陸航 湖北省武漢市第四十九中學(xué)

●創(chuàng)新整合點(diǎn)

多媒體技術(shù)：通過(guò)影片剪輯、效果圖、短視頻等多媒體技豐富課堂內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

課堂實(shí)時(shí)調(diào)查：設(shè)計(jì)一份課堂實(shí)時(shí)的調(diào)查問(wèn)卷，實(shí)時(shí)展示課堂調(diào)查任務(wù)的結(jié)果，調(diào)動(dòng)學(xué)生參與熱情，課堂數(shù)據(jù)得到及時(shí)反饋。

開(kāi)源人工智能實(shí)驗(yàn)：提前部署了一套開(kāi)源的表情識(shí)別系統(tǒng)，邀請(qǐng)學(xué)生參與體驗(yàn)，感受技術(shù)進(jìn)步，展示智能技術(shù)魅力。

所見(jiàn)即所得的工具平臺(tái)：采用圖形化、模塊化的實(shí)踐操作平臺(tái)，簡(jiǎn)單易用，滿(mǎn)足不同技術(shù)水平的學(xué)生。

●教材分析

本節(jié)課選自教科版信息技術(shù)（2019）選擇性必修4《人工智能初步》第四單元第四節(jié)《人臉識(shí)別及其應(yīng)用》，以人臉識(shí)別技術(shù)作為背景，以表情識(shí)別作為實(shí)踐，讓學(xué)生體驗(yàn)人工智能的應(yīng)用。

本節(jié)課內(nèi)容包含“表情識(shí)別的應(yīng)用和原理”和“表情識(shí)別的實(shí)現(xiàn)和風(fēng)險(xiǎn)”兩個(gè)主要任務(wù)。任務(wù)一主要是了解表情識(shí)別的應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)自身觀察表情的識(shí)別過(guò)程，了解其技術(shù)原理；任務(wù)二主要是體驗(yàn)表情識(shí)別并動(dòng)手實(shí)現(xiàn)表情識(shí)別，完成試驗(yàn)后討論思考表情識(shí)別可能存在的風(fēng)險(xiǎn)。

此節(jié)內(nèi)容可以讓學(xué)生通過(guò)表情識(shí)別技術(shù)的學(xué)習(xí)初步掌握人工智能中人臉識(shí)別的相關(guān)知識(shí)，了解機(jī)器學(xué)習(xí)的基本原理和過(guò)程并動(dòng)手實(shí)踐，引導(dǎo)學(xué)生思考表情識(shí)別存在的風(fēng)險(xiǎn)，滿(mǎn)足智能時(shí)代的知識(shí)需求，提升學(xué)習(xí)人工智能的興趣，發(fā)展信息意識(shí)和鍛煉計(jì)算思維，增強(qiáng)智能社會(huì)的責(zé)任感。

●學(xué)情分析

本次教學(xué)對(duì)象為武漢市第四十九中學(xué)高一（5）班學(xué)生，學(xué)生有一定的信息技術(shù)基礎(chǔ)，學(xué)生在日常生活中已經(jīng)接觸了大量的人工智能應(yīng)用實(shí)例，對(duì)人工智能有了很多的直觀感受和實(shí)際使用體驗(yàn)。

學(xué)校開(kāi)設(shè)了與人工智能相關(guān)的課程，除了信息技術(shù)課程，還開(kāi)設(shè)了人工智能相關(guān)選修課，如智能機(jī)器人、無(wú)人機(jī)和創(chuàng)客培訓(xùn)等，但只有部分學(xué)生參與。大部分學(xué)生對(duì)表情識(shí)別都很陌生，甚至是第一次聽(tīng)說(shuō)，但人臉識(shí)別技術(shù)和相關(guān)產(chǎn)品大部分都了解和使用過(guò)。大部分學(xué)生對(duì)人工智能的認(rèn)識(shí)還停留在“見(jiàn)過(guò)”“用過(guò)”這個(gè)階段，但是對(duì)人工智能背后的相關(guān)技術(shù)原理等方面還缺乏系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)人臉識(shí)別可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)還存在一定的混淆和模糊認(rèn)識(shí)。

