在課堂上體驗(yàn)計(jì)算機(jī)視覺的教學(xué)實(shí)踐探索

宋曉玉

摘要：在小學(xué)階段，人工智能教育重在學(xué)生對人工智能的應(yīng)用和體驗(yàn)。本文主要探究在信息技術(shù)課堂教學(xué)中，如何利用身邊的計(jì)算機(jī)、攝像頭和手機(jī)開展豐富多樣的智能體驗(yàn)，讓學(xué)生充分感知人臉識別、人體分析、圖像識別和文字識別等計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，從而為進(jìn)一步的人工智能教育做好鋪墊和準(zhǔn)備。

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)視覺;課堂教學(xué);體驗(yàn)人臉識別;眼鏡識別

中圖分類號：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ?論文編號：1674-2117（2020）21-0063-02

在中小學(xué)階段推進(jìn)和普及人工智能教育重在學(xué)生對人工智能的應(yīng)用和體驗(yàn)教學(xué)。本文主要研究在信息技術(shù)課堂教學(xué)中，如何開展豐富多樣的智能體驗(yàn)，讓學(xué)生充分感知人臉識別、人體分析、圖像識別和文字識別等計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用，從而為進(jìn)一步的人工智能教育做好鋪墊。

● 從人臉識別的門禁系統(tǒng)實(shí)際體驗(yàn)計(jì)算機(jī)視覺

在人工智能的計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域，研究最為成熟、應(yīng)用最為廣泛的就是人臉識別技術(shù)。很多學(xué)校為保障校園的安全，安裝了具有人臉識別功能的門禁系統(tǒng)，每一位學(xué)生在進(jìn)入校門時(shí)都要“刷臉”。

為了讓學(xué)生更好地體驗(yàn)人臉識別技術(shù)，課前筆者拍攝了學(xué)生“刷臉”進(jìn)入校門的視頻和照片，在后臺(tái)錄入學(xué)生和家長的照片，建立人臉庫的操作指引，還收集個(gè)別學(xué)生因刷臉失敗無法進(jìn)入校門的例子。課上，則通過調(diào)用學(xué)生“刷臉”的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，展示學(xué)生“刷臉”進(jìn)入校門的圖片和視頻資料，讓學(xué)生理解人工智能領(lǐng)域的計(jì)算機(jī)視覺研究的應(yīng)用。同時(shí)，在展示學(xué)生和家長前期“錄入照片，建立人臉庫”操作指引時(shí)，輔以動(dòng)畫類的視頻模擬演示，滲透人臉識別的原理，并提出為什么明明錄入了人臉照片，還會(huì)有刷臉失敗的情況這一問題？引發(fā)學(xué)生對人臉識別的思考。

● 從AI體驗(yàn)網(wǎng)站初步感知計(jì)算機(jī)視覺

在“金字塔”形——感知、認(rèn)知、創(chuàng)新的人工智能教育課程建設(shè)體系中，感知是人工智能教育最基礎(chǔ)的階段。同時(shí)，根據(jù)小學(xué)生認(rèn)知和學(xué)習(xí)的特點(diǎn)，人工智能教育在小學(xué)階段以體驗(yàn)和感知為主，要讓學(xué)生充分感受人工智能在生活中的廣泛應(yīng)用，以及它給生活帶來的便利，就要從人工智能的課堂體驗(yàn)入手。

在學(xué)生對人臉識別有了實(shí)際體驗(yàn)后，筆者借助網(wǎng)絡(luò)上的體驗(yàn)網(wǎng)站，通過外接攝像頭課堂上拍攝學(xué)生上課的照片，或者上傳本地照片來進(jìn)行更為豐富的人臉識別、圖像識別和文字識別等計(jì)算機(jī)視覺的體驗(yàn)，也能實(shí)現(xiàn)語音識別和語音合成的計(jì)算機(jī)聽覺體驗(yàn)。課上，教師打開并登錄體驗(yàn)網(wǎng)站，以體驗(yàn)圖像識別為例，點(diǎn)擊“開始識別”，用攝像頭拍攝一張學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的照片，也可以選擇本地照片上傳到體驗(yàn)網(wǎng)站，很快體驗(yàn)網(wǎng)站就會(huì)給出識別的結(jié)果，顯示出“書畫筆會(huì)”“讀書活動(dòng)”“學(xué)生教室”等。

