張偉華 廣東省東莞市東城實驗中學(xué)

●創(chuàng)新整合點

融合PBL項目式學(xué)習思想：以學(xué)生為主體，以冬奧會熱點創(chuàng)設(shè)真實學(xué)習情境，聚焦于如何設(shè)計制作AI領(lǐng)獎臺問題，以小組合作的形式開展設(shè)計、制作、分享等項目式學(xué)習活動。

核心素養(yǎng)：通過分析問題—設(shè)計算法—編寫程序—調(diào)試程序的過程培養(yǎng)計算思維，通過UMU平臺的應(yīng)用培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習能力。

線上線下混合：線下教師為主，落實教學(xué)主題內(nèi)容，調(diào)動學(xué)習積極性；線上教師為輔，提供資源與教輔，為學(xué)生個性化發(fā)展提供支撐。

●教材分析

本課是筆者所在學(xué)校初二級校本研修課程《基于項目式學(xué)習的人工智能課程》的第一節(jié)，課程以北京冬奧會為主題，引領(lǐng)學(xué)生利用Huskylens人工智能模塊制作AI領(lǐng)獎臺，領(lǐng)獎臺在功能上要求實現(xiàn)當獲獎運動員登上領(lǐng)獎臺時，領(lǐng)獎臺能夠識別其身份并播放對應(yīng)的體育圖標。本節(jié)屬于該系列課程里面的首節(jié)內(nèi)容，以操作體驗為主，主要作用在于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，為后面課程的展開做好鋪墊。

●學(xué)情分析

課程面對的是八年級學(xué)生，他們學(xué)習過VB程序設(shè)計，在程序的基本結(jié)構(gòu)上具備一定的基礎(chǔ)，對動手操作為主的學(xué)習活動相當感興趣，這有利于課堂教學(xué)活動的開展。在生活中大部分學(xué)生接觸過人臉識別購物付款、人臉識別進出地鐵站等場景，對人臉識別技術(shù)的應(yīng)用并不陌生，但對人臉識別技術(shù)的探究不夠深入，缺乏運用計算機思維去分析和解決問題的經(jīng)驗，在授課過程中，教師應(yīng)當關(guān)注學(xué)生的探究進度，及時做好引導(dǎo)。

●教學(xué)目標

知識與技能目標：了解人臉識別技術(shù)的基本原理；認識條件選擇基本結(jié)構(gòu)；能夠運用Mind+編寫程序識別人臉并顯示體育圖標效果。

過程與方法目標：通過設(shè)計、制作、迭代改進作品的過程，提高計算思維能力和工程思維能力；通過參與UMU平臺交互學(xué)習過程，掌握運用數(shù)字化平臺進行學(xué)習的方法。

情感態(tài)度與價值觀目標：通過體驗人工智能技術(shù)，激發(fā)探究學(xué)習的興趣；感受冬奧會氛圍，接受體育文化熏陶，增強民族自豪感。

●教學(xué)環(huán)境與準備

多媒體電腦室、屏幕廣播系統(tǒng)、Huskylens硬件模塊、導(dǎo)學(xué)案、領(lǐng)獎臺教具等。

●教學(xué)過程

1.創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣

教師活動：

師生互動游戲：猜猜他是誰？

師：同學(xué)們，今天老師帶了一位神秘嘉賓來到我們課堂（向?qū)W生展示冬奧備戰(zhàn)運動員照片），同學(xué)們猜猜他是誰？叫什么名字？他擅長哪種體育項目呢？滑雪？滑冰？

