基于“思維語言”的人工智能教學實踐

黃燕

隨著科學技術的不斷更迭和發展，作為新時代科技發展和社會發展的強勁助推器，人工智能已經走到了科學變革的風暴中心。筆者所在的名師工作室開展了豐富多彩的人工智能專項培訓，深入研究、實施人工智能的課堂教學，為教師的綜合發展提供了一個優良的平臺。

同時，筆者承擔了人工智能課程的實證研究任務，在所屬學校的五、六年級實施普及型班級授課教學，經過三年的實驗，積累了一定的經驗。下面，筆者以《表情識別》一課為例，介紹相關的實證案例。

● 課堂實踐

六年級學生對人工智能的應有已有了初步的了解和接觸，本節課將通過xDing軟件進行簡單的編程嘗試，實現AI功能。通過知識遷移，以及自主學習教材，在設計表情指示器的過程中，學生能充分體驗人工智能帶來的便捷，能感受計算思維帶來的改變。

“表情識別”是人工智能模塊的第一課實例教學，為了讓學生在實踐操作中能愉快、輕松、高效地理解并掌握“表情識別”控件，完成人工智能表情指示器的編寫執行，在課堂教學中，教師設計了“感知、分析、實驗、拓展”等環節進行教學活動，具體教學過程如下。

1.情境再現，感受人工智能

人工智能已逐漸走入我們的生活與學習，相關的應用與體驗也越來越多。小學生對人工智能很少有真正體驗的經歷，缺少直觀的感受與經驗。因此在導入階段，我們從學生現階段每天接觸到的AI人臉識別測溫系統入手，通過說說自己的感受來打開對人工智能的再認識。

①展示生活場景：觀看學生進入校園時AI人臉識別測溫系統進行體溫測試的過程。教師提問：你知道這項技術是利用了什么原理進行體溫檢測的嗎？

學生給出的回答各不相同，或者在回答問題時提出疑惑。教師對學生的回答做出有效的評價，鼓勵學生形成自主探究的意識。另外，教師肯定學生能夠結合已有的知識進行問題的思考和探究，并總結出人臉識別技術是人工智能（AI）的一個方面。

②思考過程：引導學生自主編寫一個簡單的人工智能程序，對同學們的表情進行識別。

設計意圖：人工智能對于學生而言，充滿了神秘感，學生很喜歡也非常感興趣，因此在討論交流階段，教師尊重學生的回答和疑惑，并肯定學生的探索與發現，進而為下面的學習做鋪墊。

2.自主嘗試，探究表情識別

對于六年級的學生而言，如何把對表情識別的感受上升為真正的認識，還需要經歷對表情識別的實例進行一個分析的過程，以明確表情識別的過程和原理。

①分析軟件，了解識別的過程。

教師出示新聞鏈接——華為與波蘭盲人協會合作，開發了一款能夠“讀懂他人情緒”的Facing Emotions應用。當盲人用戶與另一個人說話時，手機的后置攝像頭會掃描對方的面部。基于這些數據，Facing Emotions能夠分辨七種基本情緒，然后通過手機揚聲器（或附帶的有線耳機），來聽到特定情緒的提示音。

②交流、分析識別過程。

表情識別的過程，分成哪幾個步驟？教師和學生共同來分析，經過討論、交流，我們發現，表情識別的過程可以簡單地概括成“照片—分析—結論”。

設計意圖：在這一過程中，通過分析識別的過程，有效地引發了學生對人工智能的初步思維，喚醒了學生的思維可能。

③實踐、探究識別過程。

引導學生打開xDing軟件，對照教材“xDing中的表情識別模塊”，自主學習“表情識別”控件的使用，并識別上傳的圖片表情。（提醒學生照片存放路徑）

學生動手實踐并總結自主學習的成果，得出“微笑”和“沒笑”兩種識別結果。

教師提出問題：操作過程中你還有新的發現嗎？請學生結合操作演示講解發現。

設計意圖：這個環節看似簡單，對學生卻是一個具有極大吸引力和探索空間的過程。教師引導學生在操作、感受、猜想、體會表情識別的過程中，對知識和技能進行了有效的整合，思維也在問題和任務的驅動下得到有效展開并充分激發。

3.實驗準備，搭建硬件

教師以四人小組為單位分發兩組硬件設備：開源機器人1號、LED燈、RJ11電話線;USB數據線。教師講解各硬件設備的作用，以及連接方法和注意要點。

首先，學生開始搭建硬件，并結合教材“硬件搭建和連接”的操作步驟，與電腦進行連接。然后利用AI功能檢測照片，發現“微笑”就亮燈，“沒笑”就不亮燈，并小組交流、討論，完成流程圖的填寫。最后，教師根據學生的匯報完成流程圖，分別在括號內填上微笑、不笑識別結果。

設計意圖：語言是思維的外化，結合流程圖讓學生用自己的語言說出表情識別器創編的過程，為下面的程序設計創造了條件。通過語言讓學生的思維可視化，以動態的形式展現、發展、提升。

4.運用算理，創編程序

根據已經完成的流程圖，小組繼續合作完成程序的編寫。遇到問題時參考“編寫程序”的操作步驟。

展示腳本，運行程序，邀請學生展示本組腳本，并說出各個控件的意義以及在程序里起到的作用，并說出在表情識別功能的使用過程中還有哪些值得大家注意的問題及解決方法。

設計意圖：在觀察、搭建、操作、實踐的過程，教師可以觀察到學生的思維活動過程，并及時地引導學生進行再思考再實踐，在這一過程中，學生得以完善對知識和技能的理解并提升思維水平。

5.反思學習，提升思維本質

教師呈現三個問題：①在我們的實際生活中表情識別可以應用在很多領域，暢想未來會在哪些方面給人們帶來便利？②表情識別工具還能如何改進，為人們帶來便捷？③在表情識別控件中有很多的控件可以供我們選擇，你們能制作其他的識別器嗎？

設計意圖：討論、交流的過程，使學生的思維在聆聽和溝通中得到碰撞和啟發，教師再引導學生把自己的思考和探究說出來。開放性的問題設計，使得AI表情識別的知識和技能有了一個有效的整合，思維過程也有了一個由簡單向深刻的縱深發展。

● 教學反思

這節課，大部分學生的感受是比較難的，不但要學習“表情識別”這一新的人工智能技術，還要學習新的xDing軟件，最后還要通過搭建硬件設備進行程序的分析和編寫，完成人工智能作品的設計。

在導入環節，從學生每天都要經歷的AI人工智能測量體溫入手，引出人臉識別技術，讓學生明白原來這些看起來非常高端的技術就在我們的生活中，就在我們的身邊。

從體驗表情識別，到搭建硬件、創編程序來設計人工智能“表情提示器”，每一個教學環節，都是一個循序漸進的過程，從易到難，從簡單到復雜，學生都有自己的思考和探究，對本節課“表情識別”的知識和技術也有了更直觀、更深刻的理解和把握。