● 從手機(jī)智能程序全面體驗(yàn)計(jì)算機(jī)視覺

筆者借助手機(jī)上的AI體驗(yàn)中心，如百度AI體驗(yàn)中心、騰訊AI體驗(yàn)等，輔以手機(jī)投屏技術(shù)，開展了計(jì)算機(jī)視覺體驗(yàn)。以使用百度AI體驗(yàn)手勢識別為例，課上，筆者先把手機(jī)屏幕投影到計(jì)算機(jī)屏幕上，在手機(jī)微信里找到“百度AI體驗(yàn)中心”，找到人體分析里面的“手勢識別”，點(diǎn)擊上傳手勢圖片，選擇拍照，拍攝學(xué)生比畫出的手勢，使用照片，傳到云端，讓百度大腦來辨別這個(gè)手勢的含義。筆者根據(jù)識別結(jié)果粗略地估判人工智能的識別能力，并對“手勢識別”技術(shù)能應(yīng)用的場景，如在智能家居、智能駕駛、人機(jī)交互方面的應(yīng)用進(jìn)行拓展講解，進(jìn)一步拓展和加深學(xué)生對人工智能應(yīng)用的認(rèn)識和理解。

● 開發(fā)“識別人臉是否戴眼鏡”的小程序深刻體驗(yàn)計(jì)算機(jī)視覺

上述基于AI網(wǎng)站和手機(jī)AI體驗(yàn)平臺(tái)的人工智能課堂體驗(yàn)，都只強(qiáng)調(diào)“體驗(yàn)”本身，只是讓學(xué)生從感官上認(rèn)知到了人工智能的樂趣。根據(jù)“金字塔”形的人工智能教育課程建設(shè)體系，感知和認(rèn)知是教育的手段，創(chuàng)新才是目的。在人工智能的課堂教學(xué)中，應(yīng)該讓學(xué)生在充分感知和認(rèn)知的基礎(chǔ)上進(jìn)行智能創(chuàng)作和創(chuàng)新。

例如，筆者所在學(xué)校正在組織學(xué)生進(jìn)行視力檢查，要統(tǒng)計(jì)班級學(xué)生的近視率。筆者聯(lián)系了一位人工智能愛好者，他結(jié)合實(shí)際利用Python編程，經(jīng)API接口調(diào)用百度AI的人臉識別應(yīng)用，開發(fā)了一個(gè)在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的程序，通過普通攝像頭“掃臉”來統(tǒng)計(jì)班級戴眼鏡的人數(shù)，從而解決統(tǒng)計(jì)班級學(xué)生的近視率的問題，部分實(shí)現(xiàn)了利用人工智能來統(tǒng)計(jì)班級學(xué)生近視率的應(yīng)用。

課上，在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行“識別人臉是否戴眼鏡”的程序，點(diǎn)擊打開攝像頭，捕捉學(xué)生畫面，開始識別，即可把人臉框選出來，帶有眼鏡的人臉以紅色框標(biāo)識，窗口上面用文字的形式給出識別的結(jié)果。但是學(xué)生發(fā)現(xiàn)“有些戴眼鏡的學(xué)生沒有被識別出來”，甚至有些學(xué)生，自己用卡紙制作一副眼鏡框戴上或者用兩張圓形的卡片遮擋眼睛，也被系統(tǒng)標(biāo)識為“戴眼鏡”。需要指出的是，這個(gè)程序必須在聯(lián)網(wǎng)的情況下才能正常使用。通過這些識別正確或者錯(cuò)誤的結(jié)果體驗(yàn)，學(xué)生對人工智能有了全面的了解，認(rèn)識到雖然人工智能在某些方面非常強(qiáng)大，但是人工智能也不是萬能的。

以上幾種方式，就是筆者在現(xiàn)有條件下，在常規(guī)的課堂教學(xué)中，不依賴于高端的設(shè)備或者產(chǎn)品，進(jìn)行的人工智能教育體驗(yàn)的摸索。實(shí)踐證明，這幾種體驗(yàn)人工智能的方式切實(shí)可行，學(xué)生不僅在課堂上能跟著教師一起體驗(yàn)，課下也能自己去體驗(yàn)，從而為后面進(jìn)一步學(xué)習(xí)人工智能的機(jī)器視覺和機(jī)器聽覺做好充分的準(zhǔn)備和鋪墊。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉俊波，樂進(jìn)軍.中小學(xué)人工智能課程建設(shè)初探[J].基礎(chǔ)教育課程，2020（01）：16-20.

[2]王文晶.人工智能課程建設(shè)與實(shí)踐教學(xué)探索[J].網(wǎng)絡(luò)·移動(dòng)辦公·居家辦公，2019，24（19）：29-30+19.

[3]百度云智學(xué)院在線課程[EB/OL].http：//abcxueyuan.baidu.com/#/home.