得到了升華，思維的深度和廣度得到了開拓。

● 教材分析

本節(jié)課選自粵教版信息技術(shù)教材必修1《數(shù)據(jù)與計算》第六章人工智能章節(jié)，了解人工智能的原理和應(yīng)用場景，對人工智能的后續(xù)學(xué)習(xí)具有重要的作用，是培養(yǎng)學(xué)生信息意識和信息社會責(zé)任的重要課程。

● 學(xué)情分析

本節(jié)課的授課對象是高中一年級的學(xué)生，剛進(jìn)入中學(xué)的他們渴求在新的環(huán)境中得到新的知識，對各學(xué)科抱有新奇感，尤其是編程這一新興又有挑戰(zhàn)的學(xué)科，相對其他學(xué)科具有一定的特殊性。在實施教學(xué)前，學(xué)生熟悉了輸入輸出、第三方庫等Python基礎(chǔ)知識點，理解了人臉檢測的過程，能夠使用OpenCV模塊編程實現(xiàn)人臉檢測。

● 教學(xué)目標(biāo)

知識與技能目標(biāo)：知道OpenCV模塊的含義，了解替換圖片并進(jìn)行標(biāo)注的實現(xiàn)過程。能使用OpenCV模塊編程實現(xiàn)替換檢測的圖像并進(jìn)行人臉標(biāo)注。

過程與方法目標(biāo)：通過回顧計算機找到人臉的過程，對應(yīng)程序找出讀取圖像代碼，替換圖像路徑即可替換檢測圖像。通過教師講解新知，實操修改線框的顏色和粗細(xì)。

情感態(tài)度與價值觀目標(biāo)：體驗利用人工智能技術(shù)解決問題帶來的樂趣，形成正確對待人工智能技術(shù)的意識。

● 教學(xué)環(huán)境與準(zhǔn)備

人工智能系列課程采用混合式學(xué)習(xí)的教學(xué)方式。本課分為理論講授和項目實踐兩部分，理論講授環(huán)節(jié)的授課地點在高清錄播教室，項目實踐環(huán)節(jié)的授課地點在計算機機房。機房計算機搭建了人工智能系列課程的專用平臺，用以實現(xiàn)代碼的編譯、結(jié)果的呈現(xiàn)。

混合式學(xué)習(xí)環(huán)境是基于混合式學(xué)習(xí)開展信息學(xué)人工智能模塊活動的基礎(chǔ)和保障，本系列課程中混合式學(xué)習(xí)環(huán)境包括網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源、互動交流軟件、面授學(xué)習(xí)環(huán)境等。

網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源主要包括講義、任務(wù)單、在線題目等，網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)資源的設(shè)計應(yīng)注意：其一，資源的多態(tài)性，即可設(shè)計文字、視頻、圖片等多種類型的資源以適用不同學(xué)習(xí)特性的學(xué)習(xí)者使用；其二，資源的交互性，提倡學(xué)習(xí)資源的設(shè)計要關(guān)注資源與學(xué)習(xí)者之間的交互；其三，資源的探索性，在學(xué)習(xí)資源中切不可直接呈現(xiàn)答案，要引導(dǎo)學(xué)生在探索的過程中開展學(xué)習(xí)，以發(fā)現(xiàn)式學(xué)習(xí)、探究性學(xué)習(xí)為佳；其四，資源的明確性，資源使用的時機與方式要明確地告知學(xué)生，利于提升學(xué)生學(xué)習(xí)效率。

互動交流軟件在混合式學(xué)習(xí)過程中主要發(fā)揮互動交流、展示表達(dá)等功能，師生之間可利用QQ、騰訊會議等軟件進(jìn)行溝通，也可通過博客等平臺發(fā)表展示自己的作品，還可通在線社區(qū)等平臺與異地的學(xué)習(xí)者進(jìn)行交流。

面授學(xué)習(xí)環(huán)境是指在線下學(xué)習(xí)環(huán)境中，學(xué)生與教師面對面開展的學(xué)習(xí)活動。在此環(huán)境下開展的教學(xué)活動應(yīng)充分發(fā)揮面授教學(xué)的優(yōu)勢，注重對學(xué)生學(xué)習(xí)疑惑問題的解答、對學(xué)生學(xué)習(xí)狀態(tài)的分析、對學(xué)生學(xué)習(xí)情感的解讀。

