教学设计+初探人脸识别+温小敏
本帖最后由 温小敏 于 2020-5-25 00:47 编辑一、基本信息
作品名称初探人脸识别
作者姓名温小敏
作者单位平阳县昆阳镇第七小学
课程类型拓展课
执教年级四年级
课时长度1课时
涉及器材掌控板
涉及软件Mind+
文件清单教学设计、教学课件、配套代码
二、作品内容第2课初探人脸识别【教学课时】1课时【硬件搭建】所需材料掌控板和数据线，用数据线将掌控板和电脑连接（如图1）。【作品功能】在Mind+中编写程序，上传到掌控板，实现在掌控板显示屏上显示人脸识别的相关文字（如图2）。 图1 图2
【学情分析】本课授课对象是小学四年级编程兴趣班学生，学生人数20左右。四年级学生对于信息技术知识已经有了一定的基础，但是对于编程软件，还是初次接触，本节课将是学生认识mind+软件和掌控板的第二节课。在前一节课的学习中，学生认识了mind+软件及掌控板，掌握Mind+中连接掌控板设备的方法，体验显示屏的文字打招呼。本节主要是让学生了解人脸识别门禁系统及人脸识别原理，同时让学生通过mind+软件模拟编写程序实现功能。这对于学生而言，将有极大的吸引力。【学习目标】1.了解人脸识别门禁系统及人脸识别的原理。2.认识、、等相关的指令块。3.应用mind+软件和掌控板，编写人脸识别程序。【学习重难点】重点：1.人脸识别的原理。2.认识、、等相关的指令块。难点：应用mind+软件，编写人脸识别程序。
【教学资源】学生机房或创客教室；电脑一人一机；摄像头一机一台；掌控板一人一块；学生机与教师机局域互联并安装Mind+软件；教学范例。【预设流程】（一）视频导入，引出课题【教师活动】1.播放一段小视频，片段一为人脸识别门禁系统的应用，片段二为一位女士进不了小区门口的视频。https://v.youku.com/v_show/id_XNDY4NDk5ODMyOA==.html?spm=a2hbt.13141534.app.5~5!2~5!2~5~5~5!2~5~5!2~5!2~5!2~5~5~A2.教师提问：“为什么第二个视频中的那位女士一直进不了小区门呢？为什么她去刷脸，却说她是陌生人，不让她进去呢？”3.为了解决这个问题，进入今天的课堂学习《初探人脸识别》。【学生活动】1.观看视频，了解人脸门禁系统的功能与应用，同时思考视频中的那位女士为什么进不了小区门。2.满怀期待进入本课学习。【设计意图】通过视频，可以直观、清晰地让学生了解人脸识别门禁系统的功能，同时结合视频二的设疑，激发了学生的思考与学习兴趣。（二）讲授新知，了解人脸识别门禁系统原理【教师活动】1.教师以小区为例，通过PPT讲授人脸识别门禁系统运行的原理：以小区为例，首先小区业主需要到小区物业那里拍照，系统的摄像头对获取到的脸部图像进行图像采集，接着系统对图像进行人脸定位、特征提取，最后将信息存储到系统的人脸资料库中。人脸信息录入之后，接下来小区业主进出小区门口时，对着小区门口的摄像头，让摄像头进行图像采集、人脸定位、特征提取，最后将获取到的脸部信息与系统中人脸资料库进行比对，这里系统会设定一个阈值，当相似度超过这个阈值，则匹配成功，让其通过，如果比对不成功，则不让它通过。 2.请学生回答视频中女士不能进入小区的原因。3.通过人脸识别，非常方便地分离出不是本小区人员了，这让我想到了我们现在的疫情，为了做好这次疫情防控的工作，很多工作人员非常辛苦地进行排查，蹲点在小区门口。如果我们装上人脸识别门禁系统，是不是可以减少工作人员的工作量呢！这是不是一个很好的办法呢。【学生活动】1.学生认真观看并了解人脸识别门禁系统运行原理。2.预设学生答案：她还没来得及录入人脸信息或者她不是本小区人员。3.联想到现在的疫情，人脸识别真是个好办法。【设计意图】教师通过讲解人脸识别门禁系统的原理，让学生更加深入地了解人脸识别门禁系统是如何运行的。了解了原理之后，就不难分析出视频二那位女士不能进入小区门的原因了。整个教学环节，前后呼应衔接，同时结合当下的疫情情况，贴近生活，学以致用。（三）深入认知，了解人脸识别原理【教师活动】1. 过渡：人脸识别这么厉害，那它到底是根据我们脸部的哪些特征进行比对的呢？人脸识别的原理是什么呢？2.教师播放人脸识别的原理介绍视频。https://v.youku.com/v_show/id_XNDY4NDk5OTQxMg==.html通过视频了解到可以通过编写程序来比对图像的相似度来识别人脸。