身边的人工智能

王夏君 北京市通州区马驹桥镇中心小学信息技术教师。一级教师，通州区信息技术学科中心组成员，曾被评为通州区青年骨干教师。多次在信息技术学科教学设计中获奖，多次辅导学生在创客比赛、STEM+挑战赛中取得优异成绩。

课程背景

2017年国务院印发的《新一代人工智能发展规划》强调普及中小学阶段人工智能、编程教育。《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》正式将人工智能、算法、开源硬件、项目学习等作为重点列入其中。因此，人工智能与编程教育一直是我校信息技术教育的重点。

我校的教育理念是“生长教育”，生长教育理念来源于美国著名教育家杜威，倡导通过生活化的教学实践活动，促进学生知识、能力、情感、道德的生长。校本课程涵盖跨学科的创客课程、STEAM课程等，以这些课程为载体，促进学生思维发展，培养学生必备品格和关键能力。

因此，本课内容在建构主义思想的指导下，以学生为中心，从生活中出发，鼓励学生发现问题、分析问题、解决问题。本课以活动为主线，以任务為驱动，引领学生参与体验、交流讨论，通过编写程序并结合开源硬件完成人工智能产品效果的简单模拟，在此过程中提升学生的计算思维、创新能力和实践能力。

教学目标

1.了解图像识别、文字识别的简单原理及其在生活中的一些具体应用，感受人工智能给生活带来的便利。

2.分析任务流程，完成车牌号识别的简单脚本编写并测试。

3.在分析任务、完成任务的过程中学习程序设计、人工智能解决问题的思想与方法，提升计算思维能力。

4.产生学习探究人工智能的兴趣，帮助学生树立正确的人工智能社会的价值观与道德责任感。

教学重点与难点

教学重点

1.图像识别的过程和简单原理。

2.分析任务，编写程序并调试。

教学难点

引导学生在“车牌识别”程序编写与调试中分析并解决问题。

教学准备

PPT课件、乐智编程平台、KenBlock控制板、LED模块、舵机。

教学过程

一、课程导入

教师提出问题。

师：我们的校园是一个大花园，有很多美丽的花，同学们知道这些花都叫什么名字吗？（教师出示图片）

师：有没有什么工具可以帮助我们认识这些花？（有的学生用过如形色App，教师可引导学生表述;若没有学生回应，教师直接介绍识别植物、花草的App应用并进行演示。）

（设计意图：结合学生身边熟悉的事物提出问题，引导学生根据自己的经验自由表述。）

二、体验操作

1.感知体验

学生用形色App识别植物。

师：除了形色App，手机上还有一些智能应用或者微信小程序也可以完成图像识别，如百度AI体验中心、腾讯AI体验中心等。

学生应用百度AI体验中心的图像技术和腾讯AI体验中心的计算机视觉进行图像识别。

（设计意图：帮助学生感知了解什么是图像识别。）

师：图像识别，即人工智能根据图像来识别图像的内容和所表达的含义。

教师提出问题。

师：图像识别在我们生活中有哪些应用？

学生阅读资料，讨论回答。

教师总结补充。

（设计意图：引导学生了解图像识别在生活中的应用，渗透人工智能社会的正确价值观。）

2.探索实践

师：图像识别有广泛的应用领域，我们的校园里，也有关于图像识别的应用。你们发现了吗？其中有一处就是校园门口车牌号识别，这样的技术应用进一步增加了校园的安全系数。那么，车牌识别的过程是什么样的呢？

引导学生进行问题拆分：

如果识别到的车辆是注册过的，说“请通过”;如果识别到的车辆未注册，提示“陌生车辆”。

引导学生画出流程图。

（设计意图：分析实现方法，通过画流程图帮助学生进行问题拆分，理清编程思路，选择程序结构。）

3.编程、测试、改进

（1）添加扩展视频侦测模块，镜像开启摄像头。

选中文字识别结果，单击“文字识别开始”这条指令，让计算机识别车牌卡片，观察舞台区的识别结果。

引导学生思考：影响识别结果的因素有什么？

学生讨论并尝试让计算机准确识别车牌卡片。

（2）编程实现“识别到指定车牌卡片，说‘请通过’，否则提示‘陌生车辆’”。

学生根据流程示意图，试着编写程序，模拟车牌号识别的过程，并测试程序效果。

（3）添加扩展KenBlock开发板，连接开发板、LED灯、舵机、电池盒等，编写程序，实现如下所述效果：

如果识别到的车牌号注册过，说“请通过”，LED灯亮，闸机抬杆抬起。

硬件连接情况。

学生继续根据上面的任务分析，编写程序，并上传至KenBlock板子测试。

教师巡视指导，和学生一起发现、解决问题。

对应流程分析，编写程序脚本，测试。

迭代完善程序。

三、作品展示，分享交流

以小组为单位，展示作品。

教师引导学生说一说在作品制作过程中遇到了哪些问题，以及问题是如何解决的。

继续引导鼓励学生发挥创意。

师：你还想对你的作品进行哪些改进？或者关于图像识别应用，你还有什么创想和设计？

（设计意图：通过讨论，拓展思路，引发学生进一步思考，大胆想象，激发学生持续不断地进行思考与创新。）

教学反思

本课让学生通过感知体验，初步了解人工智能图像识别及其应用。结合身边的人工智能应用，让学生通过任务分析、问题拆分，制作与计算机有交互的简单模拟人工智能的作品，在实践基础上培养学生计算思维能力。通过制作简单模拟人工智能的作品，激发学生在兴趣引领下进行学习和探索，引领学生体验用人工智能相关技术思想来分析和解决问题的过程，提升实践能力和创新思维能力。同时，学生在前期设计作品和后期搭建作品的过程中，渗透了兼具设计思维、工程思维等思想和方法，培养了学生跨学科应用的能力。