針對(duì)學(xué)情，本節(jié)課有如下兩個(gè)影響因素：①積極因素。表情識(shí)別對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)新穎的技術(shù)，因此學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣濃厚，學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)強(qiáng)烈。從學(xué)生學(xué)習(xí)發(fā)展的角度來(lái)看，他們很容易將本節(jié)內(nèi)容與現(xiàn)實(shí)生活相結(jié)合，這樣便于理解和知識(shí)遷移。②不利因素。人工智能涉及的概念、術(shù)語(yǔ)較多，學(xué)生在理解時(shí)會(huì)有困難；機(jī)器學(xué)習(xí)算法部分需要有一定的抽象能力，學(xué)生可能還存在一定的認(rèn)知困難；學(xué)生缺乏社會(huì)經(jīng)驗(yàn)，在看待表情識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)方面會(huì)有偏差。

●教學(xué)目標(biāo)

知識(shí)與技能目標(biāo)：了解表情識(shí)別在生活中的應(yīng)用；理解表情識(shí)別中機(jī)器學(xué)習(xí)的基本原理。

過(guò)程與方法目標(biāo)：通過(guò)動(dòng)手實(shí)踐，將知識(shí)轉(zhuǎn)化到應(yīng)用中，鍛煉計(jì)算思維和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

情感態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)：體驗(yàn)技術(shù)在生活中的應(yīng)用，感受技術(shù)對(duì)生活帶來(lái)的變化，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。認(rèn)識(shí)智能時(shí)代風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)并存，增強(qiáng)信息安全意識(shí)，培養(yǎng)信息社會(huì)責(zé)任感。

●教學(xué)環(huán)境與準(zhǔn)備

教學(xué)環(huán)境：有互聯(lián)網(wǎng)連接的機(jī)房、帶有攝像頭的計(jì)算機(jī)、希沃授課一體機(jī)。

軟件準(zhǔn)備：極域電子教室管理軟件、Mind+編程軟件。

●教學(xué)過(guò)程

1.影視導(dǎo)入，引出表情話(huà)題

課堂開(kāi)始，首先播放了周星馳主演的電影《喜劇之王》中關(guān)于表情的片段，教師同時(shí)觀察學(xué)生觀看影片時(shí)的面部表情，在電影片段結(jié)束后，給學(xué)生分享他們觀看視頻時(shí)的表情，學(xué)生頓時(shí)輕松了不少，順勢(shì)引出表情這個(gè)話(huà)題。同時(shí)，讓學(xué)生們思考自己對(duì)表情的了解有多少，教師引導(dǎo)學(xué)生帶著疑問(wèn)開(kāi)始本節(jié)課的學(xué)習(xí)。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)主要是為了引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)主題，調(diào)節(jié)課堂氣氛，同時(shí)引起學(xué)生思考，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生可以帶著好奇心和疑問(wèn)開(kāi)始本節(jié)課學(xué)習(xí)。

2.話(huà)題深入，生成學(xué)習(xí)目標(biāo)

教師先假設(shè)世界上有個(gè)可以識(shí)別人類(lèi)面部表情的機(jī)器，提問(wèn)并讓學(xué)生們思考：“這個(gè)表情識(shí)別機(jī)器可能會(huì)有哪些應(yīng)用？”

學(xué)生可能回答：可以用來(lái)分析人的心情；可以用來(lái)分析上課的狀態(tài)……

針對(duì)學(xué)生的回答，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，隨后播放一段關(guān)于表情識(shí)別應(yīng)用的短視頻。教師總結(jié)表情識(shí)別的應(yīng)用領(lǐng)域有教育、刑偵、商業(yè)和醫(yī)療等，讓學(xué)生感受表情識(shí)別的作用，進(jìn)一步生成本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)：如何讓機(jī)器看懂表情？

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)通過(guò)師生問(wèn)答，明確表情識(shí)別的應(yīng)用價(jià)值，進(jìn)一步提升學(xué)生學(xué)習(xí)的動(dòng)力和興趣。

