资源简介

初识人工智能
--拯救小鸟-图像识别技术初体验
一、设计思想
信息技术飞速发展，人工智能迅速崛起，它的发展将深刻改变人类社会生活、改变世界。未来是人工智能的时代，随着全球各国对人工智能的重视，人工智能已上升到国家战略，人工智能教育更要从“娃娃”抓起。而编程作为人类与计算机沟通的工具，是未来必备的能力之一，世界各国已经将编程教育作为基础学科。
本课使用的人工智能套件支持图形化编程，可以实现基础的AI需求，制作视觉识别或语音识别的简单应用，适用于青少年的编程教育和人工智能教育，打开智能世界。
本课是以生活中会遇到的问题作为问题解决的对象，通过具体问题-具体分析-逐个解决的形式贯穿整堂课，使用基于问题解决的教学方法，引导学生思考，借助网络教学平台（腾讯青少年人工智能学习平台）进行自主学习，体验人工智能的视觉识别技术并通过编程完成智能灭鼠屋的制作，解决“拯救小鸟”的问题，并对人工智能应用进行畅想。通过这样的课程逐步培养学生的观察能力以及获取信息、处理信息和应用信息的能力，从而提升学生的计算思维和创新思维。
二、教材分析
《新一代人工智能发展规划》针对我国人工智能教育的现状提出了明确而具体的要求，指出：目前人工智能已经成为国际竞争的新焦点，应该逐步开展全民智能教育项目，在中小学阶段要设置人工智能相关课程、逐步推广编程教育、建设人工智能学科，培养复合型人才，形成我国人工智能人才高地。这一要求表明，人工智能的发展已是大势所趋，未来所有行业都将随着人工智能的发展带来不断的升级与变革，中小学生教育必须紧跟时代潮流，这也是整个世界未来发展趋向的根本要求。
本节课主要内容是，基于真实的生活情境，以应用人工智能拯救误食老鼠药的小鸟为主线。课中以游戏闯关的形式进行，设置三个学习任务，从理论到实践应用，逐一突破：
1. 初步了解图像识别技术的实现过程；
2. 通过编程调用物体识别模型，实现物体识别的功能；
3. 使用条件判断语句对识别结果进行判断，体验图像识别技术的应用。
三、学生分析
（一）学生的心理特征
本节课的教学对象是小学五年级的学生，他们思维活跃，好奇自信，但自控能力欠缺。而信息技术教学活动要求学生要有较高的自觉性和良好的学习习惯，才能完成规定的学习任务。
本课例在学生利用腾讯青少年人工智能学习平台进行自主学习、合作探究。在创作的过程中，教师通过巡视、指导、调控课堂秩序的方式来帮助学生完成学习任务，目的是在教学过程中既注意培养学生的意志品格，又注意训练学生的行为习惯，增强学生自主学习、合作学习、勇于创新、不懈探究的学习意识。当然，这都是长期、系统而细致的工作。
（二）学生现有的知识结构
小学五年级的学生，他们具备操作计算机的一般技能、一定的自学能力和图形化编程基础，能以小组合作的方式完成具有创意的任务。本课是“人工智能——视觉识别技术”人工智能应用课，对于已经具备以上技能的高年级学生来说，学习本课内容难度适中。
（三）学生的认知规律
小学五年级学生的学习认知规律是：由表及里，由感性到理性，由具体到抽象，由理解到应用。本课的教学内容中，第一步是借助腾讯青少年人工智能学习平台（下文称学习平台），小组合作探究人工智能和图像识别的相关理论知识并完成在线互动问答；第二步是根据学习平台中的知识锦囊，将所需的硬件组装并连接到电脑，补充完整程序再运行到设备中，使硬件具备识别物体的功能；第三步借助学习平台，继续完善程序，实现条件判断的功能，即识别到小鸟的时候作出转动舵机的反应；第四步，组织学生讨论如何进一步完善灭鼠屋的功能，启发学生对人工智能和图像识别技术创造性应用的思考，逐步培养学生的创新意识；整个探究过程学生需要借助腾讯青少年人工智能学习平台指导、教师点拨，逐步了解、直至掌握。
四、核心素养下的课堂教学目标
（1）信息意识：
带着好奇心利用腾讯青少年人工智能学习平台进行自主学习，初步了解图像识别、人工神经网络、机器学习等人工智能相关知识，感受到当前人工智能的魅力。
（2）计算思维：
借助程序流程图，正确理解条件判断的程序结构，实现识别到小鸟的时候作出合适的反应，避免小鸟误食老鼠药，进而逐步培养计算思维。
通过打比方的方式，理解变量和变量名及其在程序中的作用，学会给变量赋值。
（3）数字化学习与创新：
通过编程调用AI模块中的物体识别模型，体验人工智能中物体识别的应用场景，感受人工智能的魅力。
