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五级上册信息技术教学设计
课题 第2节《机器识别你我他》 单元 三单元 学科 信息技术 年级 五年级
学习 目标 【核心素养】 （一）信息意识 通过“运动会检录慢、志愿者认不出运动员”的情境，学生能认识到人脸识别等人工智能技术能在生活中帮助人解决问题。能意识到机器认脸和我们认物有相似的逻辑，初步建立“技术源于生活又服务于生活”的信息意识。 （二）计算思维 通过“认叶子”活动，理解“特征”的含义，明白人脸识别通过记住不同人脸的“特征”来区分不同人脸。能梳理人脸识别算法“初始化—采集数据—识别判断”的过程，并与人类识别的“收集信息—特征提取—识别判断”过程进行对比，体会算法模拟人类思维的特点。 （三）数字化学习与创新 能认识复杂算法被封装成“模块”、像“积木”一样组合使用的编程思想，知道用户只需知道功能和使用方法就能解决问题。能尝试把“搭积木”的模块化思维迁移到其他算法与生活问题的解决中，发展数字化应用与创新意识。 （四）信息社会责任 在探究“影响人脸识别成功率因素”的实验中，养成严谨求实、用数据说话的科学态度。了解人脸识别在生活中的广泛应用及其局限，树立合理使用、谨慎保护个人信息（尤其是面部特征）的责任意识，做懂技术、善用技术、会保护自己的数字公民。 【教学目标】 1．知识与技能：理解“特征”的含义，知道人脸识别通过特征区分不同人脸；能说出人脸识别算法“初始化—采集数据—识别判断”的基本过程；能对比人类与计算机识别过程（收集信息、特征提取、识别判断）的异同；理解模块化“搭积木”的编程思想。 2．过程与方法：经历“认叶子—析特征—拆解三步曲—人机对比—模块应用—实验探究”的完整探究过程；在观察、讨论、对比、实验中学会抽象算法、总结规律，用实验数据支撑判断。 3．情感态度与价值观：感受人工智能模拟人类思维的奇妙，保持对算法学习的兴趣；养成严谨求实、用数据说话的科学态度；树立保护面部特征等个人信息的责任意识。
重点 理解“特征”的含义，知道人脸识别通过记住人脸特征区分不同人脸；掌握人脸识别算法“初始化—采集数据—识别判断”的基本过程，并能与人识别物体的过程进行对比。
难点 从“人认叶子”的具象经验抽象出“特征”与算法过程的概念，理解人脸识别算法如何模拟人类识别过程；理解模块化“搭积木”思想，即用户只需会用、不必理解算法内部原理；认识影响人脸识别成功率的多种因素，养成用实验数据判断的意识。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
教学设计 教学设计 教学设计 （一）新课导入（约5分钟） 【环节一：检录处的“长龙”】 师：同学们，运动会报名啦！可是，欢欢在检录处却发现了一个大麻烦——检录处排起了长长的队伍，负责检录的志愿者累得满头大汗，因为他们不认识眼前的小运动员，只能一个一个名字地喊：“你是张明明吗？你是李小红吗？”喊了老半天，队伍却越排越长。 师：欢欢看在眼里，急在心里，他忽然灵光一闪：“要是有一个机器，能一眼就认出每个人是谁，那该多好呀！”同学们，你们有什么好办法吗？ 生：用人脸识别！刷脸就能认出来！ 师：真聪明！今天，我们就和欢欢一起，探索“机器是怎样认出你我他”的奥秘——人脸识别算法！ 设计意图：以“检录排长队”的情境衔接单元故事线，制造问题缺口，激发学生对“机器怎么认人”的好奇心，自然引出人脸识别主题。 （二）新课讲授（约22分钟） 本环节共安排四个层层递进的学习任务：认叶子悟特征→拆解三步曲→人机大对比→积木魔法，帮助学生从“人认物”走向“机器认人”。 1．人是怎样认出东西的——叶子的特征（约6分钟） 【环节二：认叶子，找“特征”】 师：要弄懂机器怎么认脸，我们得先弄懂——人是怎么认出东西的。老师这儿有三张神秘叶子的图片，大家看看，认识它们吗？ 生：不认识！ 师：不认识没关系！老师再给你们看一组照片：绿萝、绿苋、桂花。现在，你能说出刚才那三张叶子各是什么了吗？ 生：第一张是绿萝！