許佳潔

● 教材分析

本課借助生活中的應(yīng)用引導(dǎo)學(xué)生了解人工智能，通過完善“猜拳游戲”和編寫腳本識(shí)別口罩佩戴情況，讓學(xué)生體驗(yàn)人工智能模塊，感知機(jī)器學(xué)習(xí)的完整過程。

● 學(xué)情分析

本節(jié)課的教學(xué)對(duì)象是四年級(jí)學(xué)生，剛開始學(xué)習(xí)慧編程軟件，學(xué)生編程能力有差距，所以在編寫“識(shí)別口罩佩戴”的腳本時(shí)，放寬要求，使用基本積木塊即可。

● 教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能目標(biāo)：①初步了解人工智能的概念，知道人工智能在生活中的常見應(yīng)用;②初步了解機(jī)器學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，能完善“機(jī)器學(xué)習(xí)”的“訓(xùn)練模型”;③初步體驗(yàn)慧編程軟件中的人工智能模塊，能實(shí)現(xiàn)基本的人機(jī)交互。

過程與方法目標(biāo)：①通過觀看視頻、操作實(shí)踐，了解人工智能的概念;②通過完善“猜拳游戲”人機(jī)對(duì)戰(zhàn)，體會(huì)機(jī)器學(xué)習(xí)的檢驗(yàn);③通過編寫程序?qū)崿F(xiàn)“識(shí)別口罩佩戴”，感知機(jī)器學(xué)習(xí)的應(yīng)用;④通過自主探究與團(tuán)隊(duì)合作，提升發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力。

情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：①培養(yǎng)信息意識(shí)，提升計(jì)算思維能力;②感受科技對(duì)生活帶來的改變，激發(fā)愛科學(xué)、學(xué)科學(xué)、用科學(xué)的熱情。

行為與創(chuàng)新目標(biāo)：鼓勵(lì)學(xué)生多思考多表達(dá)，激發(fā)其學(xué)習(xí)和探究的興趣，引導(dǎo)其創(chuàng)想未來世界，嘗試用智慧改變生活。

● 教學(xué)重難點(diǎn)

重點(diǎn)：了解人工智能的概念，感受生活中的人工智能，體驗(yàn)機(jī)器學(xué)習(xí)的過程。

難點(diǎn)：在慧編程中創(chuàng)建較準(zhǔn)確的機(jī)器學(xué)習(xí)訓(xùn)練模型，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的應(yīng)用。

● 教學(xué)過程

1.了解人工智能

（1）智能語音助手“小愛同學(xué)”

師：同學(xué)們，你們了解人工智能嗎？看看這個(gè)詞——人工智能，是不是很容易聯(lián)想到科幻電影里的機(jī)器人？它有人的外表，能交流思考，而且很強(qiáng)大，能做很多人類無法輕松實(shí)現(xiàn)的事。這節(jié)課我們就要來體驗(yàn)人工智能。大家看這些是什么？（出示課件）

生：鬧鐘、計(jì)算器、開關(guān)、導(dǎo)航、音箱。

師：你們看到的這些生活物品，都可以進(jìn)化成人工智能產(chǎn)品，甚至把這些功能都集合到一個(gè)產(chǎn)品上（播放《小愛同學(xué)宣傳片》），看完這個(gè)視頻，你的感受是什么？

生：“小愛同學(xué)”很能干……

師：這么厲害的“小愛同學(xué)”就是一款人工智能軟件。老師的手機(jī)里也有“小愛同學(xué)”，你能學(xué)著視頻里那樣，對(duì)它發(fā)出指令嗎？

生1：小愛同學(xué)，今天天氣怎樣？

生2：小愛同學(xué)，863×2032+1234×432=？

……

師：這不就是生活中計(jì)算器的功能嗎？小愛同學(xué)還是個(gè)翻譯家呢，真是功能強(qiáng)大的人工智能生活助手呀。

設(shè)計(jì)意圖：從生活中學(xué)生熟悉的物品引入新知，能讓學(xué)生容易了解這些物品的功能。從看視頻了解“小愛同學(xué)”，到親自體驗(yàn)對(duì)話，學(xué)生的積極性被調(diào)動(dòng)起來，同時(shí)拉近了學(xué)生與新知的距離，為學(xué)生初步了解“人工智能”打好基礎(chǔ)。

