《人臉識別的秘密》教學設計

人臉識別的秘密基本信息學校浦江二中課名人臉識別的秘密教師姓名黃嘉偉課時第7課時年級六年級單元分析一、單元定位本單元內容選自新版《上海市初中信息科技學科教學基本要求》的“計算機系統(tǒng)”中的一個章節(jié)——人機交互，本單元在嘗試人機交互實驗的基礎上，能夠將自然語言轉變成腳本語言，并通過一系列的活動創(chuàng)作出作品，培養(yǎng)學生的想象力和創(chuàng)造力，形成屬于自己的作品設計與制作方案。同時本單元中還引入了人工智能平臺MachineLearningForKids，采用IBMWastonAPI結合Scratch，通過文字、圖像、聲音的三個方面的識別，讓學生在掌握Scratch的同時，能夠了解人工智能的相關知識，并做出具有交互性的人工智能Scratch作品。本單元分為上下2個部分，上半部分4課時為Scratch基本操作，通過垃圾分類1.0版本到3.0版本的制作，掌握人機交互模塊需要掌握的知識與技能；下半部分4課時結合人工智能平臺的Scratch體驗，引導學生在人機交互程序理解的基礎上對人工智能有所體驗。下圖為單元課時安排。二、對學科大概念的理解從“數(shù)據“層面，本單元的內容深度結合了人工智能的相關內容，在文字、圖像處理、語音處理上對于數(shù)據有兩方面的理解，一方面是數(shù)據內容，另一方面是數(shù)據量，從學生的角度上來說，他們需要對數(shù)據進行一定的選取與分析，使得數(shù)據本身具有一定的意義與價值，具體結合人工智能而言，就是選取有典型特征的數(shù)據，例如文字識別中分辨開心與不開心、圖像識別中分辨不同動物、人臉識別中人的面部特征、語音識別中稱述與提問；此外還要對于數(shù)據量進行深入的理解，由于人工智能的特殊性，其理解更趨向于大數(shù)據理解，學生在學習過程中可以體驗到數(shù)據量的不同對于人工智能識別精確度帶來的深刻影響。從“信息社會“層面，本單元的體驗重點也在于正確認識人工智能對于生活的影響，從文字語義理解到圖像識別，從人臉識別到語音助手，通過體驗深入了解人工智能在生活的方方面面的合理應用；此外，信息社會不僅僅是指信息時代的社會形態(tài)，更在于信息對生活產生的積極與消極的影響，學生在單元中還應從人工智能的兩面性，客觀的看待新技術的產生與發(fā)展。本課教學設計本課為單元下半部分人工智能Scratch人機交互程序中的3課時：人臉識別的秘密，使用MachinelearningForKids創(chuàng)建一個人臉識別模型，使用Scratch3.0設計與搭建一個人臉識別程序，通過拍照識別人臉并作出解鎖與鎖定的反應。一、教學目標知識與技能了解人臉識別的含義和基本原理。了解人臉識別的一般步驟。了解計算機圖形特征與特征值的含義。關注人臉識別優(yōu)勢與劣勢，體驗人臉識別對生活帶來的影響。過程與方法通過訓練人臉識別機器學習模型，了解人臉識別的含義和基本原理通過搭建人臉識別程序，了解人臉識別的一般步驟。通過游戲比較與活動感受計算機圖形特征與特征值的含義。情感態(tài)度與價值觀通過制作、觀察了解人臉識別的一般步驟，破除人臉識別的神秘感。通過思考與討論人臉識別的優(yōu)勢與劣勢，體驗人臉識別對生活帶來的影響。二、學習者分析本節(jié)課的教授對象是我所執(zhí)教的六（1）班，該班學生的特點是單純樸實、容易和老師親近、積極踴躍、有較強的表現(xiàn)欲。通過前面的對于人機交互的學習，學生掌握一定的人機交互編程技巧后，學生能夠使用基本的圖形化程序設計語言進行簡單的程序設計，但是對于很多原理性的知識如現(xiàn)代人工智能的原理以及目前的一些常用設備背后的技術不了解，本課基于學生在信息科技上常用的Moodle平臺與Scratch平臺，結合IBM推出的人工智能機器學習平臺對學生進行教學，學生在熟用的前提下引入人工智能激發(fā)他們興趣。三、教學重難點分析及解決措施【教學重點】靈活使用WatsonAPI接口模塊，實現(xiàn)人臉識別的功能?！緦W習難點】體會人臉特征值對于人臉識別程序的作用，感受人臉識別程序與人的認知異同四、教學設計教學環(huán)節(jié)教學內容學生活動設計意圖情景引入課前情景：雙胞胎姐妹解鎖IPAD的故事課前測試：人臉識別的一般步驟前測反饋課題引入：人工智能初體驗——人臉識別的秘密觀看視頻回答問題觀看演示文稿了解學生對于人臉識別的基本掌握情況，調整教學策略活動一、人臉識別機器模型搭建觀察人仔，找到不同點，學生展示手中人仔的不同點概念講解：特征提問：什么是人臉識別？（人臉識別是計算機通過特征識別人臉的過程）根據《活動一：人臉識別機器模型創(chuàng)建》創(chuàng)建人臉識別機器模型（直接進入活動二）觀察人仔，發(fā)現(xiàn)人仔的臉不同聽講特征概念學生總結特征人臉識別概念學生合作完成機器學習模型通過人仔的特征差別引入特征概念通過特征引出人臉識別的基本定義通過機器學習平臺創(chuàng)建一個人臉識別模型，感受特征提取過程活動二、人臉識別程序設計與搭建根據《活動二：人臉識別程序設計與搭建》完成人臉識別程序的組建程序測試與展示問題發(fā)現(xiàn)：制作的人臉識別程序有時候還是無法精確識別人臉設計人臉識別程序的流程根據操作手冊制作人臉識別程序通過Scratch3.0制作Scratch程序感受人臉識別操作部分的一般過程活動三、機器學習核心探秘問題：機器學習模型是如何認識人臉的？微視頻：特征值討論：a）導致識別精確度低的原因b）如何提高機器模型的識別率？討論：人臉識別的優(yōu)勢與不足帶著問題觀看微視頻學生討論分組討論，思路上傳通過微視頻感受了解機器學習模型內部人臉識別的過程通過思考討論，關注人臉