通过组织学生讨论如何进一步完善灭鼠屋的功能，启发对人工智能和图像识别技术创造性应用的思考，逐步培养学生的创新意识。
（4）信息社会责任：
以角色扮演的形式进行小组合作探究学习，小组成员各司其职、紧密合作，体验团队合作的乐趣。
根据求助信的需求，跟小组成员探索如何应用人工智能改良灭鼠屋，逐步培养良好的科技应用观和社会责任感。
五、教学重难点
（一）教学重点：
1.利用学习平台进行自主学习，初步了解图像识别、人工神经网络、机器学习等人工智能相关知识，感受到当前人工智能的魅力。
2.通过编程调用AI模块中的物体识别模型，体验人工智能中物体识别的应用场景，感受人工智能的魅力。
（二）教学难点：
1.借助程序流程图，学会条件判断语句的嵌套使用，让灭鼠屋实现识别到小鸟就驱动舵机，实施驱赶小鸟的功能，进而逐步培养计算思维。
六、教学策略与手段
以问题的提出和对任务的解决为主线，以腾讯青少年人工智能学习平台为学习资源辅助，采用探究式学习、体验式学习和小组合作学习法实现课堂教学的过程。
七、课前准备
（一）教学环境的选择
本课例选择在多媒体网络计算机室进行教学活动。
（二）硬件资源的选择
Cocorobo AI套件、识别卡片、舵机等。
（三）软件资源的选择极速浏览器
教学资源：腾讯扣叮（编写程序）、腾讯青少年人工智能学习平台（获取闯关学习资源）、极域多媒体教室
八、课时设计
本课例的课时设计为1课时（40分钟）。
九、教学过程设计
环节 教师活动 学生活动 设计意图
课前准备 根据机房电脑分布特点以及每位学生自身长处引导学生选择合适的角色，如组长、科学家、工程师、设计师、记录员等。 组长：协调组员紧密合作、维持小组纪律 科学家：按照小组设计的产品功能，理清程序的逻辑思路，通过图形化编程实现需求 工程师：根据作品的设计，选取适合的材料，完成硬件的搭建，确保作品的物理结构牢固耐用、贴合实际 设计师：主要负责设计作品的外观、功能等 记录员：记录小组内各位成员的学习情况，以及学习过程中的关键知识 以小组为单位进行闯关比拼。（出示规则） 在教师引导下，学生选择扮演不同的角色，体验不同的工作，互帮互助，共同合作，完成项目。 保证学生可以人人参与、发挥个人特长、组内协作和顺利进行组间竞争。
环节 教师活动 学生活动 设计意图
激趣导入 （3分钟） 今天，老师收到了一封来自网友的电子邮件：你们好！近来我们小区发现了很多误食老鼠药而无辜丧命的小鸟，特请你们帮忙利用高科技手段，拯救可爱的小鸟！你们敢接受整个挑战吗？ （播放视频） 板书课题：《拯救小鸟》 小鸟太可怜啦！我们快想想办法救救它吧！ 可是我们怎么知道小鸟靠近灭鼠屋去偷吃了呢？ 我们派一个人在那里守着，看见小鸟想要过来偷吃，咱们就把小鸟赶走！同学们觉得这个方案怎么样？（太浪费人力了。） 能否有个像人一样的机器人可以帮助我们去做这件事情呢？答案是肯定的！我们可以借助人工智能的应用实现，解放劳动力。 回答问题 学生发表自己的看法，与教师互动 了解游戏规则，积极回答问题 1.创设情境，激发学生的学习兴趣。从现实问题出发，引导学生进行思考。 2.通过问答，引出人工智能技术的应用。 3.介绍本节课的游戏规则，鼓励学生积极思考，更好的进行小组合作完成学习任务，在游戏中完成学习。
环节 教师活动 学生活动 设计意图
一探究竟 （8分钟） 第一关：一探究竟（了解图像识别） 第二关：看见小鸟（调用物体识别模型） 第三关：拯救小鸟（条件判断） 接下来，我们通过闯关游戏，对人工智能和图像识别技术“一探究竟”，解开他们的神秘面纱。 同学们，你们准备好了吗？ 请看第一关：请同学们以小组为单位，从“一探究竟”中进行自主学习，了解人工智能中图像识别的原理，并完成在线互动作业，能用自己的话谈谈对人工智能的理解以及图像识别的过程。 任务限时5分钟【时间到，音乐停】 邀请学生举例分享（1分钟） 小结：（2分钟） 明确学习目标，进入教学主题。 学生通过闯关一（腾讯青少年人工智能学习平台1），自学了解初步了解人工智能中的图像分类识别，并能用自己的话举例类比。 1.腾讯青少年人工智能学习平台辅助教学，培养学生获取信息的能力和观察能力。 2.通过微课视频简单解释人工智能的如何实现识别物体，让学生初步了解人工智能中的图像分类识别。 3.通过观看视频时候的互动答题，以生活实例类比，让学生更好的了解人工智能图像分类识别的过程。
环节 教师活动 学生活动 设计意图