（2）生活中的人工智能應(yīng)用

師：如今，人工智能產(chǎn)品已經(jīng)滲透到了日常生活的方方面面，如掃地機(jī)器人、天貓精靈、智能門鎖、智能馬桶、智能手環(huán)、無人駕駛。讓機(jī)器會(huì)思考、能感知、懂判斷，模擬人的智能行為，人工智能就是這樣一門用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的科學(xué)技術(shù)。接下來我們將進(jìn)一步體驗(yàn)人工智能。

設(shè)計(jì)意圖：從人工智能軟件系統(tǒng)到實(shí)物產(chǎn)品，仍然立足于學(xué)生能接觸到的生活物品，但從不同的方面，讓學(xué)生感知人工智能的應(yīng)用，增加學(xué)生的參與度，激發(fā)學(xué)習(xí)和探究興趣。小結(jié)時(shí)，以文字形式出示“人工智能”的概念，建立表象，強(qiáng)化基礎(chǔ)認(rèn)知。

2.了解機(jī)器學(xué)習(xí)

（1）完善“猜拳游戲”

師：在學(xué)習(xí)前，先來玩?zhèn)€游戲——“石頭剪刀布”（師生對(duì)戰(zhàn)）。這樣的人人對(duì)戰(zhàn)大家玩得比較多，那你有沒有和機(jī)器玩過猜拳游戲呢？想不想試試？先在慧編程中打開“猜拳游戲”，在積木區(qū)找到“機(jī)器學(xué)習(xí)”，點(diǎn)擊“打開識(shí)別窗口”，手對(duì)著攝像頭做出石頭、剪刀、布的動(dòng)作，看窗口的下面，計(jì)算機(jī)會(huì)識(shí)別出我的手勢(shì)。接著按下空格鍵，計(jì)算機(jī)隨機(jī)出拳。最后，計(jì)算機(jī)將識(shí)別到的手勢(shì)結(jié)果與計(jì)算機(jī)中隨機(jī)出拳的結(jié)果相比較，判定勝負(fù)，宣布結(jié)果。誰勇于挑戰(zhàn)機(jī)器？（一位學(xué)生上臺(tái)，人機(jī)對(duì)戰(zhàn)，當(dāng)學(xué)生出“布”時(shí)，計(jì)算機(jī)的判斷結(jié)果出錯(cuò)）咦，怎么了？仔細(xì)觀察，你有什么發(fā)現(xiàn)？

生：出“布”的時(shí)候，計(jì)算機(jī)的識(shí)別不正確。計(jì)算機(jī)認(rèn)識(shí)“石頭”和“剪刀”，但是不認(rèn)識(shí)“布”，一出“布”，就有錯(cuò)誤。

師：真棒，你們都有一雙善于發(fā)現(xiàn)的眼睛。要想解決這個(gè)問題，我們就要教計(jì)算機(jī)認(rèn)識(shí)“布”。在“機(jī)器學(xué)習(xí)”中，有個(gè)“訓(xùn)練模型”，點(diǎn)開后有三個(gè)分類，分別是“石頭”“剪刀”和“布”。當(dāng)我們對(duì)著攝像頭做出相應(yīng)的手勢(shì)，點(diǎn)這個(gè)分類的“學(xué)習(xí)”時(shí)，計(jì)算機(jī)就會(huì)把我們的手勢(shì)記錄為該分類下的樣本。人出拳時(shí)，計(jì)算機(jī)會(huì)將人的手勢(shì)動(dòng)作與模型中三個(gè)分類進(jìn)行匹配，判斷的結(jié)果為匹配程度最高的動(dòng)作?，F(xiàn)在是識(shí)別不出“布”，那我重置“布”的樣本，清空后重新學(xué)習(xí)?，F(xiàn)在出“布”，看右邊的識(shí)別結(jié)果，對(duì)了嗎？然后點(diǎn)“使用模型”就可以了，再來挑戰(zhàn)一次。（之前的學(xué)生再次對(duì)戰(zhàn)后，另外請(qǐng)一位學(xué)生體驗(yàn)）

