身邊的人工智能

王夏君 北京市通州區馬駒橋鎮中心小學信息技術教師。一級教師，通州區信息技術學科中心組成員，曾被評為通州區青年骨干教師。多次在信息技術學科教學設計中獲獎，多次輔導學生在創客比賽、STEM+挑戰賽中取得優異成績。

課程背景

2017年國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》強調普及中小學階段人工智能、編程教育。《普通高中信息技術課程標準（2017年版）》正式將人工智能、算法、開源硬件、項目學習等作為重點列入其中。因此，人工智能與編程教育一直是我校信息技術教育的重點。

我校的教育理念是“生長教育”，生長教育理念來源于美國著名教育家杜威，倡導通過生活化的教學實踐活動，促進學生知識、能力、情感、道德的生長。校本課程涵蓋跨學科的創客課程、STEAM課程等，以這些課程為載體，促進學生思維發展，培養學生必備品格和關鍵能力。

因此，本課內容在建構主義思想的指導下，以學生為中心，從生活中出發，鼓勵學生發現問題、分析問題、解決問題。本課以活動為主線，以任務為驅動，引領學生參與體驗、交流討論，通過編寫程序并結合開源硬件完成人工智能產品效果的簡單模擬，在此過程中提升學生的計算思維、創新能力和實踐能力。

教學目標

1.了解圖像識別、文字識別的簡單原理及其在生活中的一些具體應用，感受人工智能給生活帶來的便利。

2.分析任務流程，完成車牌號識別的簡單腳本編寫并測試。

3.在分析任務、完成任務的過程中學習程序設計、人工智能解決問題的思想與方法，提升計算思維能力。

4.產生學習探究人工智能的興趣，幫助學生樹立正確的人工智能社會的價值觀與道德責任感。

教學重點與難點

教學重點

1.圖像識別的過程和簡單原理。

2.分析任務，編寫程序并調試。

教學難點

引導學生在“車牌識別”程序編寫與調試中分析并解決問題。

教學準備

PPT課件、樂智編程平臺、KenBlock控制板、LED模塊、舵機。

教學過程

一、課程導入

教師提出問題。

師：我們的校園是一個大花園，有很多美麗的花，同學們知道這些花都叫什么名字嗎？（教師出示圖片）

師：有沒有什么工具可以幫助我們認識這些花？（有的學生用過如形色App，教師可引導學生表述;若沒有學生回應，教師直接介紹識別植物、花草的App應用并進行演示。）

（設計意圖：結合學生身邊熟悉的事物提出問題，引導學生根據自己的經驗自由表述。）

二、體驗操作

1.感知體驗

學生用形色App識別植物。

師：除了形色App，手機上還有一些智能應用或者微信小程序也可以完成圖像識別，如百度AI體驗中心、騰訊AI體驗中心等。

學生應用百度AI體驗中心的圖像技術和騰訊AI體驗中心的計算機視覺進行圖像識別。

（設計意圖：幫助學生感知了解什么是圖像識別。）

師：圖像識別，即人工智能根據圖像來識別圖像的內容和所表達的含義。

教師提出問題。

師：圖像識別在我們生活中有哪些應用？

學生閱讀資料，討論回答。

教師總結補充。

（設計意圖：引導學生了解圖像識別在生活中的應用，滲透人工智能社會的正確價值觀。）

2.探索實踐

師：圖像識別有廣泛的應用領域，我們的校園里，也有關于圖像識別的應用。你們發現了嗎？其中有一處就是校園門口車牌號識別，這樣的技術應用進一步增加了校園的安全系數。那么，車牌識別的過程是什么樣的呢？

引導學生進行問題拆分：

如果識別到的車輛是注冊過的，說“請通過”;如果識別到的車輛未注冊，提示“陌生車輛”。

引導學生畫出流程圖。

（設計意圖：分析實現方法，通過畫流程圖幫助學生進行問題拆分，理清編程思路，選擇程序結構。）

3.編程、測試、改進

（1）添加擴展視頻偵測模塊，鏡像開啟攝像頭。

選中文字識別結果，單擊“文字識別開始”這條指令，讓計算機識別車牌卡片，觀察舞臺區的識別結果。

引導學生思考：影響識別結果的因素有什么？

學生討論并嘗試讓計算機準確識別車牌卡片。

（2）編程實現“識別到指定車牌卡片，說‘請通過’，否則提示‘陌生車輛’”。

學生根據流程示意圖，試著編寫程序，模擬車牌號識別的過程，并測試程序效果。

（3）添加擴展KenBlock開發板，連接開發板、LED燈、舵機、電池盒等，編寫程序，實現如下所述效果：

如果識別到的車牌號注冊過，說“請通過”，LED燈亮，閘機抬桿抬起。

硬件連接情況。

學生繼續根據上面的任務分析，編寫程序，并上傳至KenBlock板子測試。

教師巡視指導，和學生一起發現、解決問題。

對應流程分析，編寫程序腳本，測試。

迭代完善程序。

三、作品展示，分享交流

以小組為單位，展示作品。

教師引導學生說一說在作品制作過程中遇到了哪些問題，以及問題是如何解決的。

繼續引導鼓勵學生發揮創意。

師：你還想對你的作品進行哪些改進？或者關于圖像識別應用，你還有什么創想和設計？

（設計意圖：通過討論，拓展思路，引發學生進一步思考，大膽想象，激發學生持續不斷地進行思考與創新。）

教學反思

本課讓學生通過感知體驗，初步了解人工智能圖像識別及其應用。結合身邊的人工智能應用，讓學生通過任務分析、問題拆分，制作與計算機有交互的簡單模擬人工智能的作品，在實踐基礎上培養學生計算思維能力。通過制作簡單模擬人工智能的作品，激發學生在興趣引領下進行學習和探索，引領學生體驗用人工智能相關技術思想來分析和解決問題的過程，提升實踐能力和創新思維能力。同時，學生在前期設計作品和后期搭建作品的過程中，滲透了兼具設計思維、工程思維等思想和方法，培養了學生跨學科應用的能力。