小学人工智能体验课堂实施的思路

王玉慧

［摘要］ 人工智能是研究和开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学，在小学信息科技课程中引入人工智能技术教学具有很强的现实意义。本文以“探索人脸解锁”项目为例，对小学人工智能体验课程进行分析与探究，总结出创设情境，体验人脸识别技术；分解学习任务，促进深层次理解的课程实施思路，既能让学生了解人工智能的相关知识，又能培养学生分析、解决问题的能力，提高信息素养。

［关键词］ 人工智能；信息科技课程；人脸识别技术

在数字中国背景下，人工智能技术被社会各界所关注。《义务教育信息科技课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）也将人工智能纳入了第四阶段（7-9年级）的内容模块中。事实上，在小学信息科技课程中开展人工智能技术教学的实践相对较少。基于此，本文以日常生活中的人脸识别解锁手机为启发，设计了“探索人脸解锁”这一学习项目，让学生在体验人工智能技术解决问题的过程中，提高信息科技学科核心素养。

一、研读新课标，寻找教学创新点

新课标指出，要通过身边的人工智能应用场景，引导学生正确认识人工智能，并在实际应用的体验中體会人工智能带来的社会变化和安全挑战。根据南京市南湖第二小学六年级学生的学情和新课标的具体要求，笔者选择了“探索人脸解锁”项目作为初探人工智能的教学方向，借助现有“悟空机器人”设备开展教学，在体验中激发学生的学习兴趣与探究欲望。本节课的主要目标是了解人脸识别技术原理及使用方法，能够编写简单的程序，实现解锁手机，并能通过点击“音乐”按键实现播放音乐的功能。本课的教学对象是小学六年级学生，他们对人脸识别技术有浅显的认识，但对其机理的理解则相对不足。因此，本课的目的是让学生亲身体验人脸识别技术的应用给我们的生活带来的便利，在讨论、实践与想象中自主探索，获取新知。

二、探寻新方法，突破教学重难点

本节课的教学重难点是了解人脸识别技术原理及使用方法，编写程序制作一个具备人脸识别解锁功能的智能手机。本课因为涉及一些专业知识的理解与应用，所以在教学设计中教师不仅要关注学生现有的认知水平，也要将学习任务进行分解，便于学生进一步探究人脸识别技术并加以运用，具体实施呈现如下。

1.创设情境，体验人脸识别技术

人脸识别技术在日常生活中已经有了大量的应用。在课前的交流讨论中，大部分学生能够说出解锁手机、解锁门禁、刷脸付款等生活场景。那么，接下来就是要与本节课的知识进行关联，从而激发学生的学习兴趣。这里，笔者采用的是加入“悟空机器人”模拟场景：老师与机器人打招呼，它可以识别出人脸，并能说出具体的人物信息。但当你们和它打招呼的时候，它并不能认出。由此，引出机器人在课前已经“认识”了老师，个人信息已被录入，所以才能够打招呼，继而引出今天的学习主题——人脸解锁。

“人工智能”模块的学习相比之前的信息科技课程，不论是知识体系还是课堂组织方式都有了很大的变化。那么，教师在进行课程设计时就更要以学生的实际生活情境出发，设计有趣的教学实践活动，激发学生的学习兴趣和操作热情，让他们能够借助这些设备来具身体验人工智能技术。

正如上文对场景模拟的描述：需要同学们去了解人脸识别技术原理，探究“悟空机器人”的人脸识别功能，体验人脸识别技术的流程。如果仅通过教师的语言讲解，则很难讲清楚人脸识别的原理。对此，我们通过创设“悟空认不认识你”这样一个情境，让学生操作机器人的高清摄像头识别自己、认识自己，从中体验人脸识别技术从登记到识别的流程。这样的体验过程让学生的兴致都很高，每个人都想试着让机器人能够认识自己。经过这样的切身体验，学生都能够清楚地感知在整个过程中通过各个角度的人脸录入，可以识别到自己，且不同的人对应不同的提示。

2.分解学习任务，促进深层次理解

要想把握好人工智能课程的核心——算法和程序，宜采用小学生能够理解的形式去呈现这样的知识，而不仅仅是图一个新鲜、好玩。那么，对于在此过程中的知识讲解环节，我们可以借助流程图、视频等学习资源，帮助学生搭建合适的脚本，教学设计如下。

首先，我们请同学们观看老师是怎么解锁的，以及让机器人播放出音乐的过程。然后，我们就可以尝试分析，要想实现这样的功能需要满足什么样的条件。在进行“人脸解锁手机，打开应用”这一环节前，教师可以提出几个问题来引导学生：一开始手机呈现出的是什么画面？什么时候它会进入主屏幕？那你会用人脸来解锁手机吗？为什么它可以打开手机？用这个方法解锁手机的过程又是什么？解锁后又该如何来听音乐？通过一连串的问题促进学生思考，让他们在脑海中梳理解锁手机的流程。学生将上述操作的顺序连起来，便可以梳理出解锁手机的整个过程。在若干个问题支架的帮助下，学生一步步理解操作流程，有效降低了操作难度。

在教学实操环节，教师可以引导学生先去分析角色的动作，再编写程序，最后调试程序，完成脚本的搭建。在此，我们可以借助流程图，让学生先对编程的整个过程有一个整体的认识。接着，再用程序语言表示出来。鉴于六年级学生在五年级上学期已经学习过Scratch的相关课程，对于脚本的搭建也都很熟悉。有了这样的基础，学生就能更快地理解和调用各模块的控件，既提升了课堂教学效率，又能促进知识迁移。

三、体验新事物，提高信息核心素养

本课是人工智能体验课，根据教学内容和教学实践发现，本节课的教学目标是学生能够使用程序设计为“智能手机”编写功能代码，实现“人脸解锁”与“按键”功能。新课标强调学生能够体会这些应用给学习和生活带来的便利，感受技术对社会的深刻影响。笔者设计“制作智能手机”活动，课堂中分组完成任务，让每位学生都尽可能参与到活动中来。最后的拓展探究中，笔者借助学习单，指出“悟空”的“人脸识别技术”不仅能识别出“你是谁”，还有一些其他功能，如性别的识别、手势的识别、静态物品的种类识别等。根据学习单的提示，选择一个程序完成。能力较强的小组可以选择多项任务完成。有效的学习过程既离不开小组成员的通力协作，也离不开个体的独立思考。本课的延伸设计中既有小组合作探究解锁手机的过程，也有需要独立思考的拓展创新任务。各个教学环节环环相扣，借助一些“小支架”激发学生的思维，如问题、流程图、微课视频等。整节课由一个个小任务逐渐推进学习进度，促进学生在完成任务过程中了解、体会“人脸识别”技术的原理、过程及应用。

［本文系南京市教育科学“十四五”规划2021年度重点课题“指向学业过程优化的个性化理学行动研究”（批准号：LZD/2021/38）研究成果］

［参考文献］

［1］王雯靖，孙洋.人工智能技术在中小学教育中的应用前景分析[J].学园，2020，13（25）.

［2］李柏翰，吴良辉.2022年版义务教育信息科技课程标准解读与教学建议[J].中小学班主任，2022（16）.

［3］许明伟.基于问题解决发展计算思维的小学人工智能课程实践——以“探索有趣的人脸识别”项目为例[J].中国信息技术教育，2022（17）.