從AI體驗(yàn)到AI創(chuàng)編，學(xué)科育人中的素養(yǎng)提升

摘要：本文以項(xiàng)目學(xué)習(xí)的方式開(kāi)展人工智能教學(xué)，從體驗(yàn)人工智能的應(yīng)用到創(chuàng)編一個(gè)簡(jiǎn)單的人工智能工具，探究小學(xué)信息技術(shù)學(xué)科人工智能教學(xué)中的信息核心素養(yǎng)提升與人工智能素養(yǎng)提升。同時(shí)，通過(guò)設(shè)計(jì)有趣有理有效的任務(wù)來(lái)貫穿教學(xué)情境，深度挖掘信息學(xué)科獨(dú)特的育人價(jià)值。

關(guān)鍵詞：學(xué)科育人;素養(yǎng)提升;人工智能

中圖分類(lèi)號(hào)：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 論文編號(hào)：1674-2117（2021）21-0012-03

前端分析，關(guān)注核心素養(yǎng)，建構(gòu)育人價(jià)值

教材分析：本課是蘇科版小學(xué)信息六年級(jí)項(xiàng)目9“人工智能初體驗(yàn)”中的拓展內(nèi)容，在此項(xiàng)目之前，已經(jīng)介紹了機(jī)器人、物聯(lián)網(wǎng)、智能感知、智能家居、智慧出行等內(nèi)容，本課其實(shí)是以上內(nèi)容的匯聚和延伸。通過(guò)創(chuàng)編，在創(chuàng)造自己的AI工具的過(guò)程中了解創(chuàng)造AI工具的流程，通過(guò)健康飲食的情境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注飲食健康問(wèn)題。本項(xiàng)目需兩課時(shí)完成。

學(xué)生分析：學(xué)生通過(guò)之前的學(xué)習(xí)，基本掌握了計(jì)算機(jī)操作的基本技能，對(duì)圖形化編程的基本模塊和控件有了一定的知識(shí)儲(chǔ)備，具有相應(yīng)的創(chuàng)編基礎(chǔ)。在生活中，六年級(jí)學(xué)生接觸了相應(yīng)的人工智能應(yīng)用，在參加各類(lèi)競(jìng)賽中體會(huì)到了“智能”的技術(shù)和運(yùn)用，對(duì)互動(dòng)有過(guò)體驗(yàn)，對(duì)人工智能一詞并不陌生，對(duì)人工智能互動(dòng)充滿(mǎn)向往，對(duì)人工智能的應(yīng)用有自己的想法，對(duì)本課的學(xué)習(xí)有著較強(qiáng)的學(xué)習(xí)興趣。

教學(xué)結(jié)合點(diǎn)：本課通過(guò)兩個(gè)小項(xiàng)目分別介紹語(yǔ)音識(shí)別、人臉識(shí)別、OCR文字識(shí)別這三種常見(jiàn)的人工智能應(yīng)用，在項(xiàng)目中讓學(xué)生認(rèn)識(shí)、使用人工智能，同時(shí)關(guān)注學(xué)生信息核心素養(yǎng)和人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)。通過(guò)設(shè)計(jì)“AI游戲：吃水果”，在項(xiàng)目中讓學(xué)生認(rèn)識(shí)、創(chuàng)造、使用AI，同時(shí)關(guān)注學(xué)生信息核心素養(yǎng)和人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)，并充分挖掘信息技術(shù)學(xué)科的育人價(jià)值，如食育、衛(wèi)生教育等。

情境探究，聚焦核心素養(yǎng)，開(kāi)發(fā)育人價(jià)值

1.說(shuō)說(shuō)AI應(yīng)用：創(chuàng)建AI情境

師：今天老師給大家?guī)?lái)了一位好朋友，你們認(rèn)識(shí)它嗎？來(lái)跟它打個(gè)招呼吧！上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了《初識(shí)人工智能》，那你知道小度是什么嗎？生活中有哪些人工智能呢？（學(xué)生舉例）同學(xué)們說(shuō)得都很好，在生活中有很多的AI，如在語(yǔ)音識(shí)別、人臉識(shí)別、OCR文字識(shí)別、車(chē)牌識(shí)別、指紋識(shí)別、機(jī)器視覺(jué)等很多領(lǐng)域都能看到人工智能大顯身手。對(duì)人類(lèi)來(lái)說(shuō)，特別重要的是對(duì)聲學(xué)信息（通過(guò)聽(tīng)覺(jué)器官來(lái)獲得）和光學(xué)信息（通過(guò)視覺(jué)器官來(lái)獲得）的識(shí)別，這是重要的兩大類(lèi)識(shí)別（教師揭題并板書(shū)），今天我們就一起來(lái)認(rèn)識(shí)AI人工智能的應(yīng)用。

過(guò)程解析：通過(guò)觀(guān)看老師和小度對(duì)話(huà)，初步感知生活中的AI。通過(guò)讓學(xué)生說(shuō)一說(shuō)，加深對(duì)AI的認(rèn)知和理解。通過(guò)聯(lián)系生活中的AI，引出對(duì)人類(lèi)重要的兩大類(lèi)識(shí)別，也是對(duì)今天三種識(shí)別的鋪墊。

