《探秘人脸识别》教学设计与实践

新科技与教育NEWTECHNOLOGYANDEDUCATION■创新课程■《探秘人脸识别》教学设计与实践□聂璐公茂杰汪星明【摘要】本文介绍了人工智能领域中常用的技术一人脸识别.结合学生核心素养发展要求，以兴趣为起点、以活动为载体，笔者进行教学设计和实践。通过在课堂中穿插的两个体验活动，分别让学生体会人类在识别人脸时采用的方法，体验人工智能技术实现人脸识别的工作机制，找到其中的相似与不同，从而充分理解特征点对机器识别人脸的作用。最后以分组讨论的形式,让学生思考人脸识别技术在生活中的应用场景，从而更深刻地理解人工智能的基本原理和应用潜力，认识人工智能在信息社会中的重要作用以及潜在风险。【关键词】人工智能；人脸识别；信息技术；核心素养；教学设计【中图分类号1G434【文献标识码】A【论文编号】1671-7384(2019)02、03-0107-04近年来，随着人工智能技术的快速发展，深度学习、跨界融合、人机协同等新特性，使得人工智能技术的应用场景越来越丰富，推动着社会各个领域正在经历着从数字化、网络化向智能化跃升和革新，深刻改变着人们的生活方式和思维模式叫在这个时代背景下，一方面，社会对人工智能技术人才的需求日益增长；另一方面，更多的人需要提升在人工智能时代生存和适应的能力。这对如何开展以人工智能为内容的信息技术教学提岀了新的要求。2017年7月国务院印发的《新一代人工智能发展规划》明确提出实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程。《规划》的颁布为我国在基础教育领域布局“人工智能教育”提供了政策上的保障，但具体在中小学阶段设置相关课程时，并不能把大学课程简单地下放叫如何进行有效的人工智能课程设计,在充分调动学生学习兴趣的同时，提升学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任等核心素养，是_个非常值得探讨的课题”教学设计思路本节课出自北京■—学校初中校本课程《人工智能与APP幵发》，这门课以展示学科之美、提升学习兴趣为出发点，以核心素养的培养为暗线，以初步理解人工智能实现的知识体系为明线展开。本课为第二单元《视觉与听觉》第一课时，在回顾人工智能的含义后开始探索计算机视觉.通过对历届学生情况的调研和分析得知，在这一阶段的大部分学生尚未接触过人工智能类课程，虽在生活中使用过相关应用，但对于人工智能的知识储备比较有限。综合考虑以上因素，本课的教学目标设定如下。知识与技能：了解机器识别人脸的机制，理解特*row腾讯At体验中心#*eJhJ4HW»8体验中心n^Aiat科技~豐可达ABflUA*分析5W3-S8S««S图1在线体验平台二维码及体验结果示意性别：女年龄T9表情；心花怒放魅力：805•人忙F蔦人越诧助征点对机器识别人脸的作用；挖掘并简述人脸识别技术在校园的应用场景，发现其价值及潜在风险。过程与方法：观察并提取同桌面部特征，完成“画像”，感受五官对人眼识别人脸的重要性；体验在线平台五官定位功能，对比人眼和机器表达人脸特征的异同；体验在线平台的人脸分析功能，检测表情识别的准确度，发现该平台的优势与不足；完成小组讨论，探讨人脸识别在校园生活中的应用场景及潜在风险°情感、态度与价值观：感受智能技术对生活和学习带来的影响，进一步激发学生的学习兴趣，提升其创新意识和探究思维。课堂活动与评价设计1.课堂活动设计本节课的课堂设计主要由五个环节组成，包括新课导入、五官“画像”、在线体验、小组讨论和反思总结。重在让学生了解机器识别人脸的机制，理解特征点对机器识别人脸的作用；并发现人脸识别在校园生活中的合理应用，意识到潜在风险.环节一：新课导入（5分钟）抛出问题：学生参加校园活动时需要查考勤，有哪些可用的签到方法？小结不同签到方式优劣，说明哪些方法属于人工智能，引出人脸识别。设计意图：通过趣味体验活动，让学生进一步认识人工智能的优势，激发学习兴趣；承上启下，简要回顾人工智能应用，同时引出本节课的主题----人脸识别。环节二：五官“画像”（12分钟）组织五官猜人游戏，引导学生思考人类如何通过人脸辨识不同人。截取了一些体育运动员、教师及班上学生的眼睛图片，让学生去猜测人物，很大程度地调动了学生的积极性；组织学生两人一组观察彼此脸部特点，填写学习任务单的同桌“画像”;组织学生代表分享；点评发言并小结。设计意图：借助五官猜人和同桌“画像”，引导学生发现人眼借助什么特征进行人脸识别，并思考机器如何描述并识别这些人脸。环节三：在线体验（8分钟）组织学生体验AI开放平台“五官定位”，如图1所示，讲解机器如何通过特征点来描述并识别人脸；组织学生绘制不同表情时的特征点连线，然后两人一组拍摄开心、悲伤和吃惊照片,体验平台能否准确识别不同表情；讲解机器如何通过特征点对表情进行分类。设计意图：通过在线体验及教师讲解，让学生了解机器如何通过特征点描述并识别人脸。通过对不同表情的识别，加深对机器通过特征点进行人脸识别的理解。