上课课题：探秘人脸识别
执教者：太仓市科教新城实验小学 马青
上课时间： 2023年12月28日
上课班级：太仓市镇洋小学 五（2）班
一、课题简介
课题基本信息：
《“人工智能+”背景下，小学创客课程开发与教学应用研究》；太仓市教育科学“十四五”规划课题；立项时间：2022年9月；编号：L2022062；主持人：马青、张晓峰；单位：太仓市科教新城实验小学。
核心概念界定：
人工智能
基于计算机科学、信息技术和机器学习等技术，模拟和扩展人的智能识别、理解、学习和决策能力的技术领域。
人工智能+
将“人工智能”作为当前行业科技化发展的核心特征并提取出来，与工业、商业、金融业等行业的全面融合，即为“人工智能+行业”，利用人工智能技术以及互联网平台，让人工智能与传统行业、新型行业进行深度融合。
创客教育
强调学生主动探究和实践的教育模式，注重培养学生的创新思维、动手能力和团队合作能力，通过实际的项目和实践活动来培养学生的创造性和解决问题的能力。本课题着重指向针对小学阶段学生设计和开设的创客教育课程，以培养学生的创新意识、动手能力和团队合作能力为目标，通过结合人工智能的相关知识和技能，引导学生进行创客活动和项目实践。
教学应用
将创客课程的理论知识和实践技能应用到教学实践中的过程，包括教学内容的选择与设计、教学方法和策略的运用，以及教师对学生在创客课程中的指导和评价。
人工智能+背景下的创客课程
依托人工智能实验室，在创客教育中引入人工智能的相关知识和技能，设计和开发适合小学阶段学生的创客活动和项目实践，培养学生的创新意识、动手能力和技术运用能力。这样的创客课程可能包括人工智能的基础概念、机器学习和数据分析的基础知识，以及通过机器学习库或平台进行实践项目开发等内容。旨在通过学生参与创造性的实践活动，锻炼他们的思维能力、动手能力和合作能力，培养学生在人工智能背景下应对现实问题的能力。
研究目标：
通过本课题研究，借助人工智能手段和创客教育的实施，培养学生的创新能力和科学素养，以适应“人工智能+”时代的发展需求。同时，为教师提供相应的培训和支持，提升他们开展创客教育的教学实践能力，突出创客教育的时代性和前瞻性。
研究创客课程在“人工智能+”背景下的开发原则
探索小学创客课程中人工智能知识的整合与应用
验证创客课程对学生创新能力和科学素养培养的效果
提供教师培训和支持以提高工智能技术应用水准
研究主要内容：
“人工智能+”背景下创客课程与教学应用的基础研究
分析人工智能技术的相关概念和原理，为创客课程的设计与应用提供基础理论支持。研究小学阶段学生的认知水平和技能特点，探索如何将人工智能相关知识与创客教育相结合，促进学生的创新能力和动手能力发展。
“人工智能+”背景下小学创客课程开发与设计的研究
设计和开发适合小学阶段学生的创客课程，以培养学生的创新思维和动手能力。研究创客课程的教学目标、内容和活动设计，结合人工智能相关知识和技能，打造富有挑战性和实践性的学习体验。
“人工智能+”背景下创客教育教学应用和实证的研究
应用开发的创客课程于实际教学中，探索适用的教学方法和策略，并验证其在学生创新能力、动手能力和科学素养培养方面的效果。通过实证研究方法，收集和分析学生在创客课程中的学习成果和反馈，评估创客教育的有效性和可行性。
“人工智能+”背景下教师培训和支持方案的研究
设计针对教师的培训和支持方案，使其具备创客教育和人工智能知识与技能，提高教学能力和创新思维。研究教师在创客教育与人工智能背景下的专业发展需求，提供相应的培训和资源支持，促进教师的教育变革和创新能力提升。
二、研究课说明
研究主题：“人工智能+”背景下，小学创客课程开发与教学应用研究
需解决的问题：
人脸识别的是人工智能五大技术之一，旨在引导学生认识人脸识别的概念、应用、影响、过程和原理。
随着开源硬件以及图形化编程教育的普及，学生能熟练应用基于人工智能技术开发的各类创客产品。分别从体验感知、原理学习、图形化编程实践几个方面入手。
本节课设计意图：
通过观看视频，能够简述人脸识别的概念，理解人脸识别在生活中的运用。
通过小组探究，完成人脸识别的原理验证实验，理解人脸识别的过程。
通过实践交流，能够完成人脸识别的AI图形化编程，正确认识人脸识别的影响与安全，感受我国人工智能等科技发展的魅力。
理论、理念说明：
本节课的主要内容是探秘人脸识别，了解人脸识别的基本原理，以及用程序实现人脸识别，以学生的感受和体验为主，弱化对知识的讲解，以培养学生的计算思维。
研究方法：课堂观察法，课例研究法
三、课堂活动单
【活动一】联结生活，知道什么是人脸识别
1.体验特效，引出课题
师：刷抖音的时候突然发现了一个好玩的特效，哪位同学也想来尝试一下？
希沃投屏：打开抖音，体验“卡通脸”特效。
提问：我们自拍的时候，手机视频特效中，面部的变化与我们实际五官为什么会一直保持一致呢？（揭示课题）
【设计说明：从学生喜闻乐见的“抖音”App入手，不仅能激发学生的学习欲，发展学生全新视野，更能引发学生感受人脸识别的巧妙和有趣，初步感受人脸识别。】
