小學人工智能體驗課堂實施的思路

王玉慧

［摘要］ 人工智能是研究和開發(fā)用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統(tǒng)的一門新的技術科學，在小學信息科技課程中引入人工智能技術教學具有很強的現(xiàn)實意義。本文以“探索人臉解鎖”項目為例，對小學人工智能體驗課程進行分析與探究，總結出創(chuàng)設情境，體驗人臉識別技術；分解學習任務，促進深層次理解的課程實施思路，既能讓學生了解人工智能的相關知識，又能培養(yǎng)學生分析、解決問題的能力，提高信息素養(yǎng)。

［關鍵詞］ 人工智能；信息科技課程；人臉識別技術

在數(shù)字中國背景下，人工智能技術被社會各界所關注?！读x務教育信息科技課程標準（2022年版）》（以下簡稱“新課標”）也將人工智能納入了第四階段（7-9年級）的內容模塊中。事實上，在小學信息科技課程中開展人工智能技術教學的實踐相對較少?；诖?，本文以日常生活中的人臉識別解鎖手機為啟發(fā)，設計了“探索人臉解鎖”這一學習項目，讓學生在體驗人工智能技術解決問題的過程中，提高信息科技學科核心素養(yǎng)。

一、研讀新課標，尋找教學創(chuàng)新點

新課標指出，要通過身邊的人工智能應用場景，引導學生正確認識人工智能，并在實際應用的體驗中體會人工智能帶來的社會變化和安全挑戰(zhàn)。根據(jù)南京市南湖第二小學六年級學生的學情和新課標的具體要求，筆者選擇了“探索人臉解鎖”項目作為初探人工智能的教學方向，借助現(xiàn)有“悟空機器人”設備開展教學，在體驗中激發(fā)學生的學習興趣與探究欲望。本節(jié)課的主要目標是了解人臉識別技術原理及使用方法，能夠編寫簡單的程序，實現(xiàn)解鎖手機，并能通過點擊“音樂”按鍵實現(xiàn)播放音樂的功能。本課的教學對象是小學六年級學生，他們對人臉識別技術有淺顯的認識，但對其機理的理解則相對不足。因此，本課的目的是讓學生親身體驗人臉識別技術的應用給我們的生活帶來的便利，在討論、實踐與想象中自主探索，獲取新知。

二、探尋新方法，突破教學重難點

本節(jié)課的教學重難點是了解人臉識別技術原理及使用方法，編寫程序制作一個具備人臉識別解鎖功能的智能手機。本課因為涉及一些專業(yè)知識的理解與應用，所以在教學設計中教師不僅要關注學生現(xiàn)有的認知水平，也要將學習任務進行分解，便于學生進一步探究人臉識別技術并加以運用，具體實施呈現(xiàn)如下。

1.創(chuàng)設情境，體驗人臉識別技術

人臉識別技術在日常生活中已經(jīng)有了大量的應用。在課前的交流討論中，大部分學生能夠說出解鎖手機、解鎖門禁、刷臉付款等生活場景。那么，接下來就是要與本節(jié)課的知識進行關聯(lián)，從而激發(fā)學生的學習興趣。這里，筆者采用的是加入“悟空機器人”模擬場景：老師與機器人打招呼，它可以識別出人臉，并能說出具體的人物信息。但當你們和它打招呼的時候，它并不能認出。由此，引出機器人在課前已經(jīng)“認識”了老師，個人信息已被錄入，所以才能夠打招呼，繼而引出今天的學習主題——人臉解鎖。

“人工智能”模塊的學習相比之前的信息科技課程，不論是知識體系還是課堂組織方式都有了很大的變化。那么，教師在進行課程設計時就更要以學生的實際生活情境出發(fā)，設計有趣的教學實踐活動，激發(fā)學生的學習興趣和操作熱情，讓他們能夠借助這些設備來具身體驗人工智能技術。