3.課堂調(diào)查，學(xué)習(xí)識(shí)別表情

教師首先對(duì)人類(lèi)的六種基本表情做一個(gè)簡(jiǎn)單介紹，并讓學(xué)生兩人一組，互相觀察對(duì)方當(dāng)前的表情，并填寫(xiě)在線問(wèn)卷（如圖1），問(wèn)卷網(wǎng)址通過(guò)電子教室軟件進(jìn)行發(fā)送。在學(xué)生填寫(xiě)的過(guò)程中，教師將問(wèn)卷數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)展示，并引導(dǎo)學(xué)生思考：你是如何識(shí)別同學(xué)的表情的？

圖1

學(xué)生根據(jù)自己觀察同學(xué)表情的過(guò)程回答：表情不同，五官的特點(diǎn)也不同，如眼睛瞪著可能代表生氣或害怕。

教師點(diǎn)評(píng)學(xué)生的回答，并總結(jié)：機(jī)器看懂表情跟人類(lèi)有相似的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程在人工智能領(lǐng)域叫機(jī)器學(xué)習(xí)。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)的目的主要有兩個(gè)，一是讓學(xué)生體會(huì)自己看懂表情的過(guò)程，活躍課堂氣氛，二是讓學(xué)生明白人工智能的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)其實(shí)都是在模擬人類(lèi)的學(xué)習(xí)過(guò)程。有了這個(gè)前提，學(xué)生在后面的學(xué)習(xí)中就能舉一反三，對(duì)人工智能的理解就會(huì)更加深刻。

4.原理講解，體驗(yàn)表情識(shí)別

學(xué)生在之前的學(xué)習(xí)中已經(jīng)了解過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)，為了加深學(xué)生印象，教師通過(guò)視頻形式回顧機(jī)器學(xué)習(xí)的基本原理，并將其與機(jī)器識(shí)別表情的過(guò)程進(jìn)行對(duì)比（如圖2），讓學(xué)生進(jìn)一步了解機(jī)器識(shí)別表情的過(guò)程。

圖2

教師課前已經(jīng)部署開(kāi)源表情識(shí)別系統(tǒng)并調(diào)試完成，隨后邀請(qǐng)學(xué)生上臺(tái)表演多種表情，并使用提前部署好的識(shí)別系統(tǒng)進(jìn)行識(shí)別，讓學(xué)生體驗(yàn)機(jī)器識(shí)別表情的效果。

教師鼓勵(lì)學(xué)生表演不同的表情，讓未上臺(tái)的學(xué)生猜一猜，并與機(jī)器的識(shí)別結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，這樣一來(lái)可以讓全體學(xué)生都參與進(jìn)來(lái)，二來(lái)可以讓大家評(píng)估機(jī)器識(shí)別表情的準(zhǔn)確度。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)將視頻講解與程序體驗(yàn)相結(jié)合，特別是在體驗(yàn)表情識(shí)別階段，能夠直觀地看到人工智能的學(xué)習(xí)效果，這樣既能加深學(xué)生對(duì)表情識(shí)別的原理的理解，也能解答生活中很多人工智能產(chǎn)品的基本原理，加深對(duì)知識(shí)的印象。5.動(dòng)手實(shí)踐，實(shí)現(xiàn)表情識(shí)別

有了理論基礎(chǔ)，接下來(lái)讓學(xué)生利用Mind+平臺(tái)動(dòng)手實(shí)現(xiàn)一個(gè)表情識(shí)別程序，需要說(shuō)明的是：考慮到學(xué)生的基礎(chǔ)以及本節(jié)課主要以了解表情識(shí)別的基本原理和流程為目標(biāo)，所以采用了較簡(jiǎn)單的KNN算法來(lái)進(jìn)行訓(xùn)練和識(shí)別，識(shí)別結(jié)果在多人之間會(huì)有一定的誤差，單人效果尚可。其中主要有三個(gè)任務(wù)：

（1）學(xué)習(xí)編程軟件和基礎(chǔ)代碼

本課導(dǎo)學(xué)案已提前發(fā)給學(xué)生，教師根據(jù)導(dǎo)學(xué)案內(nèi)容進(jìn)行答疑，及時(shí)解決學(xué)生疑問(wèn)，為后續(xù)操作實(shí)踐做好準(zhǔn)備。學(xué)生根據(jù)導(dǎo)學(xué)案學(xué)習(xí)編程軟件的操作步驟和編程說(shuō)明，動(dòng)手測(cè)試軟件功能和進(jìn)行代碼測(cè)試。

