主講人：于洪海

于洪海

高級(jí)教師，北京市昌平區(qū)城北小學(xué)教育集團(tuán)教導(dǎo)處副主任，連續(xù)多年被評(píng)為昌平區(qū)學(xué)科帶頭人，承擔(dān)的北京市“十三五”教育技術(shù)課題已結(jié)題，北京市“十四五”教育規(guī)劃課題“集團(tuán)化辦學(xué)背景下雙師課堂教學(xué)模式構(gòu)建與實(shí)踐研究”處于開(kāi)題研究階段，多次參與國(guó)家級(jí)、市區(qū)級(jí)課題研究，近五年承擔(dān)區(qū)級(jí)以上評(píng)優(yōu)課25節(jié)，13篇論文獲市區(qū)級(jí)獎(jiǎng)勵(lì)，多篇論文在國(guó)家CN類(lèi)刊物上發(fā)表。

項(xiàng)目背景

教育部印發(fā)的《義務(wù)教育課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》要求強(qiáng)化學(xué)科探究和跨學(xué)科實(shí)踐，積極開(kāi)展主題性、項(xiàng)目式、綜合性的教學(xué)活動(dòng)。本課例通過(guò)跨學(xué)科的主題性教學(xué)活動(dòng)，讓學(xué)生多角度、多維度地參與認(rèn)知與實(shí)踐，培養(yǎng)他們綜合運(yùn)用知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力，更加全面、系統(tǒng)地提高核心素養(yǎng)。

課時(shí)分配

本課教學(xué)分為鍵盤(pán)、鼠標(biāo)、視頻（人體姿態(tài)識(shí)別）、語(yǔ)音控制角色4個(gè)課時(shí)，挖掘程序編寫(xiě)知識(shí)間的關(guān)聯(lián)性，整合教學(xué)知識(shí)點(diǎn)，讓學(xué)生圍繞控制對(duì)象這一主題性問(wèn)題進(jìn)行STEM課程的學(xué)習(xí)。

教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能：1.結(jié)合科學(xué)學(xué)科“人體對(duì)刺激的反應(yīng)”一課，了解人工智能概念及其在生活中的應(yīng)用。2.學(xué)會(huì)利用Scratch人體姿態(tài)識(shí)別控制角色。

過(guò)程與方法：1.培養(yǎng)學(xué)生利用程序解決問(wèn)題的信息意識(shí)，提高他們的計(jì)算思維。2.通過(guò)Scratch程序?qū)嵺`探究，體驗(yàn)計(jì)算機(jī)通過(guò)人體姿態(tài)識(shí)別控制角色的過(guò)程，感受信息科技的快速發(fā)展。

情感態(tài)度與價(jià)值觀：感受信息科技給人們生活、學(xué)習(xí)帶來(lái)的便捷與智能，激發(fā)學(xué)生對(duì)程序設(shè)計(jì)的探索欲望。

教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：學(xué)會(huì)利用Scratch人體姿態(tài)識(shí)別控制角色。

教學(xué)難點(diǎn)：完成基于Scratch人體姿態(tài)識(shí)別的“潛艇大戰(zhàn)”程序設(shè)計(jì)。

教學(xué)過(guò)程

一、復(fù)習(xí)導(dǎo)入

師：同學(xué)們，之前我們學(xué)習(xí)過(guò)用哪些方法可以控制潛艇在海底躲避石頭？

生：鍵盤(pán)控制、鼠標(biāo)控制。

師：你覺(jué)得還有哪些方法可以控制潛艇呢？（學(xué)生討論）

師：是的，我們還可以利用語(yǔ)音、顏色、手勢(shì)等來(lái)控制，這就需要計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別我們的聲音、手勢(shì)、表情以及物體的顏色、氣味等。計(jì)算機(jī)的識(shí)別能力就像在模仿人類(lèi)的大腦功能。之前五年級(jí)科學(xué)課第一課，我們學(xué)習(xí)過(guò)關(guān)于人體對(duì)外界的反應(yīng)——人能夠通過(guò)自己的感官感知世界，那么，人體的感官有哪幾種？

