相識AI，相遇冬奧
——“用Huskylens制作AI領獎臺”教學設計

張偉華 廣東省東莞市東城實驗中學

●創新整合點

融合PBL項目式學習思想：以學生為主體，以冬奧會熱點創設真實學習情境，聚焦于如何設計制作AI領獎臺問題，以小組合作的形式開展設計、制作、分享等項目式學習活動。

核心素養：通過分析問題—設計算法—編寫程序—調試程序的過程培養計算思維，通過UMU平臺的應用培養數字化學習能力。

線上線下混合：線下教師為主，落實教學主題內容，調動學習積極性；線上教師為輔，提供資源與教輔，為學生個性化發展提供支撐。

●教材分析

本課是筆者所在學校初二級校本研修課程《基于項目式學習的人工智能課程》的第一節，課程以北京冬奧會為主題，引領學生利用Huskylens人工智能模塊制作AI領獎臺，領獎臺在功能上要求實現當獲獎運動員登上領獎臺時，領獎臺能夠識別其身份并播放對應的體育圖標。本節屬于該系列課程里面的首節內容，以操作體驗為主，主要作用在于激發學生的學習興趣，為后面課程的展開做好鋪墊。

●學情分析

課程面對的是八年級學生，他們學習過VB程序設計，在程序的基本結構上具備一定的基礎，對動手操作為主的學習活動相當感興趣，這有利于課堂教學活動的開展。在生活中大部分學生接觸過人臉識別購物付款、人臉識別進出地鐵站等場景，對人臉識別技術的應用并不陌生，但對人臉識別技術的探究不夠深入，缺乏運用計算機思維去分析和解決問題的經驗，在授課過程中，教師應當關注學生的探究進度，及時做好引導。

●教學目標

知識與技能目標：了解人臉識別技術的基本原理；認識條件選擇基本結構；能夠運用Mind+編寫程序識別人臉并顯示體育圖標效果。

過程與方法目標：通過設計、制作、迭代改進作品的過程，提高計算思維能力和工程思維能力；通過參與UMU平臺交互學習過程，掌握運用數字化平臺進行學習的方法。

情感態度與價值觀目標：通過體驗人工智能技術，激發探究學習的興趣；感受冬奧會氛圍，接受體育文化熏陶，增強民族自豪感。

●教學環境與準備

多媒體電腦室、屏幕廣播系統、Huskylens硬件模塊、導學案、領獎臺教具等。

●教學過程

1.創設情境，激發興趣

教師活動：

師生互動游戲：猜猜他是誰？

師：同學們，今天老師帶了一位神秘嘉賓來到我們課堂（向學生展示冬奧備戰運動員照片），同學們猜猜他是誰？叫什么名字？他擅長哪種體育項目呢？滑雪？滑冰？

人臉識別教具演示：識別運動員照片—屏幕顯示體育圖標。

在問答互動游戲結束后，教師拿出人臉識別教具，把相片放置在教具攝像頭下進行人臉識別，這時屏幕顯示該運動員相對應的體育圖標。在激發學生好奇心的情境下，教師講授北京冬奧會體育圖標的來由：體育圖標是對體育項目的圖形化詮釋，2022年北京冬奧會體育圖標設計，以中國漢字為靈感來源，以篆刻藝術為主要呈現形式，將冬季運動元素與中國傳統文化巧妙結合，既展現出冬季運動挑戰自我、追求卓越的特點，也凝聚了中國傳統文化的厚重與精深，彰顯了北京冬奧會和冬殘奧會的理念和愿景。圖標以霞光紅為底色，寓意著日出東方，代表著熱情和希望，也為即將在春節期間舉行的北京冬奧會烘托出喜慶氣氛。教具如圖1所示。