正如上文對場景模擬的描述：需要同學們去了解人臉識別技術原理，探究“悟空機器人”的人臉識別功能，體驗人臉識別技術的流程。如果僅通過教師的語言講解，則很難講清楚人臉識別的原理。對此，我們通過創(chuàng)設“悟空認不認識你”這樣一個情境，讓學生操作機器人的高清攝像頭識別自己、認識自己，從中體驗人臉識別技術從登記到識別的流程。這樣的體驗過程讓學生的興致都很高，每個人都想試著讓機器人能夠認識自己。經(jīng)過這樣的切身體驗，學生都能夠清楚地感知在整個過程中通過各個角度的人臉錄入，可以識別到自己，且不同的人對應不同的提示。

2.分解學習任務，促進深層次理解

要想把握好人工智能課程的核心——算法和程序，宜采用小學生能夠理解的形式去呈現(xiàn)這樣的知識，而不僅僅是圖一個新鮮、好玩。那么，對于在此過程中的知識講解環(huán)節(jié)，我們可以借助流程圖、視頻等學習資源，幫助學生搭建合適的腳本，教學設計如下。

首先，我們請同學們觀看老師是怎么解鎖的，以及讓機器人播放出音樂的過程。然后，我們就可以嘗試分析，要想實現(xiàn)這樣的功能需要滿足什么樣的條件。在進行“人臉解鎖手機，打開應用”這一環(huán)節(jié)前，教師可以提出幾個問題來引導學生：一開始手機呈現(xiàn)出的是什么畫面？什么時候它會進入主屏幕？那你會用人臉來解鎖手機嗎？為什么它可以打開手機？用這個方法解鎖手機的過程又是什么？解鎖后又該如何來聽音樂？通過一連串的問題促進學生思考，讓他們在腦海中梳理解鎖手機的流程。學生將上述操作的順序連起來，便可以梳理出解鎖手機的整個過程。在若干個問題支架的幫助下，學生一步步理解操作流程，有效降低了操作難度。

在教學實操環(huán)節(jié)，教師可以引導學生先去分析角色的動作，再編寫程序，最后調試程序，完成腳本的搭建。在此，我們可以借助流程圖，讓學生先對編程的整個過程有一個整體的認識。接著，再用程序語言表示出來。鑒于六年級學生在五年級上學期已經(jīng)學習過Scratch的相關課程，對于腳本的搭建也都很熟悉。有了這樣的基礎，學生就能更快地理解和調用各模塊的控件，既提升了課堂教學效率，又能促進知識遷移。

三、體驗新事物，提高信息核心素養(yǎng)

本課是人工智能體驗課，根據(jù)教學內容和教學實踐發(fā)現(xiàn)，本節(jié)課的教學目標是學生能夠使用程序設計為“智能手機”編寫功能代碼，實現(xiàn)“人臉解鎖”與“按鍵”功能。新課標強調學生能夠體會這些應用給學習和生活帶來的便利，感受技術對社會的深刻影響。筆者設計“制作智能手機”活動，課堂中分組完成任務，讓每位學生都盡可能參與到活動中來。最后的拓展探究中，筆者借助學習單，指出“悟空”的“人臉識別技術”不僅能識別出“你是誰”，還有一些其他功能，如性別的識別、手勢的識別、靜態(tài)物品的種類識別等。根據(jù)學習單的提示，選擇一個程序完成。能力較強的小組可以選擇多項任務完成。有效的學習過程既離不開小組成員的通力協(xié)作，也離不開個體的獨立思考。本課的延伸設計中既有小組合作探究解鎖手機的過程，也有需要獨立思考的拓展創(chuàng)新任務。各個教學環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，借助一些“小支架”激發(fā)學生的思維，如問題、流程圖、微課視頻等。整節(jié)課由一個個小任務逐漸推進學習進度，促進學生在完成任務過程中了解、體會“人臉識別”技術的原理、過程及應用。

［本文系南京市教育科學“十四五”規(guī)劃2021年度重點課題“指向學業(yè)過程優(yōu)化的個性化理學行動研究”（批準號：LZD/2021/38）研究成果］

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