因为它的叶子是心形的，绿绿的，跟照片里一样！ 生：第二张是绿苋，第三张是桂花！ 师：太棒了！你们是凭什么认出它们的？ 生：看叶子的样子！颜色、形状不一样！ 师：完全正确！为了区分不同的叶子，我们记住了不同叶子的颜色、形状。这些颜色、形状，在算法世界里有一个响当当的名字，叫“特征”！ 师：人脸识别算法也是这个道理——它通过记住不同人脸的“特征”，比如眼睛的间距、鼻子的高矮、脸型圆方，来区分不同的人脸。就像你认出绿萝靠叶子特征，机器认出你靠的是人脸特征！ 设计意图：通过“认叶子”活动，让学生直观理解“特征”的含义，建立“认物靠特征”的感性经验，自然迁移到“认人靠人脸特征”，为理解算法原理奠基。 2．人脸识别的“三步曲”——初始化·采集·识别（约8分钟） 【环节三：人脸识别的“三步曲”】 师：那人脸识别算法是怎么一步一步认出我们的呢？我们一起来拆解它的“三步曲”！ 师：第一步，叫“初始化”。就好比我们学习之前，先拿出书和笔，做好学习准备一样。这时候，程序会先做好“准备动作”——把摄像头打开。你只要按下空格键，屏幕就会显示出摄像头画面，你就能在屏幕里看到自己啦！ 师：第二步，叫“采集数据”。程序会先问你“你叫什么名字？”，你按下键盘上的“x”键，输入自己的名字；然后摄像头就会给你拍照，学习你的脸部特征。而且，它会连续采集很多次（比如10次），把数据牢牢记下来——就像老师记住你的名字、记住你的样子一样，记得越牢越准！ 师：学习完你的样子后，换童童同学上来，再按一次“x”键，让程序也学习童童的脸部特征。这样一来，程序就“认识”你和童童啦！ 师：第三步，叫“识别判断”。等它把大家都“记住”了，你只要往摄像头前一站，程序就能“扫一眼”摄像头前的脸，判断——“啊，这是欢欢！”或者“这是童童！” 师：所以，人脸识别算法，就是用程序模拟人类识别不同物体的学习过程，让计算机能识别不同的人脸。它的完整流程是：开始→收集信息、训练→识别判断→结束。简单说，就是“先准备、再学习、后认人”！ 设计意图：通过“准备学习”、“记名字”等童趣比喻，直观拆解人脸识别算法的“初始化—采集数据—识别判断”全过程，突破算法过程这一难点。 3．人脑与电脑的“认人大赛”——对比（约5分钟） 【环节四：人脑 vs 电脑，认人大赛】 师：同学们，我们刚刚发现，人认东西和机器认东西，居然有点像！我们来一场“人脑与电脑的认人大赛”，比比它们到底有多像！ 师：第一项，“收集信息”。人用什么收集信息？ 生：用眼睛看！ 师：电脑呢？ 生：用摄像头或者照片获取数据！ 师：第二项，“特征提取”。人看到一张脸，大脑马上就能记住“圆脸、戴眼镜、笑起来有个小酒窝”；电脑呢？ 生：它利用算法，对数据进行加工，总结出特征！ 师：第三项，“识别判断”。人看到熟人，一眼就认出来打招呼；电脑呢？ 生：它判断摄像头前的脸属于哪个人，然后说出名字！ 师：看出来了吗？人脑和电脑认人的“三步曲”其实很像，都是“收集信息—特征提取—识别判断”。只是人用的是眼睛和大脑，电脑用的是摄像头和算法！ 设计意图：通过“认人大赛”的对比活动，帮助学生清晰认识人类识别与计算机识别在“收集信息—特征提取—识别判断”上的异同，体会算法模拟人类思维的特点。 4．积木魔法——模块化思想（约3分钟） 【环节五：像积木一样搭算法】 师：不过，大家可能会觉得：人脸识别的算法听起来好复杂，我们怎么用啊？ 师：别担心！这里藏着一个神奇的秘密——复杂的算法，其实被封装成了一个个“模块”，就像积木一样！我们不需要理解每一块积木里面的原理和细节，只需要知道它有什么用、怎么用，就能把这些“积木”组合起来，搭出自己想要的东西！ 师：这就好比，你不用知道电视里面是怎么工作的，只要会按遥控器就能看电视；你不用理解算法里的每一个细节，只要会“搭积木”，就能用摄像头做一个人脸识别小程序啦！ 设计意图：通过“积木”、“遥控器”等比喻，帮助学生理解模块化编程思想——算法封装成模块、用户只需会使用，降低对算法复杂性的畏难情绪。 （三）拓展延伸（约8分钟） 【环节六：影响识别成功率的“侦探实验”】 师：刚才我们采集了10次人脸数据。