教师利用这个原理，通过mind+软件和掌控板编写了人脸识别的小程序，一起来看下程序的运行效果。①当2张图片的相似度达到大于90%，掌控板显示“相似度”，mind+说“通过”，人脸比对成功了。②当2张图片的相似度小于90% ，掌控板显示“相似度”，mind+说“不通过”，人脸比对不成功。通过验证，这个小程序简单地模拟了人脸识别功能。3.同学们是不是也想尝试创作这样的作品呢？那首先我们先来了解一下需要准备什么设备吧！首先需要有一台带有摄像头的电脑，然后还需要网络，最后利用mind+软件和掌控板来辅助编程。【学生活动】1.学生观看人脸识别原理视频。2.学生观看人脸识别小程序运行操作。3.学生了解创作作品需要准备的设备。【设计意图】整个教学环节层层递进，由人脸识别门禁系统到人脸识别原理，再到程序编写，一步一步剖析原因，让学生更加深入了解人脸识别原理，最后实现程序编写，让高大上的软件运用接地气，让学生触手可及。（四）前期准备，软硬件搭建【教师活动】1. 打开mind+软件，从扩展中调出AI图像识别模块。（教师演示操作）单击“扩展”，选择“网络服务”，选择“AI图像识别”，这时“AI图像识别”已加载，单击“返回”，看到在指令区下方会增加“网络服务”模块，单击“网络服务”，将看到“AI图像识别”的全部积木块。2. 师提问：如何将掌控板与电脑进行连接呢？有哪位同学上台演示一下？3. 出示任务一：①打开mind+软件，从扩展中调用出“网络服务”模块； ②将掌控板与电脑进行连接。【学生活动】1. 观看教师演示操作。 2. 观看学生演示，复习掌控板与电脑连接方法。3. 完成任务一，速度快的同学可以当小老师帮助有需要的同学。【设计意图】对于四年级学生而言，mind+软件还是刚接触，“AI图像识别”的加载也是新知，所以教师先进行演示，再让学生动手操作。由于初始课已经学习过掌控板的连接方法，就让学生上台演示，再次巩固复习一下连接方法。这样根据学生已有知识水平精准选择教学方法，让学生能更快更好地学习新知。（五）编写程序，模拟实现人脸识别1.开启摄像头【教师活动】①让学生观察指令块中哪条指令可以开启摄像头，根据学生的反馈，将指令拖动到脚本区。师提问：如何执行这条指令呢？师生互动得出有2种方法，一种是单击指令块运行，另外一种是给指令块添加一条触发指令。一般我们编写程序都会给予一个触发指令来控制程序的执行。②紧接着，从事件模块中将这条指令拖曳到脚本区，由绿旗来控制程序的执行。③同时利用掌控模块中的指令，在掌控板屏幕显示“开启摄像头成功”。注意添加指令以及调整坐标的位置。④单击绿旗，查看程序运行的结果。可以看到摄像头获取到老师的头像，验证程序编写成功。 编程脚本 显示效果⑤出示任务二：①编写程序，开启摄像头。 ②掌控板屏幕显示“开启摄像头成功”。（温馨提示:注意屏幕文字位置）【学生活动】与教师互动，学习、指令的作用以及开启摄像头程序的编写与编译。【设计意图】开启摄像头是人脸识别的第一步，本环节的指令非常明显，可以增加一些师生互动环节，让学生全面参与互动，积极主动地投入教学活动。同时开启摄像头这一环节可以让学生在电脑前看到人脸，将极大地激发学生学习的兴趣。2.获取脸部信息【教师活动】①过渡：如何获取脸部信息，需要哪条指令来完成呢？教师根据学生反馈，将这2条指令、拖曳到脚本区中。②引导学生观察这2条指令块的形状有什么不一样？他们应该怎么搭在一起呢？③师生共同探讨并尝试操作，同时教师引导讲解，将指令靠近指令的圆圈时，圆圈外框会发生变化，这时将鼠标放开，就自动嵌套进去了。最后师生共同解读指令的作用：识别从摄像头画面截取图片的人脸信息。④添加指令，掌控板屏幕显示“完成获取脸部信息”。 编程脚本 显示效果⑤出示任务三：①编写程序，获取脸部信息。②掌控板屏幕显示文字“完成获取脸部信息”。温馨提示:注意屏幕文字位置）【学生活动】学生仔细观看教师演示与讲解，了解不同形状指令块之间嵌套的方法，最后自己尝试搭建，实现获取脸部信息程序。【设计意图】由于学生是接触编程软件的第二节课，有对“AI图像识别的指令”不熟悉，所以基本采取直接讲授的方法。但是对于可以引起学生思考的问题，如指令间的嵌套问题，都是尝试与学生进行互动，先引导学生思考再给出答案，让学生主动参与，形成更深的印象，避免全盘填鸭式教学。