小學(xué)人工智能課程的構(gòu)建與實(shí)施研究

趙曉慧

（西安高新國際學(xué)校 西安 710119）

為了讓小學(xué)生了解當(dāng)今科技發(fā)展，調(diào)動(dòng)起學(xué)生對科技的興趣，促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展，本校開設(shè)了人工智能課程。而且教師針對不同內(nèi)容，采取了相應(yīng)形式的教育形式，以確保內(nèi)容、形式都是學(xué)生喜聞樂見而且適合學(xué)生的。圖像識(shí)別大致經(jīng)歷了三大階段，文字、數(shù)字圖像以及物體識(shí)別。本文以圖像識(shí)別為例，對人工智能在我國基礎(chǔ)階段的教育進(jìn)行了深入研究。

一、課前分析、目標(biāo)闡述

（一）教學(xué)內(nèi)容分析

文章采用“人機(jī)類比”的方法對圖像識(shí)別在教學(xué)的應(yīng)用步驟進(jìn)行了分析。圖像識(shí)別是人工智能的一項(xiàng)重要研究領(lǐng)域，數(shù)字、人臉、指紋識(shí)別都隸屬于這一范疇，其目的在于利用計(jì)算機(jī)處理復(fù)雜的信息。本文研究以手寫數(shù)字識(shí)別、人臉識(shí)別這一契合小學(xué)生熟知的生活為主要研究對象，力圖通過實(shí)踐活動(dòng)的開展讓學(xué)生對圖像識(shí)別有深入的了解。手寫數(shù)字識(shí)別是圖像識(shí)別的一個(gè)重要領(lǐng)域，由此文章以機(jī)器如何識(shí)別手寫數(shù)字為研究的主要對象，要求識(shí)別系統(tǒng)從海量數(shù)據(jù)中提取關(guān)鍵信息開展識(shí)別，其中一種最為主要的方法為將手寫數(shù)字轉(zhuǎn)化為二值圖像，在通過對比和分析，容易對“補(bǔ)筆畫”、“自由始終點(diǎn)”進(jìn)行識(shí)別。文章主要讓小學(xué)生了解這一方法。

（二）小學(xué)生特征分析

超越學(xué)生身心發(fā)展的教育內(nèi)容、教育形式都會(huì)抑制學(xué)生的成長和發(fā)展。由此身為一名基礎(chǔ)階段的教育工作者，要了解小學(xué)生特征，并對其進(jìn)行科學(xué)、合理的分析[1]。文章以中年級學(xué)生為研究對象，此階段學(xué)生的大腦是發(fā)育的重要時(shí)期，他們處于形象思維向抽象思維過渡的時(shí)期，但依然需要借助感性材料認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)，而且他們具有孩童愛玩、好動(dòng)的天性，游戲、故事更能調(diào)動(dòng)起他們的學(xué)習(xí)熱情。由此文章以游戲體驗(yàn)活動(dòng)為主，要求學(xué)生在真實(shí)感知和體驗(yàn)上分析問題，并給出解決問題的方案，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展。小學(xué)生自身的好奇心和探究欲，對圖像識(shí)別產(chǎn)生了濃厚的興趣，在通過趣味游戲活動(dòng)的開展可以促使學(xué)生積極參與到教學(xué)中來。而且經(jīng)過前期的學(xué)習(xí)，此階段的學(xué)生已經(jīng)具備了扎實(shí)的基礎(chǔ)，他們對像素、圖像編碼、圖像二值化有了深入的理解，為本節(jié)教學(xué)活動(dòng)的開展奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）教學(xué)目標(biāo)

立足教學(xué)內(nèi)容、小學(xué)生本身的特征出發(fā)，文章設(shè)定了如下三大教學(xué)目標(biāo)：一，機(jī)器識(shí)別手寫過程；二，手寫數(shù)字識(shí)別、人臉識(shí)別技術(shù)在人們生活中的應(yīng)用；三，圖像識(shí)別中遇到的問題。

二、圖像識(shí)別應(yīng)用過程

眾所周知，我們?nèi)祟愄崛D像信息非常簡單，因?yàn)槿祟愐曈X系統(tǒng)的發(fā)達(dá)。但讓機(jī)器提取圖片上的信息是一個(gè)復(fù)雜的過程，基于學(xué)生特點(diǎn)，教師設(shè)計(jì)了諸多教學(xué)活動(dòng)，比如猜數(shù)字、猜猜我是誰等都是讓學(xué)生對數(shù)字識(shí)別、人臉識(shí)別過程有深入的理解[2]。

