《探秘人臉識別》教學設計與實踐

聶璐 公茂杰 汪星明

【摘 要】本文介紹了人工智能領域中常用的技術——人臉識別。結合學生核心素養發展要求，以興趣為起點、以活動為載體，筆者進行教學設計和實踐。通過在課堂中穿插的兩個體驗活動，分別讓學生體會人類在識別人臉時采用的方法，體驗人工智能技術實現人臉識別的工作機制，找到其中的相似與不同，從而充分理解特征點對機器識別人臉的作用。最后以分組討論的形式，讓學生思考人臉識別技術在生活中的應用場景，從而更深刻地理解人工智能的基本原理和應用潛力，認識人工智能在信息社會中的重要作用以及潛在風險。

【關鍵詞】人工智能;人臉識別;信息技術;核心素養;教學設計

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2019）02、03-0107-04

近年來，隨著人工智能技術的快速發展，深度學習、跨界融合、人機協同等新特性，使得人工智能技術的應用場景越來越豐富，推動著社會各個領域正在經歷著從數字化、網絡化向智能化躍升和革新，深刻改變著人們的生活方式和思維模式[1]。在這個時代背景下，一方面，社會對人工智能技術人才的需求日益增長;另一方面，更多的人需要提升在人工智能時代生存和適應的能力。這對如何開展以人工智能為內容的信息技術教學提出了新的要求。

2017年7月國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》明確提出實施全民智能教育項目，在中小學階段設置人工智能相關課程。《規劃》的頒布為我國在基礎教育領域布局“人工智能教育”提供了政策上的保障，但具體在中小學階段設置相關課程時，并不能把大學課程簡單地下放[2]。如何進行有效的人工智能課程設計，在充分調動學生學習興趣的同時，提升學生的信息意識、計算思維、數字化學習與創新、信息社會責任等核心素養，是一個非常值得探討的課題。

教學設計思路

本節課出自北京十一學校初中校本課程《人工智能與APP開發》，這門課以展示學科之美、提升學習興趣為出發點，以核心素養的培養為暗線，以初步理解人工智能實現的知識體系為明線展開。本課為第二單元《視覺與聽覺》第一課時，在回顧人工智能的含義后開始探索計算機視覺。

通過對歷屆學生情況的調研和分析得知，在這一階段的大部分學生尚未接觸過人工智能類課程，雖在生活中使用過相關應用，但對于人工智能的知識儲備比較有限。綜合考慮以上因素，本課的教學目標設定如下。

知識與技能：了解機器識別人臉的機制，理解特征點對機器識別人臉的作用;挖掘并簡述人臉識別技術在校園的應用場景，發現其價值及潛在風險。

過程與方法：觀察并提取同桌面部特征，完成“畫像”，感受五官對人眼識別人臉的重要性;體驗在線平臺五官定位功能，對比人眼和機器表達人臉特征的異同;體驗在線平臺的人臉分析功能，檢測表情識別的準確度，發現該平臺的優勢與不足;完成小組討論，探討人臉識別在校園生活中的應用場景及潛在風險。

情感、態度與價值觀：感受智能技術對生活和學習帶來的影響，進一步激發學生的學習興趣，提升其創新意識和探究思維。

課堂活動與評價設計

1.課堂活動設計

本節課的課堂設計主要由五個環節組成，包括新課導入、五官“畫像”、在線體驗、小組討論和反思總結。重在讓學生了解機器識別人臉的機制，理解特征點對機器識別人臉的作用;并發現人臉識別在校園生活中的合理應用，意識到潛在風險。

環節一：新課導入（5分鐘）

拋出問題：學生參加校園活動時需要查考勤，有哪些可用的簽到方法？小結不同簽到方式優劣，說明哪些方法屬于人工智能，引出人臉識別。

設計意圖：通過趣味體驗活動，讓學生進一步認識人工智能的優勢，激發學習興趣;承上啟下，簡要回顧人工智能應用，同時引出本節課的主題——人臉識別。

環節二：五官“畫像”（12分鐘）

組織五官猜人游戲，引導學生思考人類如何通過人臉辨識不同人。截取了一些體育運動員、教師及班上學生的眼睛圖片，讓學生去猜測人物，很大程度地調動了學生的積極性;組織學生兩人一組觀察彼此臉部特點，填寫學習任務單的同桌“畫像”;組織學生代表分享;點評發言并小結。

