王玉慧

［摘要］ 人工智能是研究和開發(fā)用于模擬、延伸和擴(kuò)展人的智能的理論、方法、技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)的一門新的技術(shù)科學(xué)，在小學(xué)信息科技課程中引入人工智能技術(shù)教學(xué)具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。本文以“探索人臉解鎖”項(xiàng)目為例，對小學(xué)人工智能體驗(yàn)課程進(jìn)行分析與探究，總結(jié)出創(chuàng)設(shè)情境，體驗(yàn)人臉識別技術(shù)；分解學(xué)習(xí)任務(wù)，促進(jìn)深層次理解的課程實(shí)施思路，既能讓學(xué)生了解人工智能的相關(guān)知識，又能培養(yǎng)學(xué)生分析、解決問題的能力，提高信息素養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］ 人工智能；信息科技課程；人臉識別技術(shù)

在數(shù)字中國背景下，人工智能技術(shù)被社會各界所關(guān)注。《義務(wù)教育信息科技課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）也將人工智能納入了第四階段（7-9年級）的內(nèi)容模塊中。事實(shí)上，在小學(xué)信息科技課程中開展人工智能技術(shù)教學(xué)的實(shí)踐相對較少?；诖耍疚囊匀粘Ｉ钪械娜四樧R別解鎖手機(jī)為啟發(fā)，設(shè)計(jì)了“探索人臉解鎖”這一學(xué)習(xí)項(xiàng)目，讓學(xué)生在體驗(yàn)人工智能技術(shù)解決問題的過程中，提高信息科技學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、研讀新課標(biāo)，尋找教學(xué)創(chuàng)新點(diǎn)

新課標(biāo)指出，要通過身邊的人工智能應(yīng)用場景，引導(dǎo)學(xué)生正確認(rèn)識人工智能，并在實(shí)際應(yīng)用的體驗(yàn)中體會人工智能帶來的社會變化和安全挑戰(zhàn)。根據(jù)南京市南湖第二小學(xué)六年級學(xué)生的學(xué)情和新課標(biāo)的具體要求，筆者選擇了“探索人臉解鎖”項(xiàng)目作為初探人工智能的教學(xué)方向，借助現(xiàn)有“悟空機(jī)器人”設(shè)備開展教學(xué)，在體驗(yàn)中激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與探究欲望。本節(jié)課的主要目標(biāo)是了解人臉識別技術(shù)原理及使用方法，能夠編寫簡單的程序，實(shí)現(xiàn)解鎖手機(jī)，并能通過點(diǎn)擊“音樂”按鍵實(shí)現(xiàn)播放音樂的功能。本課的教學(xué)對象是小學(xué)六年級學(xué)生，他們對人臉識別技術(shù)有淺顯的認(rèn)識，但對其機(jī)理的理解則相對不足。因此，本課的目的是讓學(xué)生親身體驗(yàn)人臉識別技術(shù)的應(yīng)用給我們的生活帶來的便利，在討論、實(shí)踐與想象中自主探索，獲取新知。

二、探尋新方法，突破教學(xué)重難點(diǎn)

本節(jié)課的教學(xué)重難點(diǎn)是了解人臉識別技術(shù)原理及使用方法，編寫程序制作一個具備人臉識別解鎖功能的智能手機(jī)。本課因?yàn)樯婕耙恍I(yè)知識的理解與應(yīng)用，所以在教學(xué)設(shè)計(jì)中教師不僅要關(guān)注學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平，也要將學(xué)習(xí)任務(wù)進(jìn)行分解，便于學(xué)生進(jìn)一步探究人臉識別技術(shù)并加以運(yùn)用，具體實(shí)施呈現(xiàn)如下。

1.創(chuàng)設(shè)情境，體驗(yàn)人臉識別技術(shù)

人臉識別技術(shù)在日常生活中已經(jīng)有了大量的應(yīng)用。在課前的交流討論中，大部分學(xué)生能夠說出解鎖手機(jī)、解鎖門禁、刷臉付款等生活場景。那么，接下來就是要與本節(jié)課的知識進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。這里，筆者采用的是加入“悟空機(jī)器人”模擬場景：老師與機(jī)器人打招呼，它可以識別出人臉，并能說出具體的人物信息。但當(dāng)你們和它打招呼的時候，它并不能認(rèn)出。由此，引出機(jī)器人在課前已經(jīng)“認(rèn)識”了老師，個人信息已被錄入，所以才能夠打招呼，繼而引出今天的學(xué)習(xí)主題——人臉解鎖。

“人工智能”模塊的學(xué)習(xí)相比之前的信息科技課程，不論是知識體系還是課堂組織方式都有了很大的變化。那么，教師在進(jìn)行課程設(shè)計(jì)時就更要以學(xué)生的實(shí)際生活情境出發(fā)，設(shè)計(jì)有趣的教學(xué)實(shí)踐活動，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和操作熱情，讓他們能夠借助這些設(shè)備來具身體驗(yàn)人工智能技術(shù)。