看见小鸟 （9分钟） 布置第二关：请同学们以小组为单位，从“看见小鸟”中进行自主学习。 根据腾讯青少年人工智能学习平台的内容，通过编程使LCD屏幕显示出摄像头拍到的画面的同时显示识别物体的名称，使智能灭鼠屋能“看见小鸟”。 任务限时5分钟【时间到，音乐停】 提问： 小结：（3分钟） 与上一关一探究竟的知识相呼应，对程序进行分析。（流程图） 根据点拨，修正程序（1分钟） 1.专心听讲现在出现的问题，思考问题该如何解决，师生互动。 2.学生通过闯关二（腾讯青少年人工智能学习平台2），自主学习如何将硬件连接到电脑，并把程序补充完成使屏幕模块显示出识别物体的名称和置信度。 3.学生抢答，为小组加分。 1.思考解决问题的方法，培养学生解决问题的能力。 2.通过主题网站学习，初步了解神经网络学习，培养学生的获取信息、处理信息的能力，同时感受人工智能的魅力。 3.通过编程、运行到设备，实现屏幕显示识别到的物体及其名称、置信度，体验计算机视觉识别技术的强大。
环节 教师活动 学生活动 设计意图
拯救小鸟 （11分钟） 通过前两关我们认识了图像识别的原理以及让硬件识别到了小鸟，事不宜迟，我们马上开始拯救小鸟！ 布置闯关三：请同学们以小组为单位，在“第三关：拯救小鸟”作业中进行自主探究学习。 根据腾讯青少年人工智能学习平台作业中的提示内容，通过编程使硬件能够识别出小鸟，同时驱动舵机转动作出相应的反应，驱赶小鸟。【限时7分钟】 时间到，请各小组派代表进行分享。 小结：（3分钟） 针对学生分享的情况，进行点拨，帮助学生梳理出几种具有代表性的情况，生成对应的各个小组的任务。 小组成员之间相互合作完成任务 学生通过闯关三（腾讯青少年人工智能学习平台3），自主学习如何通过编程使硬件再检测到小鸟的时候控制舵机输出设备作出响应。 积极讨论，畅所欲言发表见解。 1.培养学生分析问题、解决问题和实际操作能力以及小组合作精神。 2.通过小组合作完成讨论，培养学生解决问题的逻辑力，逐步培养创新思维。
畅所欲言 （3分钟） 恭喜各位同学闯关成功！今天的拯救小鸟挑战取得圆满成功，有赖于项目组里每一个同学的用心和积极学习，把热烈的掌声送给自己。 同学们发挥你们的想象力，像今天我们学习的图像分类识别技术能给我们的生活带来什么便利？或灭鼠屋还有什么需要完善？一定要用人工智能吗？人工智能可以帮我们解决什么样的问题？谈谈本节课你的收获。 学生认真思考、回答问题。 为后续课程的开展做铺垫。 鼓励学生开动脑筋，发散思维，用于表达自己的想法，提升学生创新思维。
大开眼界 （3分钟） 给学生分享人工智能里计算机视觉更多的经典应用：图像识别、图像检测、图像分割。计算机视觉主要分成：图像分类识别、目标检测、图像分割，本节课应用的是图像分类技术。 学生观看视频 激发学生的学习热情，开拓视野，提升学生的创新思维。
自我评价 （1分钟） 请同学们打开腾讯青少年人工智能学习平台“自我评价”，根据自己本节课的表现进行评分。 学生根据自己学习情况，完成自我评价。 发挥评价的引领、激励作用，增强学生学习信心。
十、教学思路图设计
图符说明
十一、评价量规表
项目 A等级 B等级 C等级 自我评价 同学评价 教师评价
认真 上课认真听讲、任务认真完成，参与讨论态度认真 上课能认真听讲、任务能在规定时间内完成，有参与讨论 上课无心听讲，经常没有完成学习任务，极少参与讨论
积极 积极举手发言，积极参与讨论与交流，积极从学习网站获取有用的信息 能举手发言，有参与讨论与交流，有使用学习网站获取有用的信息 很少举手，极少参与讨论与交流，没有利用学习网站的资源
自信 大胆提出与别人不同的意见，大胆尝试并表发自己的想法 有提出自己的不同看法，并作出尝试 不敢提出和别人不同的意见，不敢尝试和表达自己的想法
善于合作 善于与人合作，虚心听取别人的意见 能与人合作，能接受别人的意见 缺乏与人合作的精神，很难听进别人的意见
思维的条理性 能有条理地表达自己的意见，解决问题的过程清楚，做事有计划 能表达自己的意见，有解决问题的能力，但条理性欠缺 不能准确表达自己的意思，做事缺乏计划性、条理性，不能独立解决问题
思维的创造性 具有创造性思维，能有不同的方法解决问题，独立思考 能用老师提示的方法解决问题，有一定的思考能力和创造力 思考能力差，缺乏创造性，不能独立解决问题
十二、板书设计
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