《人面不知何处去—探寻人脸检测奥秘》教学设计

王苑桥 四川省成都市教育科学研究院附属中学

● 创新整合点

1.采用混合式学习环境解决人工智能学习趣味性问题

采用线上教育和线下课堂教学有机结合的混合式学习，强调以学生为中心，充分发挥学生作为学习主体的积极性、主动性、创造性。

2.重组教材，整合设计大单元专题，提升知识的连贯性

本单元围绕“智能交互益拓展”开展项目学习及课堂活动。在“人工智能观”这一核心概念下，笔者将本单元拆解为三个部分，包含三个子主题意义，共六个课时。第一部分是理解基础意义，学会感知社会发展中人工智能的积极作用，通过众多案例理解人工智能扮演的角色。第二部分是挖掘主题的深层含义，学生通过生活场景思考解决问题所应运用的智能设备，通过理论知识设计构思应该如何解决，形成解决方案后动手实践，形成成果报告后汇报展示。第三部分是赋予主题自我的认知，在完成前两部分学习后，学生已深刻认知知识本身，本部分的作用就是内化知识、外化使用，提升思辨能力。

3.以问题为导向设计丰富教学活动，提升学生信息素养

创设问题情境，增强信息意识。本课通过分析问题，思考解决问题的途径，用编程平台实现人脸检测功能，创设问题情境，既能从多个方面加深对相关知识的理解，又能有效地增强思维的广阔性和深刻性，可谓一举多得。

注重逻辑分析，培养计算思维。本课在实战操作中以问题为导向，指导学生编译人脸检测的代码，抛出如何进行代码准确度的测试的问题，小组讨论激发思考，收集图片测试中出现的问题，过渡到下一层次—如何进行问题的解决，引导学生自主思考，在实践中自我提问自我回答，有效锻炼学生的逻辑思维和运算思维能力。

精选开放活动，提升创新能力。本课在实战操作中，鼓励学生自发思考；学生在教师引导合理创新的鼓励下，针对不同的问题，敞开思路，解决问题，推动创新思维与能力的提升。

实施多元评价，促进反思能力。本课在成果展示环节，先运用极域进行学生作品展示，请学生分享自己的问题和成果；再展开讨论，解决问题，学生的思维又一次得到了升华，思维的深度和广度得到了开拓。

● 教材分析

本节课选自粤教版信息技术教材必修1《数据与计算》第六章人工智能章节，了解人工智能的原理和应用场景，对人工智能的后续学习具有重要的作用，是培养学生信息意识和信息社会责任的重要课程。

● 学情分析

本节课的授课对象是高中一年级的学生，刚进入中学的他们渴求在新的环境中得到新的知识，对各学科抱有新奇感，尤其是编程这一新兴又有挑战的学科，相对其他学科具有一定的特殊性。在实施教学前，学生熟悉了输入输出、第三方库等Python基础知识点，理解了人脸检测的过程，能够使用OpenCV模块编程实现人脸检测。

● 教学目标

知识与技能目标：知道OpenCV模块的含义，了解替换图片并进行标注的实现过程。能使用OpenCV模块编程实现替换检测的图像并进行人脸标注。

过程与方法目标：通过回顾计算机找到人脸的过程，对应程序找出读取图像代码，替换图像路径即可替换检测图像。通过教师讲解新知，实操修改线框的颜色和粗细。

情感态度与价值观目标：体验利用人工智能技术解决问题带来的乐趣，形成正确对待人工智能技术的意识。

● 教学环境与准备

人工智能系列课程采用混合式学习的教学方式。本课分为理论讲授和项目实践两部分，理论讲授环节的授课地点在高清录播教室，项目实践环节的授课地点在计算机机房。机房计算机搭建了人工智能系列课程的专用平台，用以实现代码的编译、结果的呈现。

混合式学习环境是基于混合式学习开展信息学人工智能模块活动的基础和保障，本系列课程中混合式学习环境包括网络学习资源、互动交流软件、面授学习环境等。

网络学习资源主要包括讲义、任务单、在线题目等，网络学习资源的设计应注意：其一，资源的多态性，即可设计文字、视频、图片等多种类型的资源以适用不同学习特性的学习者使用；其二，资源的交互性，提倡学习资源的设计要关注资源与学习者之间的交互；其三，资源的探索性，在学习资源中切不可直接呈现答案，要引导学生在探索的过程中开展学习，以发现式学习、探究性学习为佳；其四，资源的明确性，资源使用的时机与方式要明确地告知学生，利于提升学生学习效率。

互动交流软件在混合式学习过程中主要发挥互动交流、展示表达等功能，师生之间可利用QQ、腾讯会议等软件进行沟通，也可通过博客等平台发表展示自己的作品，还可通在线社区等平台与异地的学习者进行交流。

面授学习环境是指在线下学习环境中，学生与教师面对面开展的学习活动。在此环境下开展的教学活动应充分发挥面授教学的优势，注重对学生学习疑惑问题的解答、对学生学习状态的分析、对学生学习情感的解读。

