《人臉識(shí)別的秘密》教學(xué)設(shè)計(jì)

人臉識(shí)別的秘密基本信息學(xué)校浦江二中課名人臉識(shí)別的秘密教師姓名黃嘉偉課時(shí)第7課時(shí)年級(jí)六年級(jí)單元分析一、單元定位本單元內(nèi)容選自新版《上海市初中信息科技學(xué)科教學(xué)基本要求》的“計(jì)算機(jī)系統(tǒng)”中的一個(gè)章節(jié)——人機(jī)交互，本單元在嘗試人機(jī)交互實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，能夠?qū)⒆匀徽Z言轉(zhuǎn)變成腳本語言，并通過一系列的活動(dòng)創(chuàng)作出作品，培養(yǎng)學(xué)生的想象力和創(chuàng)造力，形成屬于自己的作品設(shè)計(jì)與制作方案。同時(shí)本單元中還引入了人工智能平臺(tái)MachineLearningForKids，采用IBMWastonAPI結(jié)合Scratch，通過文字、圖像、聲音的三個(gè)方面的識(shí)別，讓學(xué)生在掌握Scratch的同時(shí)，能夠了解人工智能的相關(guān)知識(shí)，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(gè)部分，上半部分4課時(shí)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(jī)交互模塊需要掌握的知識(shí)與技能；下半部分4課時(shí)結(jié)合人工智能平臺(tái)的Scratch體驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生在人機(jī)交互程序理解的基礎(chǔ)上對人工智能有所體驗(yàn)。下圖為單元課時(shí)安排。二、對學(xué)科大概念的理解從“數(shù)據(jù)“層面，本單元的內(nèi)容深度結(jié)合了人工智能的相關(guān)內(nèi)容，在文字、圖像處理、語音處理上對于數(shù)據(jù)有兩方面的理解，一方面是數(shù)據(jù)內(nèi)容，另一方面是數(shù)據(jù)量，從學(xué)生的角度上來說，他們需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的選取與分析，使得數(shù)據(jù)本身具有一定的意義與價(jià)值，具體結(jié)合人工智能而言，就是選取有典型特征的數(shù)據(jù)，例如文字識(shí)別中分辨開心與不開心、圖像識(shí)別中分辨不同動(dòng)物、人臉識(shí)別中人的面部特征、語音識(shí)別中稱述與提問；此外還要對于數(shù)據(jù)量進(jìn)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(jù)理解，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中可以體驗(yàn)到數(shù)據(jù)量的不同對于人工智能識(shí)別精確度帶來的深刻影響。從“信息社會(huì)“層面，本單元的體驗(yàn)重點(diǎn)也在于正確認(rèn)識(shí)人工智能對于生活的影響，從文字語義理解到圖像識(shí)別，從人臉識(shí)別到語音助手，通過體驗(yàn)深入了解人工智能在生活的方方面面的合理應(yīng)用；此外，信息社會(huì)不僅僅是指信息時(shí)代的社會(huì)形態(tài)，更在于信息對生活產(chǎn)生的積極與消極的影響，學(xué)生在單元中還應(yīng)從人工智能的兩面性，客觀的看待新技術(shù)的產(chǎn)生與發(fā)展。本課教學(xué)設(shè)計(jì)本課為單元下半部分人工智能Scratch人機(jī)交互程序中的3課時(shí)：人臉識(shí)別的秘密，使用MachinelearningForKids創(chuàng)建一個(gè)人臉識(shí)別模型，使用Scratch3.0設(shè)計(jì)與搭建一個(gè)人臉識(shí)別程序，通過拍照識(shí)別人臉并作出解鎖與鎖定的反應(yīng)。一、教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能了解人臉識(shí)別的含義和基本原理。了解人臉識(shí)別的一般步驟。了解計(jì)算機(jī)圖形特征與特征值的含義。關(guān)注人臉識(shí)別優(yōu)勢與劣勢，體驗(yàn)人臉識(shí)別對生活帶來的影響。