基于人工智能圖像識別技術(shù)的 STEAM課程探究

教學(xué)背景

為了適應(yīng)信息時代技術(shù)的發(fā)展速度對人才培養(yǎng)提出的新要求，提升學(xué)生的信息素養(yǎng)和信息技術(shù)操作能力，信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)指出，教師應(yīng)盡量創(chuàng)建以操作性、實踐性和探究性為特征的教學(xué)環(huán)境。因此，筆者基于生活中常用的人工智能圖像識別技術(shù)，組織學(xué)生開展STEAM課程探究。本節(jié)課的教學(xué)對象是四年級Pad實驗班的學(xué)生，他們在四年級上半學(xué)期已經(jīng)學(xué)習(xí)了如何使用瀏覽器及搜索引擎搜索關(guān)鍵字，能夠?qū)W習(xí)并理解本節(jié)課程，使用人工智能圖像識別技術(shù)自己采集照片了解未知的東西，并且應(yīng)用此技術(shù)進(jìn)行更精準(zhǔn)的垃圾分類。

教學(xué)目標(biāo)

知識與技能 了解人工智能圖像識別技術(shù)及其在日常生活中的普遍應(yīng)用;掌握人工智能圖像識別技術(shù)并學(xué)會應(yīng)用于生活。

過程與方法 通過自主探究和小組討論，形成自主學(xué)、合作學(xué)的意識;在使用人工智能圖像識別技術(shù)識別未知事物時，體驗信息技術(shù)的發(fā)展給人們生活帶來的便利。

情感態(tài)度與價值觀 激發(fā)對信息技術(shù)的求知欲，形成勤于操作、敢于創(chuàng)新的信息技術(shù)學(xué)習(xí)熱情;樹立垃圾分類的社會責(zé)任意識。

教學(xué)重點與難點

教學(xué)重點 了解并掌握人工智能圖像識別技術(shù)的使用操作。

教學(xué)難點 人工智能圖像識別技術(shù)的應(yīng)用。

教學(xué)準(zhǔn)備

Pad，微課教學(xué)視頻及教學(xué)課件，需要識別的物品，探究單，任務(wù)單。

教學(xué)過程

一、導(dǎo)入課題

教師創(chuàng)設(shè)情境，導(dǎo)入本課。

師：同學(xué)們，之前我們學(xué)過使用搜索引擎搜索北京的橋，但是如果我們遇到自己不認(rèn)識的詞語（如迤邐），該怎么搜索呢？

教師用Pad操作演示搜索生僻詞語的過程。

師：同學(xué)們，你們知道這是什么技術(shù)嗎？其實老師剛才應(yīng)用的就是人工智能圖像識別技術(shù)，本節(jié)課我們就一起學(xué)習(xí)這項技術(shù)。有了它的幫助，我們就可以搜索許多不認(rèn)識的事物了。

設(shè)計意圖：通過教師的問題引發(fā)學(xué)生思考，并激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。

二、初識人工智能圖像識別技術(shù)

1.認(rèn)識圖像識別技術(shù)

圖像識別技術(shù)不僅能識別文字，還能識別很多的物品。目前，有許多軟件都有圖像識別功能，像萬能識圖、形色、掃描全能王、百度等App都應(yīng)用了圖像識別技術(shù)。

師：我們今天就以中國企業(yè)自主研發(fā)的百度App為例，來學(xué)習(xí)人工智能圖像識別技術(shù)。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生認(rèn)識到很多公司都開發(fā)了圖像識別功能，生活中也有很多圖像識別技術(shù)的應(yīng)用，提高學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)、熱愛祖國的情感。

2.探究百度App中圖像識別技術(shù)的使用

（1）教師布置探究任務(wù)

師：老師按課前分組為每組同學(xué)準(zhǔn)備了植物、logo、二維碼等不同的物品進(jìn)行識別，請同學(xué)們按照課前分組，填寫探究單（見下表），識別出的圖像一會兒通過軟件進(jìn)行展示。

探究單

1.通過使用圖像識別技術(shù)，開展對事物的探究活動。

2.你認(rèn)為使用圖像識別技術(shù)識別物品的過程是？

設(shè)計意圖：為學(xué)生布置探究任務(wù)，讓學(xué)生帶著學(xué)習(xí)任務(wù)，有針對性地觀看微課。

（2）學(xué)生自主探究

師：請同學(xué)們打開圖像識別技術(shù)的微課教學(xué)視頻，觀看微課，自學(xué)百度App圖像識別功能的使用。觀看后請嘗試進(jìn)行實踐，若看完一次視頻仍然不會操作應(yīng)用，可以多看幾次，也可以求助老師。另外，大家的Pad上已經(jīng)安裝好了百度App。

學(xué)生觀看視頻進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，從中了解圖像識別技術(shù)正確的操作方法，并完成探究任務(wù)，填寫探究單。教師巡視指導(dǎo)，如圖1。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生通過微課，自學(xué)百度App圖像識別功能的使用，通過對不同的物品進(jìn)行識別達(dá)到初步練習(xí)的目的。

3.展示、評價與總結(jié)