圖1

互動提問。

師：AI領獎臺是如何認出這名運動員的呢？領獎臺顯示對應的運動圖標又是怎樣做到的呢？

學生先觀看教師演示，感受神奇的人臉識別技術，在教師的講解下了解體育圖標的含義，然后參與課堂互動，回答問題。

設計意圖：創設情境，激發學習興趣。

2.講授新知，任務分解

教師活動：

講解人臉識別原理：人臉識別—是基于人的臉部特征信息進行身份識別的一種生物識別技術。計算機程序先調用攝像頭硬件進行人臉檢測，并對有效的人臉圖像進行特征信息提取，然后根據提取信息生成人臉編碼信息儲存起來，當下次進行人臉檢測時，計算機即可根據儲存的人臉編碼信息與檢測者信息進行匹配，從而確定該人的身份。

出示問題：如何通過Mind+編程，運用Huskylens硬件來制作AI領獎臺？

教師講解AI頒獎臺項目制作基本步驟：錄入人臉信息設計場景—導入背景、角色，設置角色的大小、位置→進行圖形化編程，當識別到人臉時播放體育圖標。

流程圖設計與分析：引導學生設計項目流程圖。

在設計過程中，以問題激發學生的思考：

問題1：怎樣利用條件選擇結構來控制圖標的顯示？

問題2：當體育圖標顯示/隱藏之后，下一步應該執行什么操作？

學生活動：學習人臉識別原理，思考如何運用AI人臉識別技術設計一個可以展示體育圖標的頒獎臺？在教師講解下了解項目制作流程，并在教師的引導下共同完成流程圖，理解如何運用選擇結構去解決問題。流程圖如圖2所示。

圖2

設計意圖：分解學習任務，引導學生分析問題，形成解決思路，從而培養計算思維能力。

3.小組合作，自主探究

教師活動：

提供UMU學習賬號，指導學生兩人為一組登錄平臺開展闖關式的探究活動（https：//www.umu.cn/home）。線下教師巡視課堂，對學生學習活動進行現場指導和答疑。線上協同教師登錄UMU平臺，查看學生作品檢測表，回應學生線上提問，對學生線上作業給予點贊、鼓勵、評分，進而提高課堂效率。平臺資源目錄如圖3所示。

圖3

圖4

“錄入人臉信息”學習資源：

首先，左右撥動“功能按鍵”，直至屏幕上方顯示“人臉識別”。屏幕中顯示“+”號時表示正處于學習狀態。接著，把屏幕中央的“+”號對準識別框，短按兩次“學習按鍵”完成學習。如需學習下一個人臉，把攝像頭對準下一個人臉，重復上面操作即可，當最后一次學習結束時，“學習4”秒倒計時結束即可自動退出學習狀態。

在學習結束后，如果識別到相同的臉，則屏幕上會顯示識別框并顯示“人臉：ID1”，這表示已經可以進行人臉識別了。

注：如果要讓HuskyLens學習新的人臉，則需要讓HuskyLens“忘記”已學的人臉。

“設計頒獎臺”學習資源：導入背景和角色，調整角色的位置和大小，可以拖動鼠標調整角色在舞臺的位置，或者在設置窗口輸入具體參數進行精確調整（如圖5）。

圖5

“圖形化編程”學習資源：選中相應的角色，然后在編輯窗口進行圖形編程。

參考程序如下頁圖6所示。

圖6

學習測評：

學生活動：登錄UMU互動學習平臺，開始闖關學習。第一關，制作準備，軟件設置，硬件連接；第二關，錄入人臉信息；第三關，設計頒獎臺場景；第四關，圖形化編程；第五關，填寫項目測評表（如下頁圖7）。

圖7

設計意圖：教師提供學習支架和學習指導，促進學生利用互動學習平臺開展自主探究，以此培養學生的數字化學習能力。

4.分享交流，展示評價

教師活動：組織學生到講臺利用屏幕廣播進行作品展示（選取線上測評分數較高的作品），輔助學生完成展示并給予點評。

學生活動：小組配合完成人臉識別，通過屏幕廣播向全班同學演示作品。

設計意圖：讓學生體驗創作的成就感，促進學生之間相互學習，共同進步。

5.迭代改進，拓展學習

教師活動：

設計場景考驗：好的作品應該能夠經受各種復雜場景的考驗，當亞軍和季軍運動員先登上領獎臺，體育圖標沒有顯示，怎么辦呢？大家思考一下有什么解決方法？如何改進流程圖設計？教師根據學生回答情況看是否需要給出提示錦囊：把多個運動員的ID用“或運算”連接起來就可以解決問題了。