正如上文對場景模擬的描述：需要同學(xué)們?nèi)チ私馊四樧R別技術(shù)原理，探究“悟空機(jī)器人”的人臉識別功能，體驗(yàn)人臉識別技術(shù)的流程。如果僅通過教師的語言講解，則很難講清楚人臉識別的原理。對此，我們通過創(chuàng)設(shè)“悟空認(rèn)不認(rèn)識你”這樣一個情境，讓學(xué)生操作機(jī)器人的高清攝像頭識別自己、認(rèn)識自己，從中體驗(yàn)人臉識別技術(shù)從登記到識別的流程。這樣的體驗(yàn)過程讓學(xué)生的興致都很高，每個人都想試著讓機(jī)器人能夠認(rèn)識自己。經(jīng)過這樣的切身體驗(yàn)，學(xué)生都能夠清楚地感知在整個過程中通過各個角度的人臉錄入，可以識別到自己，且不同的人對應(yīng)不同的提示。

2.分解學(xué)習(xí)任務(wù)，促進(jìn)深層次理解

要想把握好人工智能課程的核心——算法和程序，宜采用小學(xué)生能夠理解的形式去呈現(xiàn)這樣的知識，而不僅僅是圖一個新鮮、好玩。那么，對于在此過程中的知識講解環(huán)節(jié)，我們可以借助流程圖、視頻等學(xué)習(xí)資源，幫助學(xué)生搭建合適的腳本，教學(xué)設(shè)計(jì)如下。

首先，我們請同學(xué)們觀看老師是怎么解鎖的，以及讓機(jī)器人播放出音樂的過程。然后，我們就可以嘗試分析，要想實(shí)現(xiàn)這樣的功能需要滿足什么樣的條件。在進(jìn)行“人臉解鎖手機(jī)，打開應(yīng)用”這一環(huán)節(jié)前，教師可以提出幾個問題來引導(dǎo)學(xué)生：一開始手機(jī)呈現(xiàn)出的是什么畫面？什么時候它會進(jìn)入主屏幕？那你會用人臉來解鎖手機(jī)嗎？為什么它可以打開手機(jī)？用這個方法解鎖手機(jī)的過程又是什么？解鎖后又該如何來聽音樂？通過一連串的問題促進(jìn)學(xué)生思考，讓他們在腦海中梳理解鎖手機(jī)的流程。學(xué)生將上述操作的順序連起來，便可以梳理出解鎖手機(jī)的整個過程。在若干個問題支架的幫助下，學(xué)生一步步理解操作流程，有效降低了操作難度。

在教學(xué)實(shí)操環(huán)節(jié)，教師可以引導(dǎo)學(xué)生先去分析角色的動作，再編寫程序，最后調(diào)試程序，完成腳本的搭建。在此，我們可以借助流程圖，讓學(xué)生先對編程的整個過程有一個整體的認(rèn)識。接著，再用程序語言表示出來。鑒于六年級學(xué)生在五年級上學(xué)期已經(jīng)學(xué)習(xí)過Scratch的相關(guān)課程，對于腳本的搭建也都很熟悉。有了這樣的基礎(chǔ)，學(xué)生就能更快地理解和調(diào)用各模塊的控件，既提升了課堂教學(xué)效率，又能促進(jìn)知識遷移。

三、體驗(yàn)新事物，提高信息核心素養(yǎng)

本課是人工智能體驗(yàn)課，根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)是學(xué)生能夠使用程序設(shè)計(jì)為“智能手機(jī)”編寫功能代碼，實(shí)現(xiàn)“人臉解鎖”與“按鍵”功能。新課標(biāo)強(qiáng)調(diào)學(xué)生能夠體會這些應(yīng)用給學(xué)習(xí)和生活帶來的便利，感受技術(shù)對社會的深刻影響。筆者設(shè)計(jì)“制作智能手機(jī)”活動，課堂中分組完成任務(wù)，讓每位學(xué)生都盡可能參與到活動中來。最后的拓展探究中，筆者借助學(xué)習(xí)單，指出“悟空”的“人臉識別技術(shù)”不僅能識別出“你是誰”，還有一些其他功能，如性別的識別、手勢的識別、靜態(tài)物品的種類識別等。根據(jù)學(xué)習(xí)單的提示，選擇一個程序完成。能力較強(qiáng)的小組可以選擇多項(xiàng)任務(wù)完成。有效的學(xué)習(xí)過程既離不開小組成員的通力協(xié)作，也離不開個體的獨(dú)立思考。本課的延伸設(shè)計(jì)中既有小組合作探究解鎖手機(jī)的過程，也有需要獨(dú)立思考的拓展創(chuàng)新任務(wù)。各個教學(xué)環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，借助一些“小支架”激發(fā)學(xué)生的思維，如問題、流程圖、微課視頻等。整節(jié)課由一個個小任務(wù)逐漸推進(jìn)學(xué)習(xí)進(jìn)度，促進(jìn)學(xué)生在完成任務(wù)過程中了解、體會“人臉識別”技術(shù)的原理、過程及應(yīng)用。

［本文系南京市教育科學(xué)“十四五”規(guī)劃2021年度重點(diǎn)課題“指向?qū)W業(yè)過程優(yōu)化的個性化理學(xué)行動研究”（批準(zhǔn)號：LZD/2021/38）研究成果］

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