资源简介

神奇的门禁系统——走进人脸识别
教材分析
本课是基于MagicLite机械臂硬件、DOBOT LAB平台软件开发的课程。在这之前，学生已经系统学习了机械臂的操作、控制，AI模块的语音、图像识别等部分。本堂课旨在让学生了解机器人脸识别的原理，并能够根据原理，制作出刷脸开门系统，解决生活问题。
二、学生分析
本课学习对象为五年级的学生，学习本课要建立在前几节课：机械臂的运动、个别AI板块（语音、图像等）的使用等课程的基础之上。学生还要掌握好控制、侦测、运算、事件、运动等模块的综合使用方法。
本课通过创设帮助AI实验室设计刷脸开门系统的情境，激发学生对人脸识别的兴趣，引导学生能够通过自主探究，学会对任务进行分析，综合运用多种AI模块，解决问题。五年级的学生好奇心强，并且有一定的编程基础及计算机操作能力，大部分学生能够跟着教材去尝试完成任务，实现人脸识别功能。从而让全体学生体会到自主探究的快乐和满足感。
三、教学目标
1、知识与技能
（1）了解人脸识别的工作原理。
（2）掌握如何利用摄像头，建立人脸信息库；运用编程，实现进入AI实验室赋予。
（3）掌握如何进行条件判断，控制机械臂运动。
2、过程与方法
（1）通过学案等材料自主学习人脸识别的概念，完成相关的内容填空。
（2）让学生能够通过人与人工智能的类比，掌握人工智能人脸识别的工作原理。
（3）让学生通过分析、编程、实践三个步骤，掌握如何制作刷脸开门系统。
3、情感、态度与价值观
（1）通过小组合作学习，共同设计出刷脸开门系统，培养学生的团队合作意识。
（2）通过根据学习单自主学习等环节，培养学生的自主学习能力。
四、教学重难点
重点：了解人脸识别的工作原理。
难点：结合人脸识别工作原理，设计出刷脸开门系统。
五、教学准备
准备PPT、教案，MagicLite机械臂、DOBOT LAB平台。
教学过程
教 学 环 节 教 师 活 动 学 生 活 动 设 计 意 图
游 戏 导 入 导 入 课 题 师：在我们学校的五楼，有一个神秘的教室，里面有着各种各样的机器人以及VR设备，为了方便管理，想邀请大家设计一个“刷脸开门系统”，大家也将成为第一批受邀参观的客人来到我们这个教室。 教师模拟最终成果。 师：那设计这个系统，需要一个什么技术呢？ 生：人脸识别技术。 认真聆听，积极响应。 让学生通过解决生活中的问题，由此激发兴趣。
工 作 原 理 1、小游戏：找一找 邀请三位同学上台，屏幕展示其中一个同学的眼、鼻、嘴，让同学们找出是其中哪一位同学的。 师：你们是怎么得出结论的呢？ 生：特征！他们有着一样的眼睛、鼻子、嘴巴！ 梳理人去做人脸识别的过程 师：那你们是用身体的什么部位去发现人脸的特征的呢？ 生：眼睛！ 师：那现在大家认为，我们就是通过眼睛看，找到特征，就得到结果了对吗？ 生：是的！ 师：其实大家还忽略了一个环节，大家在日常生活中，看了很多人脸，已经在脑海中创建了一个庞大的记忆库了。我们刚才在识别的时候呢，还做了一件事，就是将我们用眼睛看到的特征，与记忆库中的进行了对比，才得到了结果。 通过类比，了解机器人脸识别的过程 师：人工智能就是机器模仿人类的行为，请大家根据刚才总结出来的流程以及概念介绍，填写学习单人脸识别的过程。 积极思考、回答问题 根据学习单，进行自主学习。 通过小游戏的方式，让学生产生兴趣，引出“特征”这个关键词。 让学生能够了解人类识别人脸的过程，同时为后面类比机器的人脸识别打下铺垫。 让学生能够自主思考，补充流程。
任 务 驱 动 习 得 新 知 任务一：建立人脸信息库 师：就如同我们日常生活中观察人脸，把他们的特征存在大脑记忆库中一样，我们也要给机器一个存储人脸特征的“人脸信息库”。 师：那我们应该怎么利用AI人脸识别模块中的“编辑人脸数据”，来完成信息库的建立呢？请大家根据老师的提示以及学习单，完成这个任务。 教师巡堂指导，发现个别问题及时解答。 师：请一位小老师来演示一下。 师：你是怎么完成的呢？可以边进行演示边讲解吗？（学生若讲的不够完整，由老师进行总结补充：“训练模型”是什么意思呢？） 演示 讲解 让学生能够根据脑袋中的记忆库，类比到人脸信息库，加深学生对任务的理解。 学生演示 学生讲解，加深学生印象和理解。
任 务 驱 动 习 得 新 知 任务二：摄像头采集人脸特征 师：我们刚才说，人类如果想认出一个人，都是用眼睛发现人脸的特征。那机器想要识别一张人脸，也得用它的“眼睛”，去发现特征，我们可以用电脑的什么设备去做他的眼睛呢？ 生：摄像头！ 师：好的，那我们现在就来尝试根据导学单和提示，让摄像头能够收集到人脸特征。 教师巡堂指导，发现个别问题及时解答。 学生完成脚本如下： 师：请一位小老师来演示一下。可以边进行演示边讲解吗？（学生若讲的不够完整，由老师进行问题引导：为什么我们要在“倒计时x秒自动拍照”的外面添加“重复执行”这个模块呢？） 认真思考 学生完成。 让学生加深机器的摄像头就是人类的眼睛这个意识，让学生知道摄像头可以用来收集人脸特征。 强调重复执行的重要性。
任 务 驱 动 习 得 新 知 任务三：让有权限的同学进入实验室 师：现在我们的摄像头已经可以采集到大家人脸的特征了，那我们现在就要给予在座的大家权限，进入我们的AI实验室参观了。请大家根据学习清单和提示，完成该任务。 教师巡堂指导，发现个别问题及时解答。 学生完成脚本如下： 师：请一位小老师来演示一下。可以边进行演示边讲解吗？（学生若讲不能够讲解模块含义，由老师进行问题引导：“人脸识别 图片 的名字”是什么意思呢？；“字符串...是否包含‘名字’”又是什么意思呢？） 学生实践，操作完成。 “人脸识别 图片 的名字”就是机器在识别收集到的人脸特征，并返回一个结果（名字）；“字符串...是否包含‘名字’”与“如果...那么...”结合在一起用，就是在做条件判断。 实现目标效果。 让学生能够将前面所讲的人脸识别工作原理步骤，与程序一一对应，理解程序含义。
展 示 成 果 邀请学生在自己座位上，展示他们的刷脸开门系统。 展示成果。 为了让学生在本次任务中收获成就感。
知 识 小 结 对本节课所授内容进行总结归纳，将程序模块与流程一一对应，加深学生的理解。 认真倾听。 培养及时梳理、归纳知识点的习惯。

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