生：人體的感官分為視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、嗅覺(jué)、味覺(jué)和觸覺(jué)。

師：計(jì)算機(jī)也可以模仿人類(lèi)，擁有這五種感官的功能。計(jì)算機(jī)通過(guò)攝像頭、耳麥等設(shè)備捕獲到信息后，經(jīng)過(guò)信息處理分析并作出判斷，就可以執(zhí)行人們發(fā)出的指令，這一模擬人類(lèi)的行為，我們稱(chēng)為人工智能。

【設(shè)計(jì)意圖】引入跨學(xué)科小學(xué)五年級(jí)科學(xué)學(xué)科“人體對(duì)刺激的反應(yīng)”一課的知識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)人工智能的理解與認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生感受到很多科學(xué)創(chuàng)造都是來(lái)源于對(duì)自然界的模擬，感覺(jué)到新技術(shù)就在我們身邊，從而激起學(xué)生愛(ài)學(xué)、樂(lè)學(xué)信息科技的欲望。

師：今天我們來(lái)學(xué)習(xí)編寫(xiě)一個(gè)計(jì)算機(jī)通過(guò)攝像頭獲取信息，識(shí)別人體姿態(tài)來(lái)控制角色的程序，并基于此設(shè)計(jì)一個(gè)可以控制潛艇的程序。（板書(shū)：人體姿態(tài)識(shí)別）

二、學(xué)習(xí)新知

1.教師演示人體姿態(tài)識(shí)別——Scratch“口罩跟隨”程序，激發(fā)學(xué)生的好奇心和進(jìn)一步學(xué)習(xí)的興趣。

2.教師操作演示程序編寫(xiě)過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)程序編寫(xiě)的要點(diǎn)，培養(yǎng)他們的計(jì)算思維。

（1）導(dǎo)入角色

師：我們?cè)赟cratch編程中，首先要做的就是導(dǎo)入角色。

（2）確定指令

師：如何讓口罩角色在舞臺(tái)上跟著鼻子來(lái)回的移動(dòng)，第一步是讓它動(dòng)起來(lái)，這就需要確定運(yùn)動(dòng)指令集。

教師在講解運(yùn)動(dòng)指令集的過(guò)程中讓學(xué)生討論并排除不相干指令，選擇所使用的核心指令（如圖1）。

（3）獲取位置

那些視頻識(shí)別的程序，往往需要獲取視頻中人物、物體的位置?？谡质冀K戴在教師的鼻子上，那計(jì)算機(jī)就需要獲取教師鼻子的位置信息。Scratch中有一個(gè)擴(kuò)展指令集PoseNet，可以進(jìn)行人體姿態(tài)識(shí)別。我們可利用計(jì)算機(jī)識(shí)別人體姿態(tài)來(lái)獲取鼻子的位置。

教師演示添加擴(kuò)展指令集PoseNet。

（4）變量賦值

首先要確定指令。人體感知指令集共7個(gè)指令，我們先編寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單程序：?jiǎn)螕艟G旗開(kāi)始，打開(kāi)攝像頭，透明度為0（也就是攝像頭是完全清晰的）。圖2為獲取面部鼻子位置的指令。教師讓學(xué)生“讀出”這條指令，并討論是否僅獲取鼻子x軸位置即可。（學(xué)生通過(guò)操作理解并獲取y軸位置）

其次要給變量賦值。鼻子位置獲取后如何控制口罩呢？即鼻子移動(dòng)到任何位置，就需要將這個(gè)變化的位置值賦值給口罩，成為口罩移動(dòng)的位置。（把鼻子位置x軸的值給口罩x軸，把鼻子位置y軸值給口罩y軸，這個(gè)過(guò)程我們稱(chēng)為變量賦值）

教師演示程序，學(xué)生發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)只發(fā)生了一次就會(huì)停止，教師此時(shí)引導(dǎo)出循環(huán)指令的概念（如圖3）。

