《探秘人臉識別》教學(xué)設(shè)計與實踐

聶璐 公茂杰 汪星明

【摘 要】本文介紹了人工智能領(lǐng)域中常用的技術(shù)——人臉識別。結(jié)合學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展要求，以興趣為起點、以活動為載體，筆者進行教學(xué)設(shè)計和實踐。通過在課堂中穿插的兩個體驗活動，分別讓學(xué)生體會人類在識別人臉時采用的方法，體驗人工智能技術(shù)實現(xiàn)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(xué)生思考人臉識別技術(shù)在生活中的應(yīng)用場景，從而更深刻地理解人工智能的基本原理和應(yīng)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(fēng)險。

【關(guān)鍵詞】人工智能;人臉識別;信息技術(shù);核心素養(yǎng);教學(xué)設(shè)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(shù)的快速發(fā)展，深度學(xué)習(xí)、跨界融合、人機協(xié)同等新特性，使得人工智能技術(shù)的應(yīng)用場景越來越豐富，推動著社會各個領(lǐng)域正在經(jīng)歷著從數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)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(shù)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(yīng)的能力。這對如何開展以人工智能為內(nèi)容的信息技術(shù)教學(xué)提出了新的要求。

2017年7月國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》明確提出實施全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程。《規(guī)劃》的頒布為我國在基礎(chǔ)教育領(lǐng)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(xué)階段設(shè)置相關(guān)課程時，并不能把大學(xué)課程簡單地下放[2]。如何進行有效的人工智能課程設(shè)計，在充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的同時，提升學(xué)生的信息意識、計算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新、信息社會責(zé)任等核心素養(yǎng)，是一個非常值得探討的課題。

教學(xué)設(shè)計思路

本節(jié)課出自北京十一學(xué)校初中校本課程《人工智能與APP開發(fā)》，這門課以展示學(xué)科之美、提升學(xué)習(xí)興趣為出發(fā)點，以核心素養(yǎng)的培養(yǎng)為暗線，以初步理解人工智能實現(xiàn)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(xué)生情況的調(diào)研和分析得知，在這一階段的大部分學(xué)生尚未接觸過人工智能類課程，雖在生活中使用過相關(guān)應(yīng)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(xué)目標設(shè)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(shù)在校園的應(yīng)用場景，發(fā)現(xiàn)其價值及潛在風(fēng)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(fā)現(xiàn)該平臺的優(yōu)勢與不足;完成小組討論，探討人臉識別在校園生活中的應(yīng)用場景及潛在風(fēng)險。

情感、態(tài)度與價值觀：感受智能技術(shù)對生活和學(xué)習(xí)帶來的影響，進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提升其創(chuàng)新意識和探究思維。

課堂活動與評價設(shè)計

1.課堂活動設(shè)計

本節(jié)課的課堂設(shè)計主要由五個環(huán)節(jié)組成，包括新課導(dǎo)入、五官“畫像”、在線體驗、小組討論和反思總結(jié)。重在讓學(xué)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(fā)現(xiàn)人臉識別在校園生活中的合理應(yīng)用，意識到潛在風(fēng)險。

環(huán)節(jié)一：新課導(dǎo)入（5分鐘）

拋出問題：學(xué)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(jié)不同簽到方式優(yōu)劣，說明哪些方法屬于人工智能，引出人臉識別。

設(shè)計意圖：通過趣味體驗活動，讓學(xué)生進一步認識人工智能的優(yōu)勢，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣;承上啟下，簡要回顧人工智能應(yīng)用，同時引出本節(jié)課的主題——人臉識別。

環(huán)節(jié)二：五官“畫像”（12分鐘）

組織五官猜人游戲，引導(dǎo)學(xué)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(xué)生的眼睛圖片，讓學(xué)生去猜測人物，很大程度地調(diào)動了學(xué)生的積極性;組織學(xué)生兩人一組觀察彼此臉部特點，填寫學(xué)習(xí)任務(wù)單的同桌“畫像”;組織學(xué)生代表分享;點評發(fā)言并小結(jié)。

設(shè)計意圖：借助五官猜人和同桌“畫像”，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)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(huán)節(jié)三：在線體驗（8分鐘）