3.人脸特征比对【教师活动】①过渡：接下来就需要完成什么步骤啦？师生共同得出人脸特征比对。教师指出特征比对，需要这条指令的帮助，它可以帮助比对2张图片的相似度。②请同学们思考一下，我们应该对比哪2张图片的相似度呢？是的，一张是摄像头获取的画面，另一张应该是人脸库中预存的图片。③由于模拟实验，只能利用本地文件中的图片来代替人脸库中预存的图片，利用指令，单击右边的这个图标，将本地的图片加载进来。④接着，将指令和指令嵌套到指令块中，形成指令。⑤如何让它告诉我们2条指令的相似度呢？利用掌控板显示文字来呈现。“掌控”模块中的这条指令。最后将指令块搭建在一起。 编程脚本 显示效果⑥编译程序，查看效果。教师进行2次试验，一个是没戴口罩，另一个是戴口罩。让学生思考为何戴口罩会识别不了？师生互动得出结论：因为口罩遮挡了面部的大部分面积，这样就大大降低了相似度。⑦出示任务四：完****脸特征比对程序编写，尝试分不同情况对人脸识别程序进行编译。【学生活动】1. 学生思考特征比对是比对哪2张图片的相似度。2. 观看教师演示操作，实现特征比对的指令编写。3. 查看编译效果，师生互动探讨得出结论。4. 学生完成任务四，完****脸识别程序的编写与编译。有问题的同学可求助小老师或老师。【设计意图】程序的编写与前面人脸识别门禁系统及人脸识别的原理一一对应，通过前面知识的铺垫，更好地为后面的程序编写打下了坚实的基础。而程序的编写也更好地诠释了人脸识别门禁系统以及人脸识别的原理，让学生更为深入地理解，达到了学以致用的效果。（六）回顾内容，课堂小结【教师活动】教师带领学生一起梳理本节所学内容。同时鼓励对人脸识别感兴趣的同学，课后多去查阅相关资料。【学生活动】与教师一起梳理本节课所学知识。【设计意图】通过梳理本节课的知识点，可以帮助学生进一步巩固本课内容。同时本节课的学习只是为人脸识别技术做了一个小小的引领，相信感兴趣的同学会利用课后时间去了解更多的相关知识。
【教学反思】针对当前的疫情情况，针对本校四年级的拓展课学生，笔者设计了这样一节关于“人脸识别”的人工智能方面的拓展课。通过本节课的授课之后，本人有几点反思。一、巧借视频，传授知识本课教学中2处借助了视频，第一处是课堂的导入部分，良好的开端是成功的一半，视频导入，让学生可以在微视频光与色的视觉动感冲击下，感受到人脸识别门禁系统如此强大的功能，这不免让学生产生极大的兴趣，更好的保持兴奋的积极的学习状态。第二处是人脸识别的原理，此处也可以教师进行讲解，但相对比较抽象，学生难以理解。而视频可以借助动画、声音形象地将原理更加直观、形象地演绎出来，可以帮助学生更好地理解知识点，帮助学生化解知识难点，起到事半功倍的效果。二、教师演示，突破难点本课的难点是应用mind+软件，编写人脸识别程序。由于本节还是学生第二次接触mind+软件的学习，所以本课采取的教学方式主要是教师演示法为主，教师通过演示，让学生掌握编写人脸识别程序。同时，在讲授的过程中，教师时时以向学生抛出问题，引导学生思考，避免填鸭式授课，同时可以紧紧抓住学生的注意力，避免学生走神。三、循序渐进，完成教学本课的教学环节从视频导入，到人脸识别门禁系统原理，再到人脸识别原理，最后进入mind+软件模拟编写程序。教师从原理入手，让学生对人脸识别门禁系统原理有个清晰地认识之后，再根据原理进行程序编写。整个教学环节，层层递进，环环相扣，让学生易于掌握。同时，这样的教学环节也让学生了解到我们的程序编写都是根据需求与实际情况为依据而搭建的，并非就是简单地搭建积木，这是一项非常综合的工作，让学生大致了解程序编写的思考过程。
附:1.程序——教师演示脚本：；教师授课脚本：
首届"掌控板"教学应用设计大赛最全指南
https://mp.weixin.qq.com/s/VvdZnNzydqV0j29_OZZ24w 作品报名表接收邮箱：934188532@qq.com
作品报名表发送要求：
1、邮件主题格式：参赛类别（教学设计/自制教具/课程设计）+掌控板教学应用设计大赛+姓名
（例如：教学设计+掌控板教学应用设计大赛+张三）
2、邮件附件：参赛作品资料包（作品报名表、作品文档、图片、视频、程序、图纸等资料）
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