（一）課堂導(dǎo)入——數(shù)字游戲

機(jī)器對圖像的識(shí)別和人類眼睛看到事物的過程具有很大的相似性。文章以“猜數(shù)字”作為課堂導(dǎo)入，教師為大家展現(xiàn)被遮住的部分?jǐn)?shù)字圖片，然后不斷顯露，讓學(xué)生猜一猜。待結(jié)束之后，讓學(xué)生闡述如何猜測的，以游戲的方式開展教學(xué)可以調(diào)動(dòng)起學(xué)生的熱情。

（二）知識(shí)講述

①排序

通過游戲讓學(xué)生猜測數(shù)字是為了幫助學(xué)生理解、概括機(jī)器識(shí)別數(shù)字做好基礎(chǔ)。教師設(shè)定了四個(gè)引導(dǎo)學(xué)生猜測數(shù)字的過程，讓學(xué)生基于自己理解進(jìn)行排序，學(xué)生很快完成，并做出了眼睛看——提取事物的特征——腦海搜尋記憶——說出數(shù)字。

②體驗(yàn)手寫數(shù)字識(shí)別軟件

待完成上述的活動(dòng)之后，教師引導(dǎo)學(xué)生列舉生活中常見的機(jī)器識(shí)別手寫數(shù)字的案例，然后讓學(xué)生體驗(yàn)。通過初步體驗(yàn)讓學(xué)生對機(jī)器識(shí)別數(shù)字有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，明白機(jī)器輸出結(jié)果的分析對比得到的，另外還可以認(rèn)識(shí)到機(jī)器識(shí)別未必是對的，基于這一問題教師引導(dǎo)學(xué)生分析和思考，機(jī)器識(shí)別數(shù)字為什么不完全正確，存在哪些影響因素？教師展現(xiàn)圖片，讓學(xué)生通過觀察、分析提取圖片內(nèi)容，并分析機(jī)器如何提取事物的特征呢？然后教師引導(dǎo)學(xué)生對1和0分界線進(jìn)行描繪，并對描繪結(jié)果開展觀察，通過觀察、思考機(jī)器如何提取事物特征，做了如下的總結(jié)：獲得數(shù)據(jù)-提取事物特征-分析和對比——數(shù)字輸出。

（三）體驗(yàn)車牌識(shí)別

車牌識(shí)別是我們常見的數(shù)字識(shí)別系統(tǒng)，車牌識(shí)別也包含文字識(shí)別，其原理和數(shù)字識(shí)別相似。所以在教學(xué)課堂上，教師為不同小組分發(fā)了打印紙張的車牌，讓學(xué)生利用手中的電腦軟件識(shí)別。車牌內(nèi)容是教師提前設(shè)計(jì)、安排的，車牌模糊而且有的有很嚴(yán)重的劃痕，以讓學(xué)生在識(shí)別中思考為什么車牌數(shù)字劃痕那么嚴(yán)重還會(huì)被識(shí)別出來，通過分析和討論強(qiáng)化學(xué)生對圖像識(shí)別技術(shù)的理解。而此時(shí)教師可以抓住這一契機(jī)，對同學(xué)們開展德育教育，讓學(xué)生知道我們必須按照規(guī)則辦事切不可存在僥幸心理。

三、課堂拓展

（一）猜畫小歌

猜畫小歌是人工智能的重要程序，可以基于軟件給出具體的題目，然后進(jìn)行繪制，讓軟件猜一猜自己的畫。當(dāng)讓學(xué)生繪畫的時(shí)候，同學(xué)們的參與熱情得到了高漲，待完成之后教師設(shè)定問題：機(jī)器為什么可以猜出我們畫的是什么？通過學(xué)生體驗(yàn)、問題設(shè)置，促進(jìn)學(xué)生思維能力的發(fā)展。

（二）挑戰(zhàn)人臉識(shí)別

在這一活動(dòng)開展中，教師首先一小游戲“猜猜我是誰”作為課堂開始，教師露出眼睛，讓學(xué)生猜一猜是班級的哪一位學(xué)生，通過游戲開展讓學(xué)生基于人基本特征識(shí)別人臉的過程。然后邀請班上的同學(xué)將自己面部特征輸入教師手機(jī)，然后驗(yàn)證是否這名同學(xué)可以解鎖教師手機(jī)。而且讓學(xué)生們思考如何才能讓這名同學(xué)無法解開教師手機(jī)呢？在這一活動(dòng)開展中，學(xué)生們好奇心完全被調(diào)動(dòng)了起來，想要馬上開始挑戰(zhàn)。最后，教師引導(dǎo)學(xué)生說一說本節(jié)內(nèi)容的收獲？如何將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用我們的生活中?它有哪些可以改進(jìn)之處？以促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。

四、結(jié)束語

通過上述教學(xué)活動(dòng)的開展同學(xué)們對人工智能充滿了興趣，而且在輕松氛圍中對圖像識(shí)別過程、原理有了初步的了解，進(jìn)一步喚醒了他們的創(chuàng)新意識(shí)。