組織學(xué)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(xué)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(shè)計意圖：通過在線體驗及教師講解，讓學(xué)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(huán)節(jié)四：小組討論（10分鐘）

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

設(shè)計意圖：啟發(fā)學(xué)生從身邊發(fā)現(xiàn)人工智能應(yīng)用的設(shè)計點及實現(xiàn)的可能性，同時也為后續(xù)單元開發(fā)人工智能APP做鋪墊。

環(huán)節(jié)五：小結(jié)點評（5分鐘）

基于環(huán)節(jié)四學(xué)生設(shè)計的應(yīng)用場景，詢問潛在風(fēng)險，啟發(fā)學(xué)生辯證思考。比如，學(xué)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(dǎo)學(xué)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(xiàn)實中的人臉。

小結(jié)并鋪墊下節(jié)課內(nèi)容，提醒學(xué)生留意本次課程評價。

設(shè)計意圖：了解人工智能對社會發(fā)展的潛在風(fēng)險并思考對策;鞏固本節(jié)課要點。

2.學(xué)習(xí)任務(wù)單設(shè)計

為了讓學(xué)生有更好的體驗和沉浸感，筆者設(shè)計了貫穿整個課堂的學(xué)習(xí)任務(wù)單，引導(dǎo)學(xué)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(xué)習(xí)評價設(shè)計

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

課后，教師還將對全部學(xué)生作品進行評價，具體評價量規(guī)如下：學(xué)生期末成績=歷次過程性評價分數(shù)的平均分（60）+終結(jié)性評價分數(shù)（40）。單次過程性評價（總分60）的分數(shù)構(gòu)成包括：任務(wù)完成30分、課堂紀律10分、創(chuàng)新思維10分、設(shè)備管理10分，其中“任務(wù)完成”分數(shù)將由教師在課后批閱學(xué)生提交的任務(wù)單后給出，具體評分量規(guī)如表1。

小? 結(jié)

本教學(xué)設(shè)計緊緊圍繞人臉識別技術(shù)的原理教學(xué)展開，具有以下特點。

一是本節(jié)課的授課內(nèi)容新穎且完整地覆蓋了四大核心素養(yǎng)。（1）新課導(dǎo)入環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生主動去觀察和思考生活中的信息技術(shù)現(xiàn)象，使得他們能根據(jù)解決問題的需要，主動尋求恰當?shù)姆绞将@取與處理信息，提升信息意識。（2）接下來的五官“畫像”環(huán)節(jié)，讓學(xué)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(xué)會采用計算機可以處理的方式界定問題和抽象特征，啟發(fā)計算思維。（3）進一步的在線體驗環(huán)節(jié)，學(xué)生更是直接通過手機APP應(yīng)用認知人臉識別的過程和應(yīng)用場景，培養(yǎng)數(shù)字化學(xué)習(xí)的習(xí)慣和創(chuàng)新意識。（4）最后的小組討論，不但使學(xué)生們從身邊發(fā)現(xiàn)人工智能應(yīng)用的設(shè)計點及實現(xiàn)的可能性，為后續(xù)單元開發(fā)人工智能APP做鋪墊，還引發(fā)學(xué)生思考新型技術(shù)潛在的風(fēng)險，加強了對信息社會責(zé)任的認知。

二是本節(jié)課的授課形式生動，充分調(diào)動了學(xué)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(xué)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(jié)課的授課資源效果良好且成本較低。微信：教師手機拍攝學(xué)生填寫的紙質(zhì)分析書，通過微信傳輸?shù)浇處煓C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(xué)生體驗;學(xué)習(xí)任務(wù)單（紙質(zhì)）：針對本課任務(wù)定制設(shè)計，輔助學(xué)生進行課堂活動。

四是本節(jié)課充分進行了基于課堂表現(xiàn)的過程性評價。在課堂上安排了多個活動，給予學(xué)生充分的表現(xiàn)空間。評價時，以學(xué)生的課堂表現(xiàn)為基礎(chǔ)，根據(jù)課堂活動對應(yīng)的量規(guī)，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(shù)課程標準[M].人民教育出版社，2017：26.

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