● 教學(xué)過程

1.優(yōu)美詩文，情境導(dǎo)入

師：大家一起看屏幕，有誰知道“人面不知何處去”的下一句是什么？

生：桃花依舊笑春風(fēng)。

師：大千世界有千百萬張面孔，請觀察課件里的三張圖片，你們是否都能通過觀察圖片，快速說出其中人臉的數(shù)量。

學(xué)生觀察圖片，教師預(yù)估，學(xué)生可以快速說出單個及少數(shù)人臉圖片中的人臉數(shù)量，而百人合照的圖片學(xué)生無法迅速說出數(shù)量。

設(shè)計意圖：導(dǎo)入部分采取了快問快答的游戲，讓學(xué)生在視覺沖擊和頭腦風(fēng)暴下思考機器進(jìn)行人臉檢測的意義及優(yōu)勢，引導(dǎo)學(xué)生類比人眼檢測人臉的過程，討論探究計算機檢測人臉的過程。

2.探究活動，認(rèn)知原理

活動一：思考人工智能人臉檢測技術(shù)的優(yōu)勢

師：基于剛剛的活動，請同學(xué)們思考一下，計算機識別人臉圖片的優(yōu)勢在哪里呢？

學(xué)生討論計算機識別人臉圖片的優(yōu)勢。

生：計算機更擅長于識別人臉數(shù)量眾多的圖片，識別速度快，準(zhǔn)確率高等。

活動二：總結(jié)人眼看到人臉的過程

師：了解了計算機識別人臉的優(yōu)勢，我們接著思考一下類比于人眼識別人臉的圖片。計算機識別人臉圖片的過程是什么呢？請同學(xué)們依據(jù)課件里總結(jié)的人眼識別人臉的圖片的過程—看到圖像→判斷圖像中是否有人臉→知道有多少人臉、分別在哪里，思考問題：對于機器來說，它是怎么找到人臉，實現(xiàn)人臉檢測的？

學(xué)生類比人眼識別的計算機識別過程。

生：讀取圖片→定位人臉→框選人臉。

活動三：體驗人臉檢測程序

體驗人臉檢測程序，找到人臉并將人臉進(jìn)行框選。

（1）體驗人臉檢測程序，找到人臉并將人臉框出來。

在教師下發(fā)學(xué)習(xí)資源包，給予部分程序代碼示意后，學(xué)生根據(jù)自身Python基礎(chǔ)，進(jìn)行上機實踐操作。

（2）在代碼運行完成后，教師請學(xué)生判斷，在計算機找到人臉的過程中，每個步驟都對應(yīng)一個程序模塊。

設(shè)計意圖：運用問答法引導(dǎo)學(xué)生循序漸進(jìn)思考，下發(fā)資源文件給予學(xué)生類比的模板，激發(fā)學(xué)生探究意識。教師協(xié)助學(xué)生完成代碼的編譯，通過引導(dǎo)學(xué)生分析計算機檢測人臉的每個步驟所對應(yīng)的程序模塊，加深學(xué)生對代碼的理解和原理的認(rèn)知。