嗯，計(jì)算機(jī)對(duì)不同的手做的手勢(shì)也都能識(shí)別出來，有更大進(jìn)步了。像這樣，從訓(xùn)練模型到檢驗(yàn)再到應(yīng)用的整個(gè)過程就是“機(jī)器學(xué)習(xí)”，機(jī)器通過這樣的“學(xué)習(xí)”，具備像人一樣的智能。那你們覺得要怎樣才能提高計(jì)算機(jī)的識(shí)別準(zhǔn)確度？

生1：換不同的手作為樣本。

生2：做好手勢(shì)，調(diào)整不同的角度進(jìn)行學(xué)習(xí)。

……

師：大家都很善于思考，計(jì)算機(jī)像我們?nèi)艘粯?，學(xué)得越多越聰明，學(xué)得越多識(shí)別能力也就越強(qiáng)。好，抓緊訓(xùn)練你的計(jì)算機(jī)吧。（學(xué)生完善“猜拳游戲”，展示作品）你是第一個(gè)完成的，有什么好的經(jīng)驗(yàn)技巧分享呢？還有什么想提醒其他同學(xué)注意的嗎？（生：要換不同的手，不同的角度學(xué)習(xí)樣本）

設(shè)計(jì)意圖：從人與人對(duì)戰(zhàn)的游戲，到人與機(jī)器對(duì)戰(zhàn)，不斷保持學(xué)生的學(xué)習(xí)主動(dòng)性。實(shí)際體驗(yàn)后，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，并試著分析問題、解決問題，培養(yǎng)信息意識(shí)，提升思維能力。四年級(jí)學(xué)生剛接觸慧編程軟件，所以細(xì)致講解操作步驟，降低軟件使用方面的難度，重在通過游戲案例，了解機(jī)器是怎樣學(xué)習(xí)的。

（2）設(shè)計(jì)“識(shí)別口罩佩戴”的程序

師：同學(xué)們，“機(jī)器學(xué)習(xí)”就是人工智能的核心，除了這樣的游戲應(yīng)用，它更能植入我們的生活，讓我們的生命得到保障。目前，我國仍處于疫情防控戰(zhàn)時(shí)狀態(tài)，雖然我們這是低風(fēng)險(xiǎn)區(qū)，校園內(nèi)可以不戴口罩，但自我保護(hù)不可松懈。有些同學(xué)在上學(xué)途中才發(fā)現(xiàn)忘戴口罩，你能不能通過人工智能，設(shè)計(jì)一個(gè)“識(shí)別口罩佩戴”的程序，提醒同學(xué)們出門時(shí)戴好口罩呢？想一想，“識(shí)別口罩佩戴”和我們剛才的“猜拳游戲”，有沒有相通的地方？（引導(dǎo)學(xué)生說出“戴口罩”“未戴口罩”和“口罩佩戴不規(guī)范”三種情況）

生：“猜拳游戲”是識(shí)別“石頭”“剪刀”“布”的手勢(shì)，“識(shí)別口罩佩戴”就是換三種分類進(jìn)行識(shí)別。

師：解讀非常到位，為他點(diǎn)贊。同學(xué)們，我們已經(jīng)分析了要讓計(jì)算機(jī)識(shí)別這三種情況，通過“機(jī)器學(xué)習(xí)”就可以完成樣本學(xué)習(xí)，那到底該怎么讓計(jì)算機(jī)聽我們的話，根據(jù)口罩佩戴情況發(fā)出提醒呢？

生：編寫程序。

師：對(duì)，要實(shí)現(xiàn)與計(jì)算機(jī)的溝通，編程必不可少。之前的程序是老師給大家的，現(xiàn)在要你們自己編寫了，有沒有信心？（生：有）現(xiàn)在請(qǐng)大家自學(xué)教材，新建文件，添加“機(jī)器學(xué)習(xí)”和“人工智能”擴(kuò)展模塊，并且使用其中的“語音交互”，結(jié)合“如果……那么……”積木塊，完成程序編寫。特別提醒大家，想一想怎樣可以提高識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確率。

學(xué)生操作，教師巡回。學(xué)生作品展示。

師：在整個(gè)過程中，你們有什么困惑嗎？誰能幫助解惑答疑？（學(xué)生回答）同學(xué)們，剛才咱們完善了“猜拳游戲”，編寫了“識(shí)別口罩佩戴”的程序，體驗(yàn)了人工智能的一些應(yīng)用。那你們覺得，在校園里，還有哪些地方或者物品可以應(yīng)用人工智能技術(shù)，給校園生活帶來便利的嗎？

