小学人工智能课程的构建与实施研究

赵晓慧

（西安高新国际学校 西安 710119）

为了让小学生了解当今科技发展，调动起学生对科技的兴趣，促进学生创新能力的发展，本校开设了人工智能课程。而且教师针对不同内容，采取了相应形式的教育形式，以确保内容、形式都是学生喜闻乐见而且适合学生的。图像识别大致经历了三大阶段，文字、数字图像以及物体识别。本文以图像识别为例，对人工智能在我国基础阶段的教育进行了深入研究。

一、课前分析、目标阐述

（一）教学内容分析

文章采用“人机类比”的方法对图像识别在教学的应用步骤进行了分析。图像识别是人工智能的一项重要研究领域，数字、人脸、指纹识别都隶属于这一范畴，其目的在于利用计算机处理复杂的信息。本文研究以手写数字识别、人脸识别这一契合小学生熟知的生活为主要研究对象，力图通过实践活动的开展让学生对图像识别有深入的了解。手写数字识别是图像识别的一个重要领域，由此文章以机器如何识别手写数字为研究的主要对象，要求识别系统从海量数据中提取关键信息开展识别，其中一种最为主要的方法为将手写数字转化为二值图像，在通过对比和分析，容易对“补笔画”、“自由始终点”进行识别。文章主要让小学生了解这一方法。

（二）小学生特征分析

超越学生身心发展的教育内容、教育形式都会抑制学生的成长和发展。由此身为一名基础阶段的教育工作者，要了解小学生特征，并对其进行科学、合理的分析[1]。文章以中年级学生为研究对象，此阶段学生的大脑是发育的重要时期，他们处于形象思维向抽象思维过渡的时期，但依然需要借助感性材料认识事物本质，而且他们具有孩童爱玩、好动的天性，游戏、故事更能调动起他们的学习热情。由此文章以游戏体验活动为主，要求学生在真实感知和体验上分析问题，并给出解决问题的方案，进而促进学生思维能力的发展。小学生自身的好奇心和探究欲，对图像识别产生了浓厚的兴趣，在通过趣味游戏活动的开展可以促使学生积极参与到教学中来。而且经过前期的学习，此阶段的学生已经具备了扎实的基础，他们对像素、图像编码、图像二值化有了深入的理解，为本节教学活动的开展奠定了坚实的基础。

（三）教学目标

立足教学内容、小学生本身的特征出发，文章设定了如下三大教学目标：一，机器识别手写过程；二，手写数字识别、人脸识别技术在人们生活中的应用；三，图像识别中遇到的问题。

二、图像识别应用过程

众所周知，我们人类提取图像信息非常简单，因为人类视觉系统的发达。但让机器提取图片上的信息是一个复杂的过程，基于学生特点，教师设计了诸多教学活动，比如猜数字、猜猜我是谁等都是让学生对数字识别、人脸识别过程有深入的理解[2]。

（一）课堂导入——数字游戏

机器对图像的识别和人类眼睛看到事物的过程具有很大的相似性。文章以“猜数字”作为课堂导入，教师为大家展现被遮住的部分数字图片，然后不断显露，让学生猜一猜。待结束之后，让学生阐述如何猜测的，以游戏的方式开展教学可以调动起学生的热情。

（二）知识讲述

①排序

通过游戏让学生猜测数字是为了帮助学生理解、概括机器识别数字做好基础。教师设定了四个引导学生猜测数字的过程，让学生基于自己理解进行排序，学生很快完成，并做出了眼睛看——提取事物的特征——脑海搜寻记忆——说出数字。

②体验手写数字识别软件

待完成上述的活动之后，教师引导学生列举生活中常见的机器识别手写数字的案例，然后让学生体验。通过初步体验让学生对机器识别数字有一个初步的认识，明白机器输出结果的分析对比得到的，另外还可以认识到机器识别未必是对的，基于这一问题教师引导学生分析和思考，机器识别数字为什么不完全正确，存在哪些影响因素？教师展现图片，让学生通过观察、分析提取图片内容，并分析机器如何提取事物的特征呢？然后教师引导学生对1和0分界线进行描绘，并对描绘结果开展观察，通过观察、思考机器如何提取事物特征，做了如下的总结：获得数据-提取事物特征-分析和对比——数字输出。

（三）体验车牌识别

车牌识别是我们常见的数字识别系统，车牌识别也包含文字识别，其原理和数字识别相似。所以在教学课堂上，教师为不同小组分发了打印纸张的车牌，让学生利用手中的电脑软件识别。车牌内容是教师提前设计、安排的，车牌模糊而且有的有很严重的划痕，以让学生在识别中思考为什么车牌数字划痕那么严重还会被识别出来，通过分析和讨论强化学生对图像识别技术的理解。而此时教师可以抓住这一契机，对同学们开展德育教育，让学生知道我们必须按照规则办事切不可存在侥幸心理。

三、课堂拓展

（一）猜画小歌

猜画小歌是人工智能的重要程序，可以基于软件给出具体的题目，然后进行绘制，让软件猜一猜自己的画。当让学生绘画的时候，同学们的参与热情得到了高涨，待完成之后教师设定问题：机器为什么可以猜出我们画的是什么？通过学生体验、问题设置，促进学生思维能力的发展。

（二）挑战人脸识别

在这一活动开展中，教师首先一小游戏“猜猜我是谁”作为课堂开始，教师露出眼睛，让学生猜一猜是班级的哪一位学生，通过游戏开展让学生基于人基本特征识别人脸的过程。然后邀请班上的同学将自己面部特征输入教师手机，然后验证是否这名同学可以解锁教师手机。而且让学生们思考如何才能让这名同学无法解开教师手机呢？在这一活动开展中，学生们好奇心完全被调动了起来，想要马上开始挑战。最后，教师引导学生说一说本节内容的收获？如何将这项技术应用我们的生活中?它有哪些可以改进之处？以促进学生创新能力的发展。

四、结束语

通过上述教学活动的开展同学们对人工智能充满了兴趣，而且在轻松氛围中对图像识别过程、原理有了初步的了解，进一步唤醒了他们的创新意识。