學生活動：思考作品存在的缺陷，回答問題并思考解決方法。

設計意圖：培養學生發現問題的意識，通過發現問題、優化設計、改進作品的過程培養學生的工程思維。

6.總結評價，課后延伸

教師活動：

利用思維導圖總結本節課學習要點（如下頁圖8）；根據umu積分榜記錄對學生予以表揚；開放線上自修資源，鼓勵學生開展不間斷的探究活動。

圖8

學生活動：對本節課知識點進行梳理，鞏固課堂學習效果。學有余力的學生根據自身條件，利用課余時間登錄平臺學習選修內容。

設計意圖：梳理知識要點，鞏固學習效果。激發學生自主探究選修內容，滿足學生個性化發展的需要。

●教學反思

教學目標是教學的出發點和歸宿，在本課例中，筆者基于本節課在整個大項目課程中的引導地位，將教學內容進行了簡化，優化制作圖片素材，設計導學案，以此來降低學生的學習難度，增強學生的學習體驗，進而培養學生的學習興趣，為后續課程奠定基礎。本課例以北京冬奧會為主題，將其貫穿于新課導入、作品制作、評價等各個教學環節，貼近學生愛好的體育文化，引起了學生情感上的共鳴。從學生的課堂活躍度和平臺反饋的學習完成率來看，學生對知識和技能掌握得較好，并形成了較高的學習熱度。

1.教學過程

工欲善其事必先利其器。在授課前，要想減少課堂的干擾因素，提高課堂效率，以下的準備工作不可或缺：制作簡要的導學案，對圖片素材數量、規格進行優化；通過電子教室軟件設置UMU平臺聯網白名單，使學生線上學習僅限于UMU平臺，杜絕外網干擾；安裝固件，測試硬件，并提前按組分配到位。

教師主導，學生主體。本課例突出學生的課堂主體地位，整個授課過程時間緊湊，各環節時間分配合理?；谡n程以實踐體驗為主的特性，教師在創設情境、引出問題，布置驅動任務之后、逐步把時間交由學生進行自主探究，分享展示，教師轉而發揮引導和協助作用。從學生操作實踐和參與互動的效果來看，他們思維活躍，勇于展現自我，學習的積極性得到了充分的激發。但同時，由于采取的是小組協作學習，個別基礎較弱、合作意識淡薄的學生未能得到及時、充分的指導，導致學習效率較低，后續還需在對學生分組前進行相關的學情分析和有針對性的指導。

2.亮點總結

教學方法新穎。本課例融合了PBL項目式學習的思想，教師引導學生從真實的情境出發，聚焦“制作冬奧AI領獎臺”這一中心問題，以小組合作的形式開展設計、制作、分享等探究學習活動，教學活動突出了學生的主體地位，并激發了學生的學習積極性。

注重培養核心素養。本課例以UMU平臺為載體，把圖文學習資源、討論、評價等學習活動融合到闖關學習任務中，使學生在學習過程中不感覺乏味，同時數字化學習能力也得到了培養。學生在探究解決“制作冬奧AI領獎臺”問題時，親歷了“分析問題—設計算法—編寫程序—調試改進”的過程，這樣的學習過程對培養學生計算思維能力很有幫助。

線上線下混合。本課例利用UMU平臺協同多位教師共同參與課堂教學活動，教學以線下教師為主，引導學生開展學習，落實教學主體內容，調動學生學習積極性。而線上協同教師發揮輔助作用，協助查看，回復學生討論，開展評價，提供資源與教輔，為學生個性化發展提供支撐。

教學反思是對教學實踐過程的經驗總結，既是本節課的終點，又是下節課的起點，反思對經驗的形成和發展有著重要的意義，希望本節課的教學思路、教學實踐與反思能給教師們帶來有益的啟發。