生1：進(jìn)校門智能測(cè)溫。

生2：教室的環(huán)境衛(wèi)生、空氣質(zhì)量智能檢測(cè)。

……

設(shè)計(jì)意圖：從“猜拳游戲”的模型訓(xùn)練，聯(lián)想到“識(shí)別口罩佩戴”的相關(guān)情況，對(duì)比學(xué)習(xí)，學(xué)生輕松實(shí)現(xiàn)知識(shí)的遷移和應(yīng)用。此時(shí)再加入編程教學(xué)，強(qiáng)調(diào)編程的重要性，為今后的學(xué)習(xí)鋪墊。學(xué)生自學(xué)教材，初步體驗(yàn)“人工智能”模塊，合作學(xué)習(xí)完成程序編寫，促進(jìn)學(xué)生自主探究和合作能力的提升。

3.暢想人工智能時(shí)代

師：隨著人工智能應(yīng)用的領(lǐng)域越來越多，更多的人可以從繁重的勞動(dòng)中解放出來。如果你是科學(xué)家，想設(shè)計(jì)什么來優(yōu)化我們的生活？（學(xué)生回答）大家的想法都很有創(chuàng)意。大家現(xiàn)在努力學(xué)習(xí)知識(shí)，將來一定能用自己的智慧創(chuàng)造生活，改變生活！

設(shè)計(jì)意圖：從生活中的物品引入，最后回歸到生活中的應(yīng)用，立足于真實(shí)情境，學(xué)生嘗試運(yùn)用所學(xué)解決實(shí)際問題，從課堂走向生活，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)的拓展、思考的延伸和能力的提高。從校園內(nèi)的應(yīng)用到校園外的應(yīng)用，鼓勵(lì)學(xué)生暢想和表達(dá)，感受科技發(fā)展帶來的改變，激發(fā)學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)探究的熱情。

● 教學(xué)反思

本課從觀看視頻、操作體驗(yàn)智能語音助手開始，經(jīng)過完善游戲、編寫程序的實(shí)踐，再到暢想未來生活，讓學(xué)生對(duì)“人工智能”的概念有所了解，并準(zhǔn)確掌握了“機(jī)器學(xué)習(xí)”中樣本多樣化的特點(diǎn)，感知了相關(guān)功能模塊，并能運(yùn)用它來解決生活實(shí)際問題，整體完成度高。

不足之處：第一，本課教學(xué)伊始，預(yù)設(shè)用“你了解人工智能嗎？”這個(gè)提問引發(fā)學(xué)生聯(lián)想，鼓勵(lì)學(xué)生大膽說出自己的認(rèn)知，但在實(shí)際授課時(shí)，這個(gè)問題太抽象，范圍大，學(xué)生無從答起。如果調(diào)換一下順序，在體驗(yàn)了解了人工智能軟件系統(tǒng)和生活應(yīng)用后，讓學(xué)生說說自己理解的人工智能，應(yīng)該能激發(fā)學(xué)生的思考、聽到學(xué)生的見解。第二，在教學(xué)“機(jī)器學(xué)習(xí)”時(shí)，學(xué)生先是體驗(yàn)“猜拳游戲”發(fā)現(xiàn)問題，在教師的指導(dǎo)下了解“模型訓(xùn)練”并解決問題。此時(shí)，課件出示“機(jī)器學(xué)習(xí)”的完整過程，即“訓(xùn)練”“檢驗(yàn)”和“應(yīng)用”，直觀呈現(xiàn)，讓學(xué)生強(qiáng)化認(rèn)知。學(xué)生印象最深的是“訓(xùn)練”，對(duì)“檢驗(yàn)”和“應(yīng)用”卻聯(lián)系不起來，如果依次講解，體驗(yàn)到哪一環(huán)節(jié)，就具體說明，這樣指向明確，學(xué)生對(duì)“機(jī)器學(xué)習(xí)”過程就能了解得更清楚。第三，第二環(huán)節(jié)“識(shí)別口罩佩戴”程序完成后的小結(jié)，可以與前面的內(nèi)容呼應(yīng)并拓展，這樣能促使學(xué)生對(duì)人工智能的應(yīng)用有進(jìn)一步的感知和思考。