Scratch人体姿态识别课程设计

主讲人：于洪海

于洪海

高级教师，北京市昌平区城北小学教育集团教导处副主任，连续多年被评为昌平区学科带头人，承担的北京市“十三五”教育技术课题已结题，北京市“十四五”教育规划课题“集团化办学背景下双师课堂教学模式构建与实践研究”处于开题研究阶段，多次参与国家级、市区级课题研究，近五年承担区级以上评优课25节，13篇论文获市区级奖励，多篇论文在国家CN类刊物上发表。

项目背景

教育部印发的《义务教育课程方案和课程标准（2022年版）》要求强化学科探究和跨学科实践，积极开展主题性、项目式、综合性的教学活动。本课例通过跨学科的主题性教学活动，让学生多角度、多维度地参与认知与实践，培养他们综合运用知识发现问题、解决问题的能力，更加全面、系统地提高核心素养。

课时分配

本课教学分为键盘、鼠标、视频（人体姿态识别）、语音控制角色4个课时，挖掘程序编写知识间的关联性，整合教学知识点，让学生围绕控制对象这一主题性问题进行STEM课程的学习。

教学目标

知识与技能：1.结合科学学科“人体对刺激的反应”一课，了解人工智能概念及其在生活中的应用。2.学会利用Scratch人体姿态识别控制角色。

过程与方法：1.培养学生利用程序解决问题的信息意识，提高他们的计算思维。2.通过Scratch程序实践探究，体验计算机通过人体姿态识别控制角色的过程，感受信息科技的快速发展。

情感态度与价值观：感受信息科技给人们生活、学习带来的便捷与智能，激发学生对程序设计的探索欲望。

教学重点与难点

教学重点：学会利用Scratch人体姿态识别控制角色。

教学难点：完成基于Scratch人体姿态识别的“潜艇大战”程序设计。

教学过程

一、复习导入

师：同学们，之前我们学习过用哪些方法可以控制潜艇在海底躲避石头？

生：键盘控制、鼠标控制。

师：你觉得还有哪些方法可以控制潜艇呢？（学生讨论）

师：是的，我们还可以利用语音、颜色、手势等来控制，这就需要计算机能够识别我们的声音、手势、表情以及物体的颜色、气味等。计算机的识别能力就像在模仿人类的大脑功能。之前五年级科学课第一课，我们学习过关于人体对外界的反应——人能够通过自己的感官感知世界，那么，人体的感官有哪几种？

生：人体的感官分为视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉。

师：计算机也可以模仿人类，拥有这五种感官的功能。计算机通过摄像头、耳麦等设备捕获到信息后，经过信息处理分析并作出判断，就可以执行人们发出的指令，这一模拟人类的行为，我们称为人工智能。

【设计意图】引入跨学科小学五年级科学学科“人体对刺激的反应”一课的知识，增强学生对人工智能的理解与认识，让学生感受到很多科学创造都是来源于对自然界的模拟，感觉到新技术就在我们身边，从而激起学生爱学、乐学信息科技的欲望。

师：今天我们来学习编写一个计算机通过摄像头获取信息，识别人体姿态来控制角色的程序，并基于此设计一个可以控制潜艇的程序。（板书：人体姿态识别）

二、学习新知

1.教师演示人体姿态识别——Scratch“口罩跟随”程序，激发学生的好奇心和进一步学习的兴趣。

2.教师操作演示程序编写过程，引导学生学习程序编写的要点，培养他们的计算思维。

（1）导入角色

师：我们在Scratch编程中，首先要做的就是导入角色。

（2）确定指令

师：如何让口罩角色在舞台上跟着鼻子来回的移动，第一步是让它动起来，这就需要确定运动指令集。

教师在讲解运动指令集的过程中让学生讨论并排除不相干指令，选择所使用的核心指令（如图1）。

（3）获取位置

那些视频识别的程序，往往需要获取视频中人物、物體的位置。口罩始终戴在教师的鼻子上，那计算机就需要获取教师鼻子的位置信息。Scratch中有一个扩展指令集PoseNet，可以进行人体姿态识别。我们可利用计算机识别人体姿态来获取鼻子的位置。

教师演示添加扩展指令集PoseNet。

（4）变量赋值

首先要确定指令。人体感知指令集共7个指令，我们先编写一个简单程序：单击绿旗开始，打开摄像头，透明度为0（也就是摄像头是完全清晰的）。图2为获取面部鼻子位置的指令。教师让学生“读出”这条指令，并讨论是否仅获取鼻子x轴位置即可。（学生通过操作理解并获取y轴位置）

其次要给变量赋值。鼻子位置获取后如何控制口罩呢？即鼻子移动到任何位置，就需要将这个变化的位置值赋值给口罩，成为口罩移动的位置。（把鼻子位置x轴的值给口罩x轴，把鼻子位置y轴值给口罩y轴，这个过程我们称为变量赋值）

教师演示程序，学生发现运动只发生了一次就会停止，教师此时引导出循环指令的概念（如图3）。

3.教师出示任务：制作“口罩跟随”程序。

【设计意图】教师引导学生了解程序设计的思维过程，培养学生从“目标”实现到指令寻求的逆向思维过程，提升学生自我分析、判断、选择的能力，通过板书“程序实现过程”加深学生的印象，发展学生计算思维。

三、实践巩固

教师布置实践任务：人体姿态识别控制潜艇，制作“潜艇大战”程序。

学生之前已经学习了利用键盘、鼠标控制潜艇，将鼠标控制潜艇角色的程序更改为人体姿态识别控制（如图4），教师巡视指导。程序实现效果如图5。

四、展示交流

学生展示人体姿态识别控制的“潜艇大战”程序。学生间互评“潜艇大战”程序设计的优点和不足，最后教师再进行点评，实现多种评价方式相结合。

【设计意图】调动学生学习积极性，通过展示、互评，培养学生分析判断的能力。

五、课后拓展

学生可继续更改“潜艇大战”的程序设计，如利用手势、语音控制潜艇的运动。

【设计意图】激发学生进一步探究的欲望，有能力并且有持续深入学习想法的学生能在课下进行深入的钻研。

实践反思

1.强化跨学科综合性教学实践

本单元围绕“角色控制”这一主题性问题，融入科学学科中“人体对刺激的反应”一课，让学生体会到人工智能实际就是计算机模拟人类行为进行识别、判断的过程。教师通过任务驱动教学，让学生多角度、多维度地参与实践，培养学生综合运用知识发现问题、解决问题的能力。

2.有目的地培养学生计算思维

培养学生自我学习和探究的能力。在程序教学中，教师以“导入角色—确定指令—获取位置—变量赋值”四个步骤讲解人体姿态识别控制角色的实现途径，让学生感受如何进行程序设计，有助于培养学生自我学习和探究的能力。

培养学生判断、选择指令的思维能力。教师让学生“读出”指令，目的是培养学生理解与判断指令的能力。教师在教学选择指令集、关键指令的过程中，让学生经历先判断指令集，再排除、选择指令的过程，培养他们自我分析、判断、选择指令的能力。

专家点评

新课标要求合理优化课程设置，开展主题性的教学活动。本课教学属于Scratch程序编写中强化跨学科STEM教学实践之一。本课对角色的控制进行合理的课程安排，挖掘程序编写知识间的关联性，以实例进行“大单元”教学设计，优化了课程设置，增强了课程实践性、科学性。（北京市昌平区教师进修学校 陈军）