人臉識別教具演示：識別運動員照片—屏幕顯示體育圖標。

在問答互動游戲結(jié)束后，教師拿出人臉識別教具，把相片放置在教具攝像頭下進行人臉識別，這時屏幕顯示該運動員相對應(yīng)的體育圖標。在激發(fā)學(xué)生好奇心的情境下，教師講授北京冬奧會體育圖標的來由：體育圖標是對體育項目的圖形化詮釋，2022年北京冬奧會體育圖標設(shè)計，以中國漢字為靈感來源，以篆刻藝術(shù)為主要呈現(xiàn)形式，將冬季運動元素與中國傳統(tǒng)文化巧妙結(jié)合，既展現(xiàn)出冬季運動挑戰(zhàn)自我、追求卓越的特點，也凝聚了中國傳統(tǒng)文化的厚重與精深，彰顯了北京冬奧會和冬殘奧會的理念和愿景。圖標以霞光紅為底色，寓意著日出東方，代表著熱情和希望，也為即將在春節(jié)期間舉行的北京冬奧會烘托出喜慶氣氛。教具如圖1所示。

圖1

互動提問。

師：AI領(lǐng)獎臺是如何認出這名運動員的呢？領(lǐng)獎臺顯示對應(yīng)的運動圖標又是怎樣做到的呢？

學(xué)生先觀看教師演示，感受神奇的人臉識別技術(shù)，在教師的講解下了解體育圖標的含義，然后參與課堂互動，回答問題。

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)學(xué)習興趣。

2.講授新知，任務(wù)分解

教師活動：

講解人臉識別原理：人臉識別—是基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術(shù)。計算機程序先調(diào)用攝像頭硬件進行人臉檢測，并對有效的人臉圖像進行特征信息提取，然后根據(jù)提取信息生成人臉編碼信息儲存起來，當下次進行人臉檢測時，計算機即可根據(jù)儲存的人臉編碼信息與檢測者信息進行匹配，從而確定該人的身份。

出示問題：如何通過Mind+編程，運用Huskylens硬件來制作AI領(lǐng)獎臺？

教師講解AI頒獎臺項目制作基本步驟：錄入人臉信息設(shè)計場景—導(dǎo)入背景、角色，設(shè)置角色的大小、位置→進行圖形化編程，當識別到人臉時播放體育圖標。

流程圖設(shè)計與分析：引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計項目流程圖。

在設(shè)計過程中，以問題激發(fā)學(xué)生的思考：

問題1：怎樣利用條件選擇結(jié)構(gòu)來控制圖標的顯示？

問題2：當體育圖標顯示/隱藏之后，下一步應(yīng)該執(zhí)行什么操作？

學(xué)生活動：學(xué)習人臉識別原理，思考如何運用AI人臉識別技術(shù)設(shè)計一個可以展示體育圖標的頒獎臺？在教師講解下了解項目制作流程，并在教師的引導(dǎo)下共同完成流程圖，理解如何運用選擇結(jié)構(gòu)去解決問題。流程圖如圖2所示。

圖2

設(shè)計意圖：分解學(xué)習任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生分析問題，形成解決思路，從而培養(yǎng)計算思維能力。

3.小組合作，自主探究

教師活動：

提供UMU學(xué)習賬號，指導(dǎo)學(xué)生兩人為一組登錄平臺開展闖關(guān)式的探究活動（https：//www.umu.cn/home）。線下教師巡視課堂，對學(xué)生學(xué)習活動進行現(xiàn)場指導(dǎo)和答疑。線上協(xié)同教師登錄UMU平臺，查看學(xué)生作品檢測表，回應(yīng)學(xué)生線上提問，對學(xué)生線上作業(yè)給予點贊、鼓勵、評分，進而提高課堂效率。平臺資源目錄如圖3所示。

圖3

圖4

“錄入人臉信息”學(xué)習資源：

首先，左右撥動“功能按鍵”，直至屏幕上方顯示“人臉識別”。屏幕中顯示“+”號時表示正處于學(xué)習狀態(tài)。接著，把屏幕中央的“+”號對準識別框，短按兩次“學(xué)習按鍵”完成學(xué)習。如需學(xué)習下一個人臉，把攝像頭對準下一個人臉，重復(fù)上面操作即可，當最后一次學(xué)習結(jié)束時，“學(xué)習4”秒倒計時結(jié)束即可自動退出學(xué)習狀態(tài)。