學(xué)生按分組將識別出的圖像通過相關(guān)軟件進(jìn)行展示，匯報探究單的第一條任務(wù)。學(xué)生組間互評，最后教師總結(jié)。

師：結(jié)合你們的實踐經(jīng)驗，大家想一想，圖像識別技術(shù)識別物品的過程是怎樣的，完成探究單的第二項任務(wù)。

學(xué)生思考討論，并填寫探究單。

師：實際上，人工智能就是用機(jī)器模仿人的思維過程，圖像識別技術(shù)識別物品的過程也與人的思維過程類似，要經(jīng)歷采集、分析、識別這三個階段。同學(xué)們經(jīng)過分組嘗試，都已經(jīng)初步學(xué)會了如何使用百度App的圖像識別功能，在操作過程中大家都遇到了哪些問題？為什么有的物品識別不出來呢？

教師隨機(jī)抽選幾位學(xué)生回答。

教師總結(jié)：拍攝距離遠(yuǎn)近、光照強(qiáng)度與光源位置、拍攝角度、物品上文字的正反等都會影響圖像識別的效果。

三、人工智能圖像識別技術(shù)的綜合實踐——垃圾分類

1.趣味導(dǎo)入

師：同學(xué)們看這是什么？（教師拿出棗等帶核小水果，將小水果吃掉剩下水果核）習(xí)總書記提出實行垃圾分類，這關(guān)系到廣大人民群眾的生活環(huán)境，關(guān)系節(jié)約使用資源，也是社會文明水平的一個重要體現(xiàn)。從2020年5月1日開始，新版《北京市生活垃圾管理條例》正式實施。按照條例，你們知道它屬于什么垃圾嗎？

設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生綠色發(fā)展意識及保護(hù)環(huán)境的社會責(zé)任感。

2.實踐操作

師：其實人工智能圖像識別技術(shù)也可以應(yīng)用于垃圾分類，請大家觀看微課教學(xué)視頻，學(xué)習(xí)如何用百度App的圖像識別技術(shù)進(jìn)行垃圾分類。

學(xué)生觀看視頻進(jìn)行自主學(xué)習(xí)。

師：課前，老師為每組同學(xué)準(zhǔn)備了一張綜合實踐任務(wù)單（見下表），和一塑料袋的垃圾以及小垃圾桶。下面就請大家響應(yīng)習(xí)總書記的號召，開始進(jìn)行垃圾分類綜合實踐活動。請同學(xué)們按課前分組，使用百度圖像識別中的“識垃圾”功能進(jìn)行垃圾分類并截屏，將不同垃圾投入到相應(yīng)的垃圾桶內(nèi)，填寫綜合實踐任務(wù)單。

綜合實踐任務(wù)單

同學(xué)們使用百度App圖像識別技術(shù)識別垃圾功能進(jìn)行垃圾分類。

學(xué)生小組合作，識別電池、塑料袋、塑料瓶、硬紙、筆、衛(wèi)生紙、樹葉等物品。

教師巡視指導(dǎo)，及時給予學(xué)生幫助。

設(shè)計意圖：激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生了解圖像識別技術(shù)在垃圾分類方面的應(yīng)用，明白垃圾分類的重要性，培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力和合作意識。

3.匯報展示交流

學(xué)生按小組匯報展示綜合實踐成果，教師進(jìn)行評價總結(jié)，師生交流百度App的其他特定識別功能。

四、知識拓展

師：你們還知道圖像識別技術(shù)的其他應(yīng)用領(lǐng)域嗎？請大家想一想、查一查。

學(xué)生使用Pad搜索資料。

教師用大屏展示圖像識別技術(shù)在生活中的更多應(yīng)用并介紹：圖像識別技術(shù)的應(yīng)用非常廣泛，除了二維碼識別、人臉識別、車牌識別等常見的應(yīng)用領(lǐng)域，它在無人駕駛、天氣預(yù)報、軍事偵察、環(huán)境污染監(jiān)測等領(lǐng)域也有重要的應(yīng)用價值。

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學(xué)生信息意識，拓展學(xué)生的知識廣度。

五、課堂小結(jié)

師：通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們了解了圖像識別技術(shù)并進(jìn)行了應(yīng)用實踐，課后請同學(xué)們繼續(xù)了解生活中還有哪些圖像識別技術(shù)的應(yīng)用。如果同學(xué)們以后遇到有些垃圾不知道如何分類的時候，可以利用圖像識別技術(shù)進(jìn)行垃圾分類。

教學(xué)反思

本節(jié)課讓學(xué)生從生活出發(fā)，自主探究人工智能圖像識別技術(shù)的應(yīng)用，以小組合作與個人自學(xué)相結(jié)合的模式，激發(fā)了學(xué)生的探究熱情及對信息技術(shù)的好奇心和求知欲，培養(yǎng)了他們的動手操作能力與實踐能力，促使他們養(yǎng)成垃圾正確分類的環(huán)保意識。學(xué)生們在STEAM課程活動中不僅提升了信息意識與素養(yǎng)，還鍛煉了團(tuán)結(jié)協(xié)作的能力。