《探秘人脸识别》教学设计与实践

聂璐 公茂杰 汪星明

【摘 要】本文介绍了人工智能领域中常用的技术——人脸识别。结合学生核心素养发展要求，以兴趣为起点、以活动为载体，笔者进行教学设计和实践。通过在课堂中穿插的两个体验活动，分别让学生体会人类在识别人脸时采用的方法，体验人工智能技术实现人脸识别的工作机制，找到其中的相似与不同，从而充分理解特征点对机器识别人脸的作用。最后以分组讨论的形式，让学生思考人脸识别技术在生活中的应用场景，从而更深刻地理解人工智能的基本原理和应用潜力，认识人工智能在信息社会中的重要作用以及潜在风险。

【关键词】人工智能;人脸识别;信息技术;核心素养;教学设计

【中图分类号】G434  【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2019）02、03-0107-04

近年来，随着人工智能技术的快速发展，深度学习、跨界融合、人机协同等新特性，使得人工智能技术的应用场景越来越丰富，推动着社会各个领域正在经历着从数字化、网络化向智能化跃升和革新，深刻改变着人们的生活方式和思维模式[1]。在这个时代背景下，一方面，社会对人工智能技术人才的需求日益增长;另一方面，更多的人需要提升在人工智能时代生存和适应的能力。这对如何开展以人工智能为内容的信息技术教学提出了新的要求。

2017年7月国务院印发的《新一代人工智能发展规划》明确提出实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程。《规划》的颁布为我国在基础教育领域布局“人工智能教育”提供了政策上的保障，但具体在中小学阶段设置相关课程时，并不能把大学课程简单地下放[2]。如何进行有效的人工智能课程设计，在充分调动学生学习兴趣的同时，提升学生的信息意识、计算思维、数字化学习与创新、信息社会责任等核心素养，是一个非常值得探讨的课题。

教学设计思路

本节课出自北京十一学校初中校本课程《人工智能与APP开发》，这门课以展示学科之美、提升学习兴趣为出发点，以核心素养的培养为暗线，以初步理解人工智能实现的知识体系为明线展开。本课为第二单元《视觉与听觉》第一课时，在回顾人工智能的含义后开始探索计算机视觉。

通过对历届学生情况的调研和分析得知，在这一阶段的大部分学生尚未接触过人工智能类课程，虽在生活中使用过相关应用，但对于人工智能的知识储备比较有限。综合考虑以上因素，本课的教学目标设定如下。

知识与技能：了解机器识别人脸的机制，理解特征点对机器识别人脸的作用;挖掘并简述人脸识别技术在校园的应用场景，发现其价值及潜在风险。

过程与方法：观察并提取同桌面部特征，完成“画像”，感受五官对人眼识别人脸的重要性;体验在线平台五官定位功能，对比人眼和机器表达人脸特征的异同;体验在线平台的人脸分析功能，检测表情识别的准确度，发现该平台的优势与不足;完成小组讨论，探讨人脸识别在校园生活中的应用场景及潜在风险。

情感、态度与价值观：感受智能技术对生活和学习带来的影响，进一步激发学生的学习兴趣，提升其创新意识和探究思维。

课堂活动与评价设计

1.课堂活动设计

本节课的课堂设计主要由五个环节组成，包括新课导入、五官“画像”、在线体验、小组讨论和反思总结。重在让学生了解机器识别人脸的机制，理解特征点对机器识别人脸的作用;并发现人脸识别在校园生活中的合理应用，意识到潜在风险。

环节一：新课导入（5分钟）

抛出问题：学生参加校园活动时需要查考勤，有哪些可用的签到方法？小结不同签到方式优劣，说明哪些方法属于人工智能，引出人脸识别。

设计意图：通过趣味体验活动，让学生进一步认识人工智能的优势，激发学习兴趣;承上启下，简要回顾人工智能应用，同时引出本节课的主题——人脸识别。

环节二：五官“画像”（12分钟）

组织五官猜人游戏，引导学生思考人类如何通过人脸辨识不同人。截取了一些体育运动员、教师及班上学生的眼睛图片，让学生去猜测人物，很大程度地调动了学生的积极性;组织学生两人一组观察彼此脸部特点，填写学习任务单的同桌“画像”;组织学生代表分享;点评发言并小结。