在學(xué)習結(jié)束后，如果識別到相同的臉，則屏幕上會顯示識別框并顯示“人臉：ID1”，這表示已經(jīng)可以進行人臉識別了。

注：如果要讓HuskyLens學(xué)習新的人臉，則需要讓HuskyLens“忘記”已學(xué)的人臉。

“設(shè)計頒獎臺”學(xué)習資源：導(dǎo)入背景和角色，調(diào)整角色的位置和大小，可以拖動鼠標調(diào)整角色在舞臺的位置，或者在設(shè)置窗口輸入具體參數(shù)進行精確調(diào)整（如圖5）。

圖5

“圖形化編程”學(xué)習資源：選中相應(yīng)的角色，然后在編輯窗口進行圖形編程。

參考程序如下頁圖6所示。

圖6

學(xué)習測評：

學(xué)生活動：登錄UMU互動學(xué)習平臺，開始闖關(guān)學(xué)習。第一關(guān)，制作準備，軟件設(shè)置，硬件連接；第二關(guān)，錄入人臉信息；第三關(guān)，設(shè)計頒獎臺場景；第四關(guān)，圖形化編程；第五關(guān)，填寫項目測評表（如下頁圖7）。

圖7

設(shè)計意圖：教師提供學(xué)習支架和學(xué)習指導(dǎo)，促進學(xué)生利用互動學(xué)習平臺開展自主探究，以此培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字化學(xué)習能力。

4.分享交流，展示評價

教師活動：組織學(xué)生到講臺利用屏幕廣播進行作品展示（選取線上測評分數(shù)較高的作品），輔助學(xué)生完成展示并給予點評。

學(xué)生活動：小組配合完成人臉識別，通過屏幕廣播向全班同學(xué)演示作品。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生體驗創(chuàng)作的成就感，促進學(xué)生之間相互學(xué)習，共同進步。

5.迭代改進，拓展學(xué)習

教師活動：

設(shè)計場景考驗：好的作品應(yīng)該能夠經(jīng)受各種復(fù)雜場景的考驗，當亞軍和季軍運動員先登上領(lǐng)獎臺，體育圖標沒有顯示，怎么辦呢？大家思考一下有什么解決方法？如何改進流程圖設(shè)計？教師根據(jù)學(xué)生回答情況看是否需要給出提示錦囊：把多個運動員的ID用“或運算”連接起來就可以解決問題了。

學(xué)生活動：思考作品存在的缺陷，回答問題并思考解決方法。

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題的意識，通過發(fā)現(xiàn)問題、優(yōu)化設(shè)計、改進作品的過程培養(yǎng)學(xué)生的工程思維。

6.總結(jié)評價，課后延伸

教師活動：

利用思維導(dǎo)圖總結(jié)本節(jié)課學(xué)習要點（如下頁圖8）；根據(jù)umu積分榜記錄對學(xué)生予以表揚；開放線上自修資源，鼓勵學(xué)生開展不間斷的探究活動。

圖8

學(xué)生活動：對本節(jié)課知識點進行梳理，鞏固課堂學(xué)習效果。學(xué)有余力的學(xué)生根據(jù)自身條件，利用課余時間登錄平臺學(xué)習選修內(nèi)容。

設(shè)計意圖：梳理知識要點，鞏固學(xué)習效果。激發(fā)學(xué)生自主探究選修內(nèi)容，滿足學(xué)生個性化發(fā)展的需要。

●教學(xué)反思

教學(xué)目標是教學(xué)的出發(fā)點和歸宿，在本課例中，筆者基于本節(jié)課在整個大項目課程中的引導(dǎo)地位，將教學(xué)內(nèi)容進行了簡化，優(yōu)化制作圖片素材，設(shè)計導(dǎo)學(xué)案，以此來降低學(xué)生的學(xué)習難度，增強學(xué)生的學(xué)習體驗，進而培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習興趣，為后續(xù)課程奠定基礎(chǔ)。本課例以北京冬奧會為主題，將其貫穿于新課導(dǎo)入、作品制作、評價等各個教學(xué)環(huán)節(jié)，貼近學(xué)生愛好的體育文化，引起了學(xué)生情感上的共鳴。從學(xué)生的課堂活躍度和平臺反饋的學(xué)習完成率來看，學(xué)生對知識和技能掌握得較好，并形成了較高的學(xué)習熱度。