3.做中學(xué)練，驗證時效

活動四：替換檢測圖片，體驗程序的準(zhǔn)確度變化

師：在編譯完人臉檢測程序后，為確保程序的合理準(zhǔn)確，我們應(yīng)如何進(jìn)行程序準(zhǔn)確度的檢測？

生：可以替換多張圖片，觀察是否都能準(zhǔn)確進(jìn)行識別。

師：對比人臉檢測程序，說一說每個步驟對應(yīng)的程序模塊，更換圖片需要調(diào)整哪部分的程序？

生：想要替換檢測圖片，更換圖片路徑即可。

教師演示更換圖片路徑的操作，講解OpenCV庫中讀取圖像的函數(shù)：imread(圖像路徑)。

學(xué)生上機操作，替換檢測圖片，體驗程序的準(zhǔn)確度變化。

活動五：修改線框的顏色和粗細(xì)，體驗程序框選結(jié)果的變化

師：在你們的操作中出現(xiàn)人臉面部被遮擋，或標(biāo)注位置不清晰的情況，應(yīng)當(dāng)如何解決？

學(xué)生小組探討，給出答案：修改線框的顏色和粗細(xì)。

師：閱讀程序，說說看哪行代碼可以設(shè)置線框的顏色和粗細(xì)？

學(xué)生找出對應(yīng)的程序模塊，預(yù)估他們知道模塊位置，但是不了解模塊具體含義。

師：（講解繪制線框這行代碼里參數(shù)所代表的意思）請你們思考，為什么（0，255，0）表示綠色？請查閱學(xué)習(xí)資源包思考回答。

學(xué)生學(xué)習(xí)RGB色彩模式。上機操作，修改線框的顏色和粗細(xì)，體驗程序結(jié)果的變化。

設(shè)計意圖：以問題為導(dǎo)向，指導(dǎo)學(xué)生編譯人臉檢測的代碼，拋出如何進(jìn)行代碼準(zhǔn)確度的測試的問題，通過小組討論激發(fā)思考，收集圖片測試中出現(xiàn)的問題，引導(dǎo)學(xué)生自主思考，在實踐中自我提問自我回答。

4.分享總結(jié)，課后迭代

師：請整理學(xué)習(xí)任務(wù)單上你們記錄的問題和探索的解決措施，分組進(jìn)行匯報總結(jié)。

學(xué)生描述在替換檢測圖片和修改線框的顏色和粗細(xì)中遇到的問題。

師：在大家匯報的問題中，其中一部分通過今天的學(xué)習(xí)你們已經(jīng)找到了解決的辦法。那其他諸如在操作中出現(xiàn)了模糊人臉被識別、漫畫人臉未識別、多個人臉漏識別的情況，又應(yīng)當(dāng)如何解決？

生：應(yīng)該精化算法，提高程序的準(zhǔn)確度（小組探討）。

師：目前，我們學(xué)習(xí)的算法比較簡單，所以無法全部解決當(dāng)下同學(xué)們發(fā)現(xiàn)的問題，從大家的總結(jié)中也能看出，目前人工智能技術(shù)在人臉檢測上還存在諸多問題，請大家思考總結(jié)一下，人工智能技術(shù)在人臉檢測上的優(yōu)劣勢分別是什么？作為學(xué)生，我們能為人工智能技術(shù)發(fā)展、為社會生活更加便捷高效做些什么？將思考結(jié)果記錄在任務(wù)學(xué)習(xí)單上。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生在問題中進(jìn)行反思和總結(jié)，在實踐中自我提升，在智能系統(tǒng)的體驗中感受人工智能的巨大價值，使其能客觀認(rèn)識人臉識別技術(shù)發(fā)展對社會的影響。

● 教學(xué)反思

1.重組教材，激發(fā)興趣

學(xué)生正處于學(xué)習(xí)Python的初級階段，對知識的趣味性比較敏感。在教授該階段的學(xué)生時，更應(yīng)該注意教材的梯度問題，合理進(jìn)行順序的調(diào)動和整合。

2.針對學(xué)情，化繁為簡

在人臉檢測程序?qū)W習(xí)初期，大段代碼帶來的知識難度可能過大，應(yīng)當(dāng)根據(jù)學(xué)生學(xué)情，進(jìn)行程序拆解，分模塊和步驟進(jìn)行順序講解，最后合成整段代碼，這樣既能避免學(xué)生一開始受大量知識沖擊而產(chǎn)生無力感，也能讓學(xué)生在一步一步的學(xué)習(xí)中體驗知識的積累。

3.把控時間，合理安排

在時間的安排上，最后對學(xué)案上的課后鞏固沒有與學(xué)生一起進(jìn)行學(xué)習(xí)、交流，只能留為作業(yè)，下節(jié)課進(jìn)行講解討論。對于這樣的安排后面需要進(jìn)行改進(jìn)，盡量讓學(xué)生能當(dāng)堂完成學(xué)案。