（2）編寫(xiě)表情識(shí)別程序

教師準(zhǔn)備一份基礎(chǔ)的代碼模板供學(xué)生參考，并通過(guò)電子教室軟件以文件形式發(fā)送給學(xué)生，在學(xué)生編程過(guò)程中，教師進(jìn)行指導(dǎo)，學(xué)生之間也可以互相討論。對(duì)于有困難的學(xué)生，可以直接進(jìn)行程序填空、求助同學(xué)或老師；對(duì)于完成較快較好的學(xué)生，可以自行編寫(xiě)程序，教師可以進(jìn)一步啟發(fā)學(xué)生如何提高識(shí)別的準(zhǔn)確度。

（3）測(cè)試優(yōu)化和分享程序

學(xué)生完成程序后進(jìn)行測(cè)試，訓(xùn)練自己的多個(gè)表情，然后進(jìn)行識(shí)別，觀察識(shí)別結(jié)果。教師邀請(qǐng)部分學(xué)生通過(guò)電子教室軟件分享屏幕，講解程序并演示程序的運(yùn)行過(guò)程，其他學(xué)生觀察并思考是否還有需要優(yōu)化的地方。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)通過(guò)編程實(shí)踐的方式幫學(xué)生梳理表情識(shí)別的過(guò)程，及時(shí)將課堂理論知識(shí)轉(zhuǎn)化為實(shí)踐知識(shí)，讓學(xué)生學(xué)以致用。根據(jù)學(xué)生水平采用不同的實(shí)踐方式，因材施教，有針對(duì)性地指導(dǎo)，也讓學(xué)生能夠查漏補(bǔ)缺，跟上教學(xué)節(jié)奏，完成課堂學(xué)習(xí)目標(biāo)。學(xué)生現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行作品分享和互相點(diǎn)評(píng)的過(guò)程，幫助學(xué)生鞏固知識(shí)和鍛煉創(chuàng)新思維。

6.討論思考，樹(shù)立信息責(zé)任

隨著人工智能的發(fā)展，表情識(shí)別會(huì)越來(lái)越多地介入人們的生活，它在提供便利的同時(shí)，也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，教師請(qǐng)學(xué)生們思考可能有哪些風(fēng)險(xiǎn)？學(xué)生開(kāi)拓思路，熱烈討論。

教師針對(duì)學(xué)生的回答進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并要求大家在信息社會(huì)中既要增強(qiáng)防范技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的意識(shí)，也要通過(guò)學(xué)習(xí)新的技術(shù)來(lái)提高技術(shù)的安全性。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)在學(xué)習(xí)知識(shí)的基礎(chǔ)上，對(duì)學(xué)生進(jìn)行德育滲透，進(jìn)一步鞏固技術(shù)的核心素養(yǎng)。

7.知識(shí)總結(jié)，回歸表情識(shí)別

教師在總結(jié)本課知識(shí)點(diǎn)的同時(shí)，再次觀察學(xué)生的表情，并做分享，課堂開(kāi)始和課堂尾聲學(xué)生的表情有著明顯的變化，首尾呼應(yīng)，回歸表情識(shí)別，讓學(xué)生在本節(jié)課不僅收獲了知識(shí)，解答了疑問(wèn)，更重要的是感受到技術(shù)帶給人類(lèi)的溫暖和價(jià)值。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)在總結(jié)知識(shí)的基礎(chǔ)上再次回歸“表情”這個(gè)主題，讓課堂更加完整，也讓學(xué)生在潛移默化中復(fù)習(xí)和鞏固了課堂知識(shí)。