108中小学信息技术教育2019-2.3新科技与教育NEWTECHNOLOGYANDEDUCATION环节四：小组讨论（10分钟）基于在线体验，激发学生思考人脸识别在校园生活中有哪些应用场景，两人小组讨论后填写任务单的第三部分；选择几个小组进行分享。设计意图：启发学生从身边发现人工智能应用的设计点及实现的可能性，同时也为后续单元开发人工智能APP做铺垫。环节五：小结点评（5分钟）基于环节四学生设计的应用场景，询问潜在风险，启发学生辩证思考。比如，学生可能会提及如果用照片去假冒人脸，有何解决办法。教师可趁势引导学生提出类似如需要用户做表情（摇头）、检测3D模型的解决方案，或借助视频讲解智能手机如何分辨出照片或现实中的人脸。小结并铺垫下节课内容，提醒学生留意本次课程评价。设计意图：了解人工智能对社会发展的潜在风险并思考对策；巩固本节课要点。2.学习任务单设计为了让学生有更好的体验和沉浸感，笔者设计了贯穿整个课堂的学习任务单，引导学生逐步从人是如何识别人脸过渡到机器如何识别人脸.如图2所示。3.学习评价设计本节课教学过程中有两个环节涉及评价，具体为：学生代表分享同桌“画像”时，其他学生和教师会点评，从而完成口头互评和师评；学生分享人脸识别如何应用在校园的设计后，教师会对学生代表的设计学习任务单同桌画像同:你名：勾选并描述特征（不少于10个字哦）头发口长发口恿发□有刘海其他___________眉毛□浓磴己磁其他…一眼睛□双眼皮□单眼皮其他一________—鼻子□鹰钩腮冥他嘴貞他一□瓜子脸□方脸其他_________其他在线体验（打开《8（8,扫描屏*上的二维田.进入，J«赫体脸）仿席示例画岀开心、悲伤租吃惊三种表情对应旳图形，之后体验”人脸分析，两人一组拍摄这三种表情,判断iJ捌是否准确.例：困开心悲伤吃惊-=.人脸iR别可以翻在枝园的什么他方？例：多人脸识别可以用于为毕业合影自动添加学生姓名1.2.图2学习任务单进行评价.课后，教师还将对全部学生作品进行评价，具体评价量规如下：学生期末成绩=历次过程性评价分数的平均分（60）+终结性评价分数（40）。单次过程性评价（总分60）的分数构成包括：任务完成30分、课堂纪律10分、创新思维10分、设备管理10分，其中“任务完成”分数将由教师在课后批阅学生提交的任务单后给出，具体评分量规如表1。wxvH.ifedu.org.cn109新科技与教育NEWTECHNOLOGYANDEDUCATION表1评分量规1探秘人脸识别示范级（10）完成（8）需改进（6）同桌画像能够提取出同桌的全部面部特点.每个特点都描述得准确贴切。能够提取出同桌的主要面部特点.每个特点描述得较为贴切。缺失同桌的部分面部特点。在线体验如何应用能够准确描述特征点的分布.并画出不同表情的特征点连线。能想出2~3种应用场景.且提出的场景设计合理.有较强的实践性。能够描述出特征点分布.精细程度欠佳.能画出特征点连线。能想出2种左右应用场景，提出的场景较为合理，有一定实践性。描述特征点时缺失部分区域.连线不够准确。只想出1种应用场景.实践性不高。小结本教学设计紧紧围绕人脸识别技术的原理教学展开，具有以下特点。—是本节课的授课内容新颖且完整地覆盖了四大核心素养。（1）新课导入环节，引导学生主动去观察和思考生活中的信息技术现象，使得他们能根据解决问题的需要，主动寻求恰当的方式获取与处理信息，提升信息意识。（2）接下来的五官“画像”环节，让学生们更好地理解人眼识别人脸与机器识别人脸机制的异同点，学会采用计算机可以处理的方式界定问题和抽象特征，启发计算思维。（3）进一步的在线体验环节，学生更是直接通过手机APP应用认知人脸识别的过程和应用场景，培养数字化学习的习惯和创新意识。（4）最后的小组讨论，不但使学生们从身边发现人工智能应用的设计点及实现的可能性，为后续单元开发人工智能APP做铺垫，还引发学生思考新型技术潜在的风险，加强了对信息社会责任的认知。二是本节课的授课形式生动，充分调动了学生的积极性。在课堂上开展了以趣味和探索为目的的活动，如五官猜人、同桌“画像”和体验AI开放平台等，帮助学生理解人脸识别的机制，同时较为符合初中生的认知水平.三是本节课的授课资源效果良好且成本较低。微信：教师手机拍摄学生填写的纸质分析书，通过微信传输到教师机进行展示；腾讯AI开放平台：开放的人脸识别体验平台，有丰富的免费功能供学生体验；学习任务单（纸质）：针对本课任务定制设计，辅助学生进行课堂活动。四是本节课充分进行了基于课堂表现的过程性评价。在课堂上安排了多个活动，给予学生充分的表现空间。评价时，以学生的课堂表现为基础，根据课堂活动对应的量规，进行过程性评价.@参考文献[1]中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准[M].人民教育出版社，2017:26.[2]范洁.义务教育阶段人工智能课程开发的思考与探索[J].中国信息技术教育.2018（19）:93-94.作者单位：北京市十一学校110中小学信息技术教育2019-2,3