设计意图：借助五官猜人和同桌“画像”，引导学生发现人眼借助什么特征进行人脸识别，并思考机器如何描述并识别这些人脸。

环节三：在线体验（8分钟）

组织学生体验AI开放平台“五官定位”，如圖1所示，讲解机器如何通过特征点来描述并识别人脸;组织学生绘制不同表情时的特征点连线，然后两人一组拍摄开心、悲伤和吃惊照片，体验平台能否准确识别不同表情;讲解机器如何通过特征点对表情进行分类。

设计意图：通过在线体验及教师讲解，让学生了解机器如何通过特征点描述并识别人脸。通过对不同表情的识别，加深对机器通过特征点进行人脸识别的理解。

环节四：小组讨论（10分钟）

基于在线体验，激发学生思考人脸识别在校园生活中有哪些应用场景，两人小组讨论后填写任务单的第三部分;选择几个小组进行分享。

设计意图：启发学生从身边发现人工智能应用的设计点及实现的可能性，同时也为后续单元开发人工智能APP做铺垫。

环节五：小结点评（5分钟）

基于环节四学生设计的应用场景，询问潜在风险，启发学生辩证思考。比如，学生可能会提及如果用照片去假冒人脸，有何解决办法。教师可趁势引导学生提出类似如需要用户做表情（摇头）、检测3D模型的解决方案，或借助视频讲解智能手机如何分辨出照片或现实中的人脸。

小结并铺垫下节课内容，提醒学生留意本次课程评价。

设计意图：了解人工智能对社会发展的潜在风险并思考对策;巩固本节课要点。

2.学习任务单设计

为了让学生有更好的体验和沉浸感，笔者设计了贯穿整个课堂的学习任务单，引导学生逐步从人是如何识别人脸过渡到机器如何识别人脸。如图2所示。

3.学习评价设计

本节课教学过程中有两个环节涉及评价，具体为：学生代表分享同桌“画像”时，其他学生和教师会点评，从而完成口头互评和师评;学生分享人脸识别如何应用在校园的设计后，教师会对学生代表的设计进行评价。

课后，教师还将对全部学生作品进行评价，具体评价量规如下：学生期末成绩=历次过程性评价分数的平均分（60）+终结性评价分数（40）。单次过程性评价（总分60）的分数构成包括：任务完成30分、课堂纪律10分、创新思维10分、设备管理10分，其中“任务完成”分数将由教师在课后批阅学生提交的任务单后给出，具体评分量规如表1。

小  结

本教学设计紧紧围绕人脸识别技术的原理教学展开，具有以下特点。

一是本节课的授课内容新颖且完整地覆盖了四大核心素养。（1）新课导入环节，引导学生主动去观察和思考生活中的信息技术现象，使得他们能根據解决问题的需要，主动寻求恰当的方式获取与处理信息，提升信息意识。（2）接下来的五官“画像”环节，让学生们更好地理解人眼识别人脸与机器识别人脸机制的异同点，学会采用计算机可以处理的方式界定问题和抽象特征，启发计算思维。（3）进一步的在线体验环节，学生更是直接通过手机APP应用认知人脸识别的过程和应用场景，培养数字化学习的习惯和创新意识。（4）最后的小组讨论，不但使学生们从身边发现人工智能应用的设计点及实现的可能性，为后续单元开发人工智能APP做铺垫，还引发学生思考新型技术潜在的风险，加强了对信息社会责任的认知。

二是本节课的授课形式生动，充分调动了学生的积极性。在课堂上开展了以趣味和探索为目的的活动，如五官猜人、同桌“画像”和体验AI开放平台等，帮助学生理解人脸识别的机制，同时较为符合初中生的认知水平。

三是本节课的授课资源效果良好且成本较低。微信：教师手机拍摄学生填写的纸质分析书，通过微信传输到教师机进行展示;腾讯AI开放平台：开放的人脸识别体验平台，有丰富的免费功能供学生体验;学习任务单（纸质）：针对本课任务定制设计，辅助学生进行课堂活动。

四是本节课充分进行了基于课堂表现的过程性评价。在课堂上安排了多个活动，给予学生充分的表现空间。评价时，以学生的课堂表现为基础，根据课堂活动对应的量规，进行过程性评价。

参考文献

中华人民共和国教育部.普通高中信息技术课程标准[M].人民教育出版社，2017：26.

范洁.义务教育阶段人工智能课程开发的思考与探索[J].中国信息技术教育，2018（19）：93-94.