2.概念学习，明确定义
播放人脸识别的宣传视频
问：谁来用自己的话说一说，什么是人脸识别？
小结：人脸识别是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术，是计算机视频图像识别技术中的一种，通常也叫做人像识别、面部识别。。
【设计说明：带着问题观看人脸识别的宣传视频，感受人脸识别的优势，直观地让学生看到人脸识别的全过程，激发学生的深度思考，培养学生的问题解决意识和语言表达能力。】
【活动二】实验验证，理解人脸识别的流程
1.游戏提炼“日常识物四部曲”
师：随机选了4位同学，截取了他们的眼睛部分，猜猜看分别是谁。
出示4张学生眼部截图。
小结：根据这个游戏，我们可以发现人类识别事物有四个步骤，分别为：“用眼睛看——提取特征——查找记忆——说出是谁”。
【设计说明：“根据特征点辨别人物”和“猜猜我是谁”活动，让学生先体验自己根据特征识别人脸的过程，感受五官对人脸识别的重要性，从而帮助他们理解机器识别图像的过程。】
2.实验验证“机器识别5步骤”
（1）提出猜测
师：我们都知道机器是模拟人的智能，来进行识别的，那人工智能又是如何识别人脸的呢？
出示导学单：5个人脸识别的步骤，特征提取、人脸定位、图像采集、输出结果、特征分析。
问：请大家想一想它们的顺序是什么？
小组讨论，提出猜想。
【设计说明：通过“肉眼观察——提取特征——查找记忆——说出是谁”四个人类认识事物的步骤，类比到人脸识别的步骤，学生进行了知识的迁移和大胆猜想。】
（2）实验验证
师：实验出真知，让我们通过一个验证实验来找找正确答案。在“中小学人工智能教学平台”中，点击进入实验中心。在验证实验中搜索人脸识别。在这个实验中有采集图像、人脸检测、特征提取、人脸匹配这几个步骤。
一边操作实验，一边讲解：
第1步是采集人像，形成一个图片库，这个过程被称为图像采集。
第2步。人脸检测，大家有没有看到一个绿色的方框，从左上角不断的移动。直到找到人脸，这个过程被称为人脸定位。
第3步，提取特征，每个人的脸上都会出现很多绿色的点点，每个人点点的位置都不一样，计算机就是靠这些点的位置、点与点之间的距离、三个点形成的三角形，来记住每个人的特征的。
第4步，通过对新的一张照片的特征分析，比对这张照片和我们图像库中人脸的匹配程度，最后输出结果。
正确的步骤是：图像采集——人脸定位——特征提取——特征分析——输出结果。请组长对组在这个活动中的学习情况进行评价。
【设计说明：利用“中小学人工智能教学平台”，为学生搭建学习支架，学生带着问题开展实验探究，在主动探究的同时自然就突破了本课教学重点。】
【活动三】流程图示，探究人脸识别的算法
1.明确任务，思考流程
师：请小组4个人打开PAD，进入图形化编程。找找看有关人脸识别的指令在哪个模块中？
明确任务：请各组采集并注册人脸信息，呈现检索、检测的结果。
小组讨论，设计流程图。
【设计说明：通过流程图的完善和思考，让学生探究AI真正的识别原理。】
2.编写图像采集脚本
师：注册人脸信息的目的是完善人脸库，注意程序中的人名顺序，要与拍照录入时的顺序保持一致。
学生编写程序，并拍照注册人脸信息。
【设计说明：以学生为主体，把课堂还给学生，通过这个活动激发学生主人公的自信心和自豪感。】
3.编写人脸识别脚本
【设计说明：通过程序即时实现人脸识别的程序，激发学生的求知欲。通过教师点评，生生互评，使学生能更好发现别人的优点和自己问题，并积极改进。】
【活动四】创编思辨，人脸识别技术融于生活
1.收割逃犯的“人脸识别”
2018年在歌神张学友金华演唱会的现场抓获逃犯的新闻，当时引起了大量的关注，加上4月7日南昌演唱会、5月5日赣州演唱会、5月20日嘉兴演唱会分别抓获的逃犯一共是五名。
2.小组讨论：在我们的生活中还有哪些地方可以用到人脸识别呢？
【设计说明：学生通过了解、分析人脸识别的应用，开阔设计思路，将所学融入设计，用技术解决生活问题，培养学生信息素养。讨论过程中，先自己思考，再小组风暴，通过不同设计，激发学生的创新思维。】
3.微辩论：既然人脸识别的作用这么大，那如果在我们的教室里也安装，这样能够监控监测学习同学们学习状态的人脸识别，摄像头你们觉得怎么样呢？小组讨论一下，你们认为是利大于弊还是弊大于利？并说明理由。
【设计说明：通过对人脸识别技术使用案例的交流，引导学生对人脸识别技术有科学的认识，在学生心中埋下关注信息社会道德、科学看待技术发展带来利与弊的种子。】
4.关于人脸识别我们还有很多想知道的事情：双胞胎能不能被人脸识别辨别出来人化妆乔扮之后能不能被识别出来？如果是一张假人打印出来的人脸能不能对准？
5.拓展：“腾讯AI体验中心”
【设计说明：通过一组问题，引发学生对人脸识别更深一层次的思考，以及介绍方便课外体验的平台，希望引起学生对社会发展的潜在风险并思考对策。同时，抓住契机，对学生进行品德教育，养成安全、道德的意识；同时巩固本节课的要点。】