設計意圖：借助五官猜人和同桌“畫像”，引導學生發現人眼借助什么特征進行人臉識別，并思考機器如何描述并識別這些人臉。

環節三：在線體驗（8分鐘）

組織學生體驗AI開放平臺“五官定位”，如圖1所示，講解機器如何通過特征點來描述并識別人臉;組織學生繪制不同表情時的特征點連線，然后兩人一組拍攝開心、悲傷和吃驚照片，體驗平臺能否準確識別不同表情;講解機器如何通過特征點對表情進行分類。

設計意圖：通過在線體驗及教師講解，讓學生了解機器如何通過特征點描述并識別人臉。通過對不同表情的識別，加深對機器通過特征點進行人臉識別的理解。

環節四：小組討論（10分鐘）

基于在線體驗，激發學生思考人臉識別在校園生活中有哪些應用場景，兩人小組討論后填寫任務單的第三部分;選擇幾個小組進行分享。

設計意圖：啟發學生從身邊發現人工智能應用的設計點及實現的可能性，同時也為后續單元開發人工智能APP做鋪墊。

環節五：小結點評（5分鐘）

基于環節四學生設計的應用場景，詢問潛在風險，啟發學生辯證思考。比如，學生可能會提及如果用照片去假冒人臉，有何解決辦法。教師可趁勢引導學生提出類似如需要用戶做表情（搖頭）、檢測3D模型的解決方案，或借助視頻講解智能手機如何分辨出照片或現實中的人臉。

小結并鋪墊下節課內容，提醒學生留意本次課程評價。

設計意圖：了解人工智能對社會發展的潛在風險并思考對策;鞏固本節課要點。

2.學習任務單設計

為了讓學生有更好的體驗和沉浸感，筆者設計了貫穿整個課堂的學習任務單，引導學生逐步從人是如何識別人臉過渡到機器如何識別人臉。如圖2所示。

3.學習評價設計

本節課教學過程中有兩個環節涉及評價，具體為：學生代表分享同桌“畫像”時，其他學生和教師會點評，從而完成口頭互評和師評;學生分享人臉識別如何應用在校園的設計后，教師會對學生代表的設計進行評價。

課后，教師還將對全部學生作品進行評價，具體評價量規如下：學生期末成績=歷次過程性評價分數的平均分（60）+終結性評價分數（40）。單次過程性評價（總分60）的分數構成包括：任務完成30分、課堂紀律10分、創新思維10分、設備管理10分，其中“任務完成”分數將由教師在課后批閱學生提交的任務單后給出，具體評分量規如表1。

小? 結

本教學設計緊緊圍繞人臉識別技術的原理教學展開，具有以下特點。

一是本節課的授課內容新穎且完整地覆蓋了四大核心素養。（1）新課導入環節，引導學生主動去觀察和思考生活中的信息技術現象，使得他們能根據解決問題的需要，主動尋求恰當的方式獲取與處理信息，提升信息意識。（2）接下來的五官“畫像”環節，讓學生們更好地理解人眼識別人臉與機器識別人臉機制的異同點，學會采用計算機可以處理的方式界定問題和抽象特征，啟發計算思維。（3）進一步的在線體驗環節，學生更是直接通過手機APP應用認知人臉識別的過程和應用場景，培養數字化學習的習慣和創新意識。（4）最后的小組討論，不但使學生們從身邊發現人工智能應用的設計點及實現的可能性，為后續單元開發人工智能APP做鋪墊，還引發學生思考新型技術潛在的風險，加強了對信息社會責任的認知。

二是本節課的授課形式生動，充分調動了學生的積極性。在課堂上開展了以趣味和探索為目的的活動，如五官猜人、同桌“畫像”和體驗AI開放平臺等，幫助學生理解人臉識別的機制，同時較為符合初中生的認知水平。

三是本節課的授課資源效果良好且成本較低。微信：教師手機拍攝學生填寫的紙質分析書，通過微信傳輸到教師機進行展示;騰訊AI開放平臺：開放的人臉識別體驗平臺，有豐富的免費功能供學生體驗;學習任務單（紙質）：針對本課任務定制設計，輔助學生進行課堂活動。

四是本節課充分進行了基于課堂表現的過程性評價。在課堂上安排了多個活動，給予學生充分的表現空間。評價時，以學生的課堂表現為基礎，根據課堂活動對應的量規，進行過程性評價。

參考文獻

中華人民共和國教育部.普通高中信息技術課程標準[M].人民教育出版社，2017：26.

范潔.義務教育階段人工智能課程開發的思考與探索[J].中國信息技術教育，2018（19）：93-94.