3.教師出示任務(wù)：制作“口罩跟隨”程序。

【設(shè)計(jì)意圖】教師引導(dǎo)學(xué)生了解程序設(shè)計(jì)的思維過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生從“目標(biāo)”實(shí)現(xiàn)到指令尋求的逆向思維過(guò)程，提升學(xué)生自我分析、判斷、選擇的能力，通過(guò)板書(shū)“程序?qū)崿F(xiàn)過(guò)程”加深學(xué)生的印象，發(fā)展學(xué)生計(jì)算思維。

三、實(shí)踐鞏固

教師布置實(shí)踐任務(wù)：人體姿態(tài)識(shí)別控制潛艇，制作“潛艇大戰(zhàn)”程序。

學(xué)生之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了利用鍵盤(pán)、鼠標(biāo)控制潛艇，將鼠標(biāo)控制潛艇角色的程序更改為人體姿態(tài)識(shí)別控制（如圖4），教師巡視指導(dǎo)。程序?qū)崿F(xiàn)效果如圖5。

四、展示交流

學(xué)生展示人體姿態(tài)識(shí)別控制的“潛艇大戰(zhàn)”程序。學(xué)生間互評(píng)“潛艇大戰(zhàn)”程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)和不足，最后教師再進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，實(shí)現(xiàn)多種評(píng)價(jià)方式相結(jié)合。

【設(shè)計(jì)意圖】調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)積極性，通過(guò)展示、互評(píng)，培養(yǎng)學(xué)生分析判斷的能力。

五、課后拓展

學(xué)生可繼續(xù)更改“潛艇大戰(zhàn)”的程序設(shè)計(jì)，如利用手勢(shì)、語(yǔ)音控制潛艇的運(yùn)動(dòng)。

【設(shè)計(jì)意圖】激發(fā)學(xué)生進(jìn)一步探究的欲望，有能力并且有持續(xù)深入學(xué)習(xí)想法的學(xué)生能在課下進(jìn)行深入的鉆研。

實(shí)踐反思

1.強(qiáng)化跨學(xué)科綜合性教學(xué)實(shí)踐

本單元圍繞“角色控制”這一主題性問(wèn)題，融入科學(xué)學(xué)科中“人體對(duì)刺激的反應(yīng)”一課，讓學(xué)生體會(huì)到人工智能實(shí)際就是計(jì)算機(jī)模擬人類(lèi)行為進(jìn)行識(shí)別、判斷的過(guò)程。教師通過(guò)任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)，讓學(xué)生多角度、多維度地參與實(shí)踐，培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力。

2.有目的地培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維

培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)和探究的能力。在程序教學(xué)中，教師以“導(dǎo)入角色—確定指令—獲取位置—變量賦值”四個(gè)步驟講解人體姿態(tài)識(shí)別控制角色的實(shí)現(xiàn)途徑，讓學(xué)生感受如何進(jìn)行程序設(shè)計(jì)，有助于培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)和探究的能力。

培養(yǎng)學(xué)生判斷、選擇指令的思維能力。教師讓學(xué)生“讀出”指令，目的是培養(yǎng)學(xué)生理解與判斷指令的能力。教師在教學(xué)選擇指令集、關(guān)鍵指令的過(guò)程中，讓學(xué)生經(jīng)歷先判斷指令集，再排除、選擇指令的過(guò)程，培養(yǎng)他們自我分析、判斷、選擇指令的能力。

專(zhuān)家點(diǎn)評(píng)

新課標(biāo)要求合理優(yōu)化課程設(shè)置，開(kāi)展主題性的教學(xué)活動(dòng)。本課教學(xué)屬于Scratch程序編寫(xiě)中強(qiáng)化跨學(xué)科STEM教學(xué)實(shí)踐之一。本課對(duì)角色的控制進(jìn)行合理的課程安排，挖掘程序編寫(xiě)知識(shí)間的關(guān)聯(lián)性，以實(shí)例進(jìn)行“大單元”教學(xué)設(shè)計(jì)，優(yōu)化了課程設(shè)置，增強(qiáng)了課程實(shí)踐性、科學(xué)性。（北京市昌平區(qū)教師進(jìn)修學(xué)校 陳軍）