●教學(xué)反思

1.選題不僅要有知識(shí)，還要有個(gè)性

本課在選題時(shí)筆者曾做了一個(gè)小調(diào)查，發(fā)現(xiàn)一旦說(shuō)到人工智能就離不開(kāi)物品識(shí)別、人臉識(shí)別、聲音識(shí)別等內(nèi)容，課程大多也很類(lèi)似，學(xué)生在面對(duì)這些內(nèi)容的時(shí)候其實(shí)已經(jīng)有些疲勞感了。所以在選題上，可以多考慮一些細(xì)分的技術(shù)領(lǐng)域，如既然有人臉識(shí)別，那肯定有動(dòng)物臉的識(shí)別；有聲音識(shí)別，也有動(dòng)物叫聲的識(shí)別。個(gè)性的選題可以激發(fā)學(xué)生的好奇心和學(xué)習(xí)興趣，但也要考慮選題的知識(shí)點(diǎn)、難度等因素。

2.利用實(shí)時(shí)問(wèn)卷，及時(shí)反饋課堂數(shù)據(jù)

在課堂中讓學(xué)生互相觀察表情的時(shí)候，傳統(tǒng)的做法可能是讓學(xué)生觀察完畢后舉手回答，學(xué)生的參與度有限，所以本節(jié)課筆者使用飛書(shū)問(wèn)卷設(shè)計(jì)了一份課堂表情的調(diào)查問(wèn)卷，讓學(xué)生觀察完畢后馬上填寫(xiě)提交，問(wèn)卷的數(shù)據(jù)也以圖形化的方式實(shí)時(shí)展現(xiàn)出來(lái)。整個(gè)課堂的氣氛非常熱烈，學(xué)生全部都能參與進(jìn)來(lái)，調(diào)查數(shù)據(jù)也能及時(shí)得到反饋。

3.抓住關(guān)鍵技術(shù)點(diǎn)，合理呈現(xiàn)

人工智能綜合了很多學(xué)科的知識(shí)，如果不加篩選地都在課堂上呈現(xiàn)，勢(shì)必讓課堂效果打折扣。不同階段的學(xué)生，都有其相應(yīng)的認(rèn)知水平和學(xué)習(xí)特點(diǎn)，教師應(yīng)該將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行篩選，并以學(xué)生可以接受的方式呈現(xiàn)出來(lái)。在本案例中，表情識(shí)別的技術(shù)原理部分就涉及人工智能最核心的機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)，機(jī)器學(xué)習(xí)本身就可以作為一門(mén)課程，所以如何在課堂上有限的時(shí)間內(nèi)讓學(xué)生理解這個(gè)技術(shù)對(duì)教師來(lái)說(shuō)是一種考驗(yàn)。在本節(jié)課中，筆者將機(jī)器學(xué)習(xí)通過(guò)“視頻講解+生活案例”的方式呈現(xiàn)出來(lái)，讓學(xué)生既容易接受又能聯(lián)系生活，拉近距離并加深理解。

4.人工智能課堂不僅要講技術(shù)，還要講責(zé)任和風(fēng)險(xiǎn)

身處信息時(shí)代，技術(shù)的高速發(fā)展改變了我們的生活、生產(chǎn)，在給人類(lèi)帶來(lái)便利的同時(shí)，潛藏的危險(xiǎn)也無(wú)處不在。人工智能技術(shù)也不例外，高中生還未成年，社會(huì)經(jīng)驗(yàn)不足，很容易被新奇的技術(shù)所吸引，甚至被控制。這就要求教師在課堂中除了教授知識(shí)，還需要展示出技術(shù)的兩面性。本節(jié)課針對(duì)表情識(shí)別應(yīng)用中可能存在的人臉泄露、人臉偽造等風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)教師引導(dǎo)學(xué)生思考和討論，辯證且客觀地看待當(dāng)前人工智能技術(shù)的發(fā)展，在學(xué)生心中埋下警惕的種子，增強(qiáng)學(xué)生的防范意識(shí)，促進(jìn)信息社會(huì)的責(zé)任意識(shí)的形成和鞏固。

總之，人工智能的課堂教學(xué)是融合了技術(shù)課程核心素養(yǎng)和學(xué)科思政的綜合體，本案例還有很多方面需要繼續(xù)研究和完善。筆者作為人工智能時(shí)代的一份子，在今后的教學(xué)工作中，還要時(shí)刻關(guān)注學(xué)科動(dòng)態(tài)，保持知識(shí)更新，用科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度去對(duì)待教學(xué)，讓教師教有所長(zhǎng)，學(xué)生學(xué)有所得。