過程與方法通過訓(xùn)練人臉識(shí)別機(jī)器學(xué)習(xí)模型，了解人臉識(shí)別的含義和基本原理通過搭建人臉識(shí)別程序，了解人臉識(shí)別的一般步驟。通過游戲比較與活動(dòng)感受計(jì)算機(jī)圖形特征與特征值的含義。情感態(tài)度與價(jià)值觀通過制作、觀察了解人臉識(shí)別的一般步驟，破除人臉識(shí)別的神秘感。通過思考與討論人臉識(shí)別的優(yōu)勢與劣勢，體驗(yàn)人臉識(shí)別對生活帶來的影響。二、學(xué)習(xí)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(xué)生的特點(diǎn)是單純樸實(shí)、容易和老師親近、積極踴躍、有較強(qiáng)的表現(xiàn)欲。通過前面的對于人機(jī)交互的學(xué)習(xí)，學(xué)生掌握一定的人機(jī)交互編程技巧后，學(xué)生能夠使用基本的圖形化程序設(shè)計(jì)語言進(jìn)行簡單的程序設(shè)計(jì)，但是對于很多原理性的知識(shí)如現(xiàn)代人工智能的原理以及目前的一些常用設(shè)備背后的技術(shù)不了解，本課基于學(xué)生在信息科技上常用的Moodle平臺(tái)與Scratch平臺(tái)，結(jié)合IBM推出的人工智能機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)對學(xué)生進(jìn)行教學(xué)，學(xué)生在熟用的前提下引入人工智能激發(fā)他們興趣。三、教學(xué)重難點(diǎn)分析及解決措施【教學(xué)重點(diǎn)】靈活使用WatsonAPI接口模塊，實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別的功能。【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】體會(huì)人臉特征值對于人臉識(shí)別程序的作用，感受人臉識(shí)別程序與人的認(rèn)知異同四、教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)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(shí)別的一般步驟前測反饋課題引入：人工智能初體驗(yàn)——人臉識(shí)別的秘密觀看視頻回答問題觀看演示文稿了解學(xué)生對于人臉識(shí)別的基本掌握情況，調(diào)整教學(xué)策略活動(dòng)一、人臉識(shí)別機(jī)器模型搭建觀察人仔，找到不同點(diǎn)，學(xué)生展示手中人仔的不同點(diǎn)概念講解：特征提問：什么是人臉識(shí)別？（人臉識(shí)別是計(jì)算機(jī)通過特征識(shí)別人臉的過程）根據(jù)《活動(dòng)一：人臉識(shí)別機(jī)器模型創(chuàng)建》創(chuàng)建人臉識(shí)別機(jī)器模型（直接進(jìn)入活動(dòng)二）觀察人仔，發(fā)現(xiàn)人仔的臉不同聽講特征概念學(xué)生總結(jié)特征人臉識(shí)別概念學(xué)生合作完成機(jī)器學(xué)習(xí)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(shí)別的基本定義通過機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)創(chuàng)建一個(gè)人臉識(shí)別模型，感受特征提取過程活動(dòng)二、人臉識(shí)別程序設(shè)計(jì)與搭建根據(jù)《活動(dòng)二：人臉識(shí)別程序設(shè)計(jì)與搭建》完成人臉識(shí)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(shí)別程序有時(shí)候還是無法精確識(shí)別人臉設(shè)計(jì)人臉識(shí)別程序的流程根據(jù)操作手冊制作人臉識(shí)別程序通過Scratch3.0制作Scratch程序感受人臉識(shí)別操作部分的一般過程活動(dòng)三、機(jī)器學(xué)習(xí)核心探秘問題：機(jī)器學(xué)習(xí)模型是如何認(rèn)識(shí)人臉的？微視頻：特征值討論：a）導(dǎo)致識(shí)別精確度低的原因b）如何提高機(jī)器模型的識(shí)別率？討論：人臉識(shí)別的優(yōu)勢與不足帶著問題觀看微視頻學(xué)生討論分組討論，思路上傳通過微視頻感受了解機(jī)器學(xué)習(xí)模型內(nèi)部人臉識(shí)別的過程通過思考討論，關(guān)注人臉