2.語(yǔ)音識(shí)別項(xiàng)目：智能初體驗(yàn)

師：上課前我們和小度進(jìn)行了對(duì)話(huà)，小度是怎么聽(tīng)懂我們說(shuō)的話(huà)的呢？語(yǔ)音識(shí)別是對(duì)聲學(xué)信息的識(shí)別，識(shí)別的是人類(lèi)語(yǔ)音中的詞匯內(nèi)容。語(yǔ)音輸入后，通過(guò)預(yù)處理、特征提取、模式匹配等實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音識(shí)別。你知道哪些語(yǔ)音識(shí)別的應(yīng)用呢？

學(xué)生說(shuō)一說(shuō)，教師介紹除了小度這樣的獨(dú)立智能助手，還有手機(jī)自帶的Siri和小藝等智能助手。有些APP也提供了語(yǔ)音識(shí)別，如彩云小譯，它不僅可以快速識(shí)別語(yǔ)音，還能實(shí)時(shí)翻譯（PPT出示）。

任務(wù)一：請(qǐng)打開(kāi)平板上的彩云小譯，體驗(yàn)一下語(yǔ)音識(shí)別吧！

師：為什么要用語(yǔ)音識(shí)別？

生：打字不方便、雙手不方便操作、老人、兒童……

師：你會(huì)利用語(yǔ)音識(shí)別來(lái)幫助你做哪些事呢？

生：查天氣、聽(tīng)音樂(lè)、學(xué)英語(yǔ)。

過(guò)程解析：引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注和小度的對(duì)話(huà)，引發(fā)學(xué)生思考和分析背后的原理。通過(guò)總結(jié)學(xué)生的分析，介紹語(yǔ)音識(shí)別基本原理和工作過(guò)程。讓學(xué)生在體驗(yàn)彩云小譯的過(guò)程中，感悟語(yǔ)音識(shí)別的原理和影響識(shí)別的因素。通過(guò)體驗(yàn)語(yǔ)音識(shí)別，讓學(xué)生創(chuàng)想語(yǔ)音識(shí)別的無(wú)限可能，引發(fā)學(xué)生思考語(yǔ)音識(shí)別用處，提升學(xué)生信息核心素養(yǎng)和人工智能素養(yǎng)。

3.人臉識(shí)別項(xiàng)目：素養(yǎng)初培育

師：老師剛才在用手機(jī)演示彩云小譯的時(shí)候，并沒(méi)有輸入密碼，老師是怎么解鎖手機(jī)的呢？（教師引出并介紹人臉識(shí)別）老師設(shè)置了面容識(shí)別，即人臉識(shí)別功能。人臉識(shí)別是計(jì)算機(jī)視頻圖像識(shí)別技術(shù)中的一種。誰(shuí)來(lái)試試用自己的臉解鎖老師的手機(jī)？現(xiàn)在老師換一個(gè)表情，也能把手機(jī)解鎖。這是為什么呢？（PPT出示，播放視頻）人臉識(shí)別是對(duì)光學(xué)信息的識(shí)別，它有一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，它通過(guò)人臉圖像采集與檢測(cè)、人臉圖像預(yù)處理、人臉圖像特征提取、匹配與識(shí)別來(lái)完成人臉的識(shí)別。生活中還有哪些AI人臉識(shí)別的應(yīng)用？想不想試一試？

任務(wù)二：請(qǐng)打開(kāi)平板上的“涂臉”，體驗(yàn)一下人臉識(shí)別吧！

師：為什么要用人臉識(shí)別呢？

生：安全、便捷。

師：人臉識(shí)別是否絕對(duì)安全呢？

生：個(gè)人隱私和信息安全。

師：你知道其他保證信息安全的身份識(shí)別嗎？你能說(shuō)說(shuō)它的工作原理嗎？

生：指紋、瞳孔虹膜……

過(guò)程解析：首次提到光學(xué)信息的識(shí)別，為模式識(shí)別兩大類(lèi)鋪墊。通過(guò)體驗(yàn)智能人臉測(cè)試APP，體會(huì)人臉識(shí)別的功能特點(diǎn)和樂(lè)趣。通過(guò)問(wèn)題引發(fā)學(xué)生思考人臉識(shí)別的意義，是對(duì)學(xué)生信息意識(shí)和計(jì)算思維等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

4.分析游戲，試搭控件，育人再開(kāi)發(fā)