同学们，你们有没有想过：如果我们改变采集的次数，识别结果会一样吗？ 师：我们来做个小侦探实验：分别用采集5次、10次、20次，看看能不能识别成功。大家猜一猜结果会怎样？ 生：采集次数越多，可能认得越准！ 师：很有道理！采集次数多，程序对脸部特征记得就越清楚，识别就越准。那除了采集次数，还有哪些因素会影响识别成功率呢？我们一起来当“小小科学家”，设计实验验证一下！ 生：光线暗不暗！晚上黑乎乎的，可能认不出！ 生：脸的角度正不正！侧着脸可能认不准！ 生：有没有戴帽子、眼镜遮挡！ 师：太会思考了！这些都可能影响识别成功率。我们改变采集次数、光照、角度等因素，多试几次，统计不同条件下的识别成功次数，就能用数据说话，找到让人脸识别“认得更准”的好办法！ 【环节七：生活中的“认人大师”】 师：人脸识别在生活中用处可大了：刷脸进站、刷脸支付、刷脸打卡……它帮我们省了不少事。不过，我们也要记住，机器的“眼睛”也会认错人、也会被照片骗，所以我们更要懂得保护好自己的脸部信息哦！ 设计意图：通过“采集次数实验”与“影响因素探究”，让学生学会用实验数据支撑判断，养成严谨求实的科学态度；通过生活举例认识人脸识别的应用与局限，渗透个人信息保护意识。 （四）课堂小结（约3分钟） 【环节八：人脸识别大复盘】 师：今天我们一起探秘了人脸识别。我们学到了什么？ 生：人是靠特征认出东西的，人脸识别也靠特征！ 师：人脸识别有哪三步曲？ 生：初始化、采集数据、识别判断！ 师：人脑和电脑认人的过程像不像？ 生：很像，都是收集信息、特征提取、识别判断！ 师：复杂的算法我们怎么用？ 生：像搭积木一样，知道怎么用就行！ 师：总结得真好！人脸识别是人工智能帮我们看世界的“眼睛”，我们要会用它、善用它，也要懂得保护自己！ 设计意图：以“大复盘”的方式梳理“特征—三步曲—人机对比—积木魔法”的核心线索，强化结构化记忆，渗透“会用且会保护”的价值观。 （五）作业布置（约2分钟） 师：课后，请大家完成两项“小侦探任务”：第一，和家人一起，观察一个用到了人脸识别的地方（比如小区的门禁、商场的刷脸支付），看看它是怎么工作的，想一想它有没有可能认错人；第二，想一想：如果我们采集的人脸数据太少，会发生什么？如果把采集次数从10次改成20次呢？把你的想法写在学习单上，下节课我们一起交流！ 设计意图：作业分“观察记录”与“动脑预想”两个层次，既巩固人脸识别原理，又引导学生把“采集次数影响识别”的思维延伸到生活，为后续学习埋下伏笔。 （六）板书设计 机器识别你我他——人脸识别 一、特征：颜色·形状（认叶子 → 认人脸） 二、三步曲：初始化 → 采集数据 → 识别判断 三、人脑 vs 电脑：眼睛/大脑 vs 摄像头/算法 四、积木魔法：模块化，知道怎么用就行 五、影响因素：采集次数·光照·角度·遮挡 观看 思考；表达 学习 学习 学习 交流讨论 操作实践 了解 操作练习 交流；分享 交流表达 练习 创设趣味的学习情境，更能激发学生的兴趣； 培养表达能力 培养倾听习惯 增加知识面 拓展知识面 培养表达能力 学生利用自主探究、小组合作、实践操作的方法去解决问题；师生直观演示更具说服力，加深印象。 培养倾听习惯 培养动手能力 培养表达能力 培养学生举一反三、学习迁移的能力； 鼓励学生尝试完成操作练习
教 学 反 思 本课以“运动会检录排长队”的情境贯穿始终，成功延续了单元故事线，激发了五年级学生对人脸识别的探究热情。通过“认叶子”活动，学生直观理解了“特征”的含义，绝大多数学生能说出人脸识别靠“记住人脸特征”来区分不同人脸；借助“准备学习”、“记名字”等童趣比喻，学生能清晰梳理人脸识别“初始化—采集数据—识别判断”的三步曲，并与人类识别过程进行对比，教学重点落实较好；“搭积木”的模块化比喻和“采集次数实验”，有效渗透了算法应用与用数据说话的科学意识。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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