● 教学过程

1.优美诗文，情境导入

师：大家一起看屏幕，有谁知道“人面不知何处去”的下一句是什么？

生：桃花依旧笑春风。

师：大千世界有千百万张面孔，请观察课件里的三张图片，你们是否都能通过观察图片，快速说出其中人脸的数量。

学生观察图片，教师预估，学生可以快速说出单个及少数人脸图片中的人脸数量，而百人合照的图片学生无法迅速说出数量。

设计意图：导入部分采取了快问快答的游戏，让学生在视觉冲击和头脑风暴下思考机器进行人脸检测的意义及优势，引导学生类比人眼检测人脸的过程，讨论探究计算机检测人脸的过程。

2.探究活动，认知原理

活动一：思考人工智能人脸检测技术的优势

师：基于刚刚的活动，请同学们思考一下，计算机识别人脸图片的优势在哪里呢？

学生讨论计算机识别人脸图片的优势。

生：计算机更擅长于识别人脸数量众多的图片，识别速度快，准确率高等。

活动二：总结人眼看到人脸的过程

师：了解了计算机识别人脸的优势，我们接着思考一下类比于人眼识别人脸的图片。计算机识别人脸图片的过程是什么呢？请同学们依据课件里总结的人眼识别人脸的图片的过程—看到图像→判断图像中是否有人脸→知道有多少人脸、分别在哪里，思考问题：对于机器来说，它是怎么找到人脸，实现人脸检测的？

学生类比人眼识别的计算机识别过程。

生：读取图片→定位人脸→框选人脸。

活动三：体验人脸检测程序

体验人脸检测程序，找到人脸并将人脸进行框选。

（1）体验人脸检测程序，找到人脸并将人脸框出来。

在教师下发学习资源包，给予部分程序代码示意后，学生根据自身Python基础，进行上机实践操作。

（2）在代码运行完成后，教师请学生判断，在计算机找到人脸的过程中，每个步骤都对应一个程序模块。

设计意图：运用问答法引导学生循序渐进思考，下发资源文件给予学生类比的模板，激发学生探究意识。教师协助学生完成代码的编译，通过引导学生分析计算机检测人脸的每个步骤所对应的程序模块，加深学生对代码的理解和原理的认知。

3.做中学练，验证时效

活动四：替换检测图片，体验程序的准确度变化

师：在编译完人脸检测程序后，为确保程序的合理准确，我们应如何进行程序准确度的检测？

生：可以替换多张图片，观察是否都能准确进行识别。

师：对比人脸检测程序，说一说每个步骤对应的程序模块，更换图片需要调整哪部分的程序？

生：想要替换检测图片，更换图片路径即可。

教师演示更换图片路径的操作，讲解OpenCV库中读取图像的函数：imread(图像路径)。

学生上机操作，替换检测图片，体验程序的准确度变化。

活动五：修改线框的颜色和粗细，体验程序框选结果的变化

师：在你们的操作中出现人脸面部被遮挡，或标注位置不清晰的情况，应当如何解决？

学生小组探讨，给出答案：修改线框的颜色和粗细。

师：阅读程序，说说看哪行代码可以设置线框的颜色和粗细？

学生找出对应的程序模块，预估他们知道模块位置，但是不了解模块具体含义。

师：（讲解绘制线框这行代码里参数所代表的意思）请你们思考，为什么（0，255，0）表示绿色？请查阅学习资源包思考回答。

学生学习RGB色彩模式。上机操作，修改线框的颜色和粗细，体验程序结果的变化。

设计意图：以问题为导向，指导学生编译人脸检测的代码，抛出如何进行代码准确度的测试的问题，通过小组讨论激发思考，收集图片测试中出现的问题，引导学生自主思考，在实践中自我提问自我回答。

4.分享总结，课后迭代

师：请整理学习任务单上你们记录的问题和探索的解决措施，分组进行汇报总结。

学生描述在替换检测图片和修改线框的颜色和粗细中遇到的问题。

师：在大家汇报的问题中，其中一部分通过今天的学习你们已经找到了解决的办法。那其他诸如在操作中出现了模糊人脸被识别、漫画人脸未识别、多个人脸漏识别的情况，又应当如何解决？

生：应该精化算法，提高程序的准确度（小组探讨）。

师：目前，我们学习的算法比较简单，所以无法全部解决当下同学们发现的问题，从大家的总结中也能看出，目前人工智能技术在人脸检测上还存在诸多问题，请大家思考总结一下，人工智能技术在人脸检测上的优劣势分别是什么？作为学生，我们能为人工智能技术发展、为社会生活更加便捷高效做些什么？将思考结果记录在任务学习单上。

设计意图：引导学生在问题中进行反思和总结，在实践中自我提升，在智能系统的体验中感受人工智能的巨大价值，使其能客观认识人脸识别技术发展对社会的影响。

● 教学反思

1.重组教材，激发兴趣

学生正处于学习Python的初级阶段，对知识的趣味性比较敏感。在教授该阶段的学生时，更应该注意教材的梯度问题，合理进行顺序的调动和整合。

2.针对学情，化繁为简

在人脸检测程序学习初期，大段代码带来的知识难度可能过大，应当根据学生学情，进行程序拆解，分模块和步骤进行顺序讲解，最后合成整段代码，这样既能避免学生一开始受大量知识冲击而产生无力感，也能让学生在一步一步的学习中体验知识的积累。

3.把控时间，合理安排

在时间的安排上，最后对学案上的课后巩固没有与学生一起进行学习、交流，只能留为作业，下节课进行讲解讨论。对于这样的安排后面需要进行改进，尽量让学生能当堂完成学案。