師：中小學(xué)生正處于快速生長(zhǎng)發(fā)育期，健康飲食尤為重要，每日對(duì)肉類(lèi)、谷類(lèi)、果蔬的攝取都要確保，有的同學(xué)只吃肉不吃菜，有的同學(xué)谷類(lèi)吃得很少，還有的同學(xué)從來(lái)不吃水果（PPT出示）。今天我們就來(lái)做一個(gè)幫助我們養(yǎng)成健康飲食好習(xí)慣的互動(dòng)游戲——吃水果。打開(kāi)桌面素材程序文件，如果雙擊不能打開(kāi)，請(qǐng)先打開(kāi)Kittenblock，再通過(guò)“文件—從電腦中上傳”的方式來(lái)打開(kāi)。（板書(shū)介紹舞臺(tái)上的果蔬角色）今天我們要用自己的嘴巴吃到這些果蔬，當(dāng)我們的嘴巴碰到果蔬角色時(shí)，果蔬消失了就表示被吃了。你能分析一下可以用什么模塊里的哪些控件實(shí)現(xiàn)嗎？（學(xué)生嘗試描述）大家說(shuō)得非常好，請(qǐng)你們?cè)囋嚧罱丶?，?shí)現(xiàn)果蔬能被吃掉吧！

過(guò)程解析：從健康飲食入手，提出育人情境，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注健康飲食。通過(guò)讓學(xué)生打開(kāi)素材文件，認(rèn)識(shí)文件中的舞臺(tái)和角色，分析角色的腳本。讓學(xué)生結(jié)合對(duì)角色的分析思考討論可能用到的模塊和控件，這既是遷移舊知，也是對(duì)學(xué)生信息意識(shí)和計(jì)算思維等核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

5.搭建控件，人機(jī)互動(dòng)，素養(yǎng)再提升

師：有同學(xué)發(fā)現(xiàn)偵測(cè)模塊里沒(méi)有偵測(cè)到攝像頭捕捉畫(huà)面的控件，其實(shí)，在Kittenblock里我們可以添加視頻偵測(cè)模塊和Machine learning模塊。（教師介紹兩個(gè)模塊）視頻偵測(cè)模塊可以偵測(cè)到攝像頭捕捉的畫(huà)面，Machine learning模塊可以捕捉我們的五官，如嘴巴，并借助畫(huà)筆模塊著色，這樣嘴巴就能通過(guò)顏色被偵測(cè)到。在點(diǎn)擊綠旗后，小貓隱藏，攝像頭啟動(dòng)，識(shí)別開(kāi)始。當(dāng)按下空格鍵后，小貓顯示，游戲開(kāi)始。提示：在#Face API分類(lèi)中，需要初始化，檢測(cè)、繪制特征和畫(huà)筆需要組合（如圖1）。

過(guò)程解析：基于學(xué)生學(xué)習(xí)需求，結(jié)合已有的分析和認(rèn)知，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)攝像頭捕捉畫(huà)面的偵測(cè)，從而引出對(duì)視頻偵測(cè)模塊和ML模塊的介紹。此時(shí)對(duì)兩個(gè)模塊進(jìn)行介紹，學(xué)生關(guān)注度就會(huì)比較高。明確要求，提示ML模塊相應(yīng)控件的注意事項(xiàng)。

總結(jié)延伸，體現(xiàn)智能素養(yǎng)，挖掘育人價(jià)值

要求學(xué)生對(duì)照板書(shū)（如圖2），總結(jié)延伸：

（1）今天你學(xué)會(huì)了什么？

（2）你能用自己的語(yǔ)言說(shuō)一說(shuō)AI嗎？

（3）你還想創(chuàng)造哪些AI互動(dòng)游戲？需要什么硬件和軟件？

（4）你對(duì)AI或者創(chuàng)造AI工具還有什么想法？

教師補(bǔ)充總結(jié)：AI對(duì)計(jì)算機(jī)硬件尤其是GPU的要求很高，Kittenblock中的Machine Learning模塊是軟件自帶的內(nèi)置AI模塊，在計(jì)算機(jī)配置不夠或攝像頭精度不高的情況下，會(huì)出現(xiàn)運(yùn)行卡頓，使用起來(lái)會(huì)覺(jué)得慢，但是加載等待一會(huì)兒會(huì)有所緩解。在Face API分類(lèi)控件進(jìn)行人臉識(shí)別時(shí)，還應(yīng)注意光線(xiàn)的均勻，如在上課過(guò)程中，學(xué)生嘴巴識(shí)別不出來(lái)，反而是后面聽(tīng)課教師的嘴巴識(shí)別出來(lái)了，這是因?yàn)閷W(xué)生所在的位置光線(xiàn)過(guò)亮，學(xué)生的面部偏白。

作業(yè)設(shè)計(jì)：

（1）給游戲增加點(diǎn)難度，如再增加幾個(gè)水果、水果會(huì)動(dòng)等。

（2）探究視頻偵測(cè)模塊和Machine Learning模塊，還可以實(shí)現(xiàn)哪些人機(jī)交互？

過(guò)程解析：復(fù)習(xí)回顧，梳理總結(jié)。通過(guò)回顧本課學(xué)習(xí)內(nèi)容，及時(shí)梳理總結(jié)。完善作品，探究視頻偵測(cè)和ML模塊，為后續(xù)AI創(chuàng)造鋪墊。

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本文系江蘇省管雪沨網(wǎng)絡(luò)名師工作室人工智能教育研究階段性成果。