基于人工智能圖像識別技術的 STEAM課程探究

教學背景

為了適應信息時代技術的發展速度對人才培養提出的新要求，提升學生的信息素養和信息技術操作能力，信息技術課程標準指出，教師應盡量創建以操作性、實踐性和探究性為特征的教學環境。因此，筆者基于生活中常用的人工智能圖像識別技術，組織學生開展STEAM課程探究。本節課的教學對象是四年級Pad實驗班的學生，他們在四年級上半學期已經學習了如何使用瀏覽器及搜索引擎搜索關鍵字，能夠學習并理解本節課程，使用人工智能圖像識別技術自己采集照片了解未知的東西，并且應用此技術進行更精準的垃圾分類。

教學目標

知識與技能 了解人工智能圖像識別技術及其在日常生活中的普遍應用;掌握人工智能圖像識別技術并學會應用于生活。

過程與方法 通過自主探究和小組討論，形成自主學、合作學的意識;在使用人工智能圖像識別技術識別未知事物時，體驗信息技術的發展給人們生活帶來的便利。

情感態度與價值觀 激發對信息技術的求知欲，形成勤于操作、敢于創新的信息技術學習熱情;樹立垃圾分類的社會責任意識。

教學重點與難點

教學重點 了解并掌握人工智能圖像識別技術的使用操作。

教學難點 人工智能圖像識別技術的應用。

教學準備

Pad，微課教學視頻及教學課件，需要識別的物品，探究單，任務單。

教學過程

一、導入課題

教師創設情境，導入本課。

師：同學們，之前我們學過使用搜索引擎搜索北京的橋，但是如果我們遇到自己不認識的詞語（如迤邐），該怎么搜索呢？

教師用Pad操作演示搜索生僻詞語的過程。

師：同學們，你們知道這是什么技術嗎？其實老師剛才應用的就是人工智能圖像識別技術，本節課我們就一起學習這項技術。有了它的幫助，我們就可以搜索許多不認識的事物了。

設計意圖：通過教師的問題引發學生思考，并激發學生學習興趣。

二、初識人工智能圖像識別技術

1.認識圖像識別技術

圖像識別技術不僅能識別文字，還能識別很多的物品。目前，有許多軟件都有圖像識別功能，像萬能識圖、形色、掃描全能王、百度等App都應用了圖像識別技術。

師：我們今天就以中國企業自主研發的百度App為例，來學習人工智能圖像識別技術。

設計意圖：讓學生認識到很多公司都開發了圖像識別功能，生活中也有很多圖像識別技術的應用，提高學生學習興趣，激發學生熱愛科學、熱愛祖國的情感。

2.探究百度App中圖像識別技術的使用

（1）教師布置探究任務

師：老師按課前分組為每組同學準備了植物、logo、二維碼等不同的物品進行識別，請同學們按照課前分組，填寫探究單（見下表），識別出的圖像一會兒通過軟件進行展示。

探究單

1.通過使用圖像識別技術，開展對事物的探究活動。

2.你認為使用圖像識別技術識別物品的過程是？

設計意圖：為學生布置探究任務，讓學生帶著學習任務，有針對性地觀看微課。

（2）學生自主探究

師：請同學們打開圖像識別技術的微課教學視頻，觀看微課，自學百度App圖像識別功能的使用。觀看后請嘗試進行實踐，若看完一次視頻仍然不會操作應用，可以多看幾次，也可以求助老師。另外，大家的Pad上已經安裝好了百度App。

學生觀看視頻進行自主學習，從中了解圖像識別技術正確的操作方法，并完成探究任務，填寫探究單。教師巡視指導，如圖1。

設計意圖：引導學生通過微課，自學百度App圖像識別功能的使用，通過對不同的物品進行識別達到初步練習的目的。

3.展示、評價與總結

學生按分組將識別出的圖像通過相關軟件進行展示，匯報探究單的第一條任務。學生組間互評，最后教師總結。

師：結合你們的實踐經驗，大家想一想，圖像識別技術識別物品的過程是怎樣的，完成探究單的第二項任務。

學生思考討論，并填寫探究單。

師：實際上，人工智能就是用機器模仿人的思維過程，圖像識別技術識別物品的過程也與人的思維過程類似，要經歷采集、分析、識別這三個階段。同學們經過分組嘗試，都已經初步學會了如何使用百度App的圖像識別功能，在操作過程中大家都遇到了哪些問題？為什么有的物品識別不出來呢？

教師隨機抽選幾位學生回答。

教師總結：拍攝距離遠近、光照強度與光源位置、拍攝角度、物品上文字的正反等都會影響圖像識別的效果。

三、人工智能圖像識別技術的綜合實踐——垃圾分類

1.趣味導入

師：同學們看這是什么？（教師拿出棗等帶核小水果，將小水果吃掉剩下水果核）習總書記提出實行垃圾分類，這關系到廣大人民群眾的生活環境，關系節約使用資源，也是社會文明水平的一個重要體現。從2020年5月1日開始，新版《北京市生活垃圾管理條例》正式實施。按照條例，你們知道它屬于什么垃圾嗎？

設計意圖：激發學生學習興趣，培養學生綠色發展意識及保護環境的社會責任感。

2.實踐操作

師：其實人工智能圖像識別技術也可以應用于垃圾分類，請大家觀看微課教學視頻，學習如何用百度App的圖像識別技術進行垃圾分類。

學生觀看視頻進行自主學習。

師：課前，老師為每組同學準備了一張綜合實踐任務單（見下表），和一塑料袋的垃圾以及小垃圾桶。下面就請大家響應習總書記的號召，開始進行垃圾分類綜合實踐活動。請同學們按課前分組，使用百度圖像識別中的“識垃圾”功能進行垃圾分類并截屏，將不同垃圾投入到相應的垃圾桶內，填寫綜合實踐任務單。

綜合實踐任務單

同學們使用百度App圖像識別技術識別垃圾功能進行垃圾分類。

學生小組合作，識別電池、塑料袋、塑料瓶、硬紙、筆、衛生紙、樹葉等物品。

教師巡視指導，及時給予學生幫助。

設計意圖：激發學生學習興趣，使學生了解圖像識別技術在垃圾分類方面的應用，明白垃圾分類的重要性，培養學生的自主探究能力和合作意識。

3.匯報展示交流

學生按小組匯報展示綜合實踐成果，教師進行評價總結，師生交流百度App的其他特定識別功能。

四、知識拓展

師：你們還知道圖像識別技術的其他應用領域嗎？請大家想一想、查一查。

學生使用Pad搜索資料。

教師用大屏展示圖像識別技術在生活中的更多應用并介紹：圖像識別技術的應用非常廣泛，除了二維碼識別、人臉識別、車牌識別等常見的應用領域，它在無人駕駛、天氣預報、軍事偵察、環境污染監測等領域也有重要的應用價值。

設計意圖：培養學生信息意識，拓展學生的知識廣度。

五、課堂小結

師：通過本節課的學習，我們了解了圖像識別技術并進行了應用實踐，課后請同學們繼續了解生活中還有哪些圖像識別技術的應用。如果同學們以后遇到有些垃圾不知道如何分類的時候，可以利用圖像識別技術進行垃圾分類。

教學反思

本節課讓學生從生活出發，自主探究人工智能圖像識別技術的應用，以小組合作與個人自學相結合的模式，激發了學生的探究熱情及對信息技術的好奇心和求知欲，培養了他們的動手操作能力與實踐能力，促使他們養成垃圾正確分類的環保意識。學生們在STEAM課程活動中不僅提升了信息意識與素養，還鍛煉了團結協作的能力。