1.教學(xué)過程

工欲善其事必先利其器。在授課前，要想減少課堂的干擾因素，提高課堂效率，以下的準備工作不可或缺：制作簡要的導(dǎo)學(xué)案，對圖片素材數(shù)量、規(guī)格進行優(yōu)化；通過電子教室軟件設(shè)置UMU平臺聯(lián)網(wǎng)白名單，使學(xué)生線上學(xué)習僅限于UMU平臺，杜絕外網(wǎng)干擾；安裝固件，測試硬件，并提前按組分配到位。

教師主導(dǎo)，學(xué)生主體。本課例突出學(xué)生的課堂主體地位，整個授課過程時間緊湊，各環(huán)節(jié)時間分配合理?；谡n程以實踐體驗為主的特性，教師在創(chuàng)設(shè)情境、引出問題，布置驅(qū)動任務(wù)之后、逐步把時間交由學(xué)生進行自主探究，分享展示，教師轉(zhuǎn)而發(fā)揮引導(dǎo)和協(xié)助作用。從學(xué)生操作實踐和參與互動的效果來看，他們思維活躍，勇于展現(xiàn)自我，學(xué)習的積極性得到了充分的激發(fā)。但同時，由于采取的是小組協(xié)作學(xué)習，個別基礎(chǔ)較弱、合作意識淡薄的學(xué)生未能得到及時、充分的指導(dǎo)，導(dǎo)致學(xué)習效率較低，后續(xù)還需在對學(xué)生分組前進行相關(guān)的學(xué)情分析和有針對性的指導(dǎo)。

2.亮點總結(jié)

教學(xué)方法新穎。本課例融合了PBL項目式學(xué)習的思想，教師引導(dǎo)學(xué)生從真實的情境出發(fā)，聚焦“制作冬奧AI領(lǐng)獎臺”這一中心問題，以小組合作的形式開展設(shè)計、制作、分享等探究學(xué)習活動，教學(xué)活動突出了學(xué)生的主體地位，并激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習積極性。

注重培養(yǎng)核心素養(yǎng)。本課例以UMU平臺為載體，把圖文學(xué)習資源、討論、評價等學(xué)習活動融合到闖關(guān)學(xué)習任務(wù)中，使學(xué)生在學(xué)習過程中不感覺乏味，同時數(shù)字化學(xué)習能力也得到了培養(yǎng)。學(xué)生在探究解決“制作冬奧AI領(lǐng)獎臺”問題時，親歷了“分析問題—設(shè)計算法—編寫程序—調(diào)試改進”的過程，這樣的學(xué)習過程對培養(yǎng)學(xué)生計算思維能力很有幫助。

線上線下混合。本課例利用UMU平臺協(xié)同多位教師共同參與課堂教學(xué)活動，教學(xué)以線下教師為主，引導(dǎo)學(xué)生開展學(xué)習，落實教學(xué)主體內(nèi)容，調(diào)動學(xué)生學(xué)習積極性。而線上協(xié)同教師發(fā)揮輔助作用，協(xié)助查看，回復(fù)學(xué)生討論，開展評價，提供資源與教輔，為學(xué)生個性化發(fā)展提供支撐。

教學(xué)反思是對教學(xué)實踐過程的經(jīng)驗總結(jié)，既是本節(jié)課的終點，又是下節(jié)課的起點，反思對經(jīng)驗的形成和發(fā)展有著重要的意義，希望本節(jié)課的教學(xué)思路、教學(xué)實踐與反思能給教師們帶來有益的啟發(fā)。