四川教育出版社出版小学信息技术五年级下册第二单元第1课《初识人工智能》说课

初识人工智能 1、 教材学情分析 本节课是四川教育出版社出版的小学信息技术五年级下册，第二单元人工智能初步体验的第1课《初识人工智能》。也是整合了教材与人工智能课程重构的大单元教学《人工智能启蒙》单元（见图1）的第一课。作为一节初识课，主要引导孩子们了解生活中的人工智能，并认识机器的学习。 图1 五年级的孩子们在生活中或多或少都用到过人工智能。通过课前问卷调查，发现五年级的同学对生活中的人工智能，有一定的了解，也能说出一些生活中的人工智能，比如小爱同学，天猫精灵等。但对于这些人工智能的机器是如何变得智能的还不清楚，也不知道机器学习的过程和原理。 2、 实验教学目标 信息意识目标：通过认识生活中的人工智能，了解人工智能对信息社会发展的作用。 数字化学习与创新目标（教学重点）：通过探究人学习的过程，类比认识机器学习的过程。通过实验应用机器学习并理解机器学习的原理，知道机器学习要经历“学习—建模—应用”的过程。 计算思维目标（教学难点）：通过实践探究和小组讨论，让学生能够在实验中应用机器学习设计并制作红领巾检查器，从而培养学生利用人工智能解决生活中问题的思维和能力。 信息社会责任目标： 通过微课学习了解生活中的人工智能，感受人工智能技术对生活的改变。学会正确看待人工智能的发展，提升学生的信息社会责任感。 三、实验器材 本节课的实验器材主要有：一台能上网的电脑、一个摄像头和人工智能开源实验平台。摄像头主要用于采集实验中的样本数据。 四、实验设计思路和创新点 为了更好的实现本课的教学目标，突破教学重难点，结合新课标核心素养，我对本节课的实验，做了如下改进（见表1）。 主要改进了实验平台、实验样本和实验流程。 改进内容 改进前 改进后 改进原因 实验平台 编程软件自带平台 人工智能开源平台 编程软件自带的实验平台操作步骤繁琐，且经常因插件等原因无法使用。 实验样本 苹果、梨子 戴红领巾的小学生、不戴红领巾的小学生 与学习生活联系更紧密、样本更容易采集。 实验流程 ①收集样本图片 ②上传样本图片 ③训练模型 ④编程验证模型 ①现场采集样本 ②训练模型 ③直接验证模型 通过现场采集样本，不仅减少了实验步骤，学生的参与度更强，实验体验度更强、实验理解就更深入。 训练模型后直接通过平台验证模型，不需要再次编程，学生能更直观的感受实验结果。 表1 （1） 实验平台的改进 书上采用的是普通的编程软件，其操作繁琐且不易使用，本课选用了更加科学的人工智能开源平台进行实验。该平台是中小学人工智能教育实践研究项目的实验平台，通过优质的实验平台，让实验更加直观有效。 （2） 实验样本的改进 书上采用的实验样本是苹果和梨，需要同学们在实验前先收集苹果和梨的样本图片。本节课将样本改为了学生戴红领巾和不戴红领巾的照片。因为小学五年级的学生，每天都会佩戴红领巾，我们在课堂上就能直接采集到样本。不仅采集样本更方便了，也提高了学生的实验参与度。 （三）实验流程的改进 本课将原本实验的前两个环节采集样本和上传样本，合并为了现场采集样本。不仅减少了实验环节，还提高了实验效率。 在模型验证环节，普通的编程软件，必须要通过编程对模型进行调用才能验证实验结果。而人工智能开源平台可以直接验证实验结果，不需要再次编程。这使学生做实验时操作更简单，结果呈现也更直观。 （四）改进后的实验流程 第一步：通过摄像头采集学生佩戴红领巾和未佩戴红领巾的图片数据； 第二步：进行模型训练； 第三步：再通过摄像头进行验证，检查机器前的同学是否佩戴红领巾； 三个步骤，也刚好对应了机器学习的三个阶段“学习——建模——应用”。 5、 实验教学过程 本课从课前、课中、课后三个阶段进行设计（见图2），本次说课主要阐述课中部分的内容。 图2 （一）情境导入：大队部同学的疑问 课堂开始，抛出大队部同学的疑问：有没有一款红领巾检查器可以帮助大队部的同学检查同学们红领巾的佩戴情况呢？通过问题引发学生的思考——机器要如何才能识别出同学们戴没戴红领巾？而在这个阶段，孩子们还无法回答这个问题。 （二）任务一：感知人类的学习 通过对新事物“三间火箭鱼”的认识，指引学生思考人类学习的过程。并通过讨论，总结出人的学习有“观察——归纳——识别”三个阶段。再类比人的学习，来认识机器学习的过程。 （三）任务二：理解机器学习 首先引导孩子们思考，我们人是如何判断同学们戴没戴红领巾的？ 接着让学生展开讨论，预测红领巾检查器需要学习些什么？并在实验平台上展开尝试，验证自己的预测，最后选出本组最优方案进行汇报。在汇报时，发掘优秀的方案，并汇总学生遇到的困难。通过讨论和再次实验，解决同学们在实验中遇到的实验样本数据采集和实验验证不准确的困惑，完成实验数据的处理。（见表2）。 实验情况分析 A1组的实验 C2组的实验 实验的现象 产生的疑问 为什么穿红衣服的同学，实验的结果验证不太准确？ 是不是男生女生的样本都要有？ 原因分析 未采集红色衣服同学的样本 只采集了男生的样本，女生识别的不够准确度 处理办法 添加穿红色衣服同学的样本 男生、女生的样本都需要采集 表2 最后，通过小组汇报选出全班最优的实验方案。 本课的实验过程如图（见图3），首先打开人工智能开源平台，点击AI体验，选择图像分类。在图像分类中，先给分类的样本命名，分为戴红领巾和不戴红领巾两类。然后通过摄像头采集学生佩戴红领巾和未佩戴红领巾的图片数据。接着开始训练模型，再请其他同学，通过摄像头进行验证，让机器来检查同学们是否佩戴红领巾。 图3 在实验过程中，由于采集样本的角度、数量、背景等客观因素，实验的结果也会产生一定的误差。为了避免产生较多的误差，实验前也会提醒学生注意实验的注意事项（见图4）。 图4 六、实验效果评价与反思 通过学生的评价结果（见图5），我们可以看到，通过实验大部分同学都能在实验中理解机器学习的原理，知道机器学习需要经历“学习—建模—应用”的过程。同时也能在实验中完成机器学习的训练，并制作出红领巾检查器。在实验过程中，同学们也逐渐产生了利用人工智能解决生活中问题的思维和能力，实现了本课实验教学的目标。 图5 通过评价结果，也可以看到有一个同学是没有完成机器学习的训练。还有同学对机器的学习仍有些许的疑问，作为老师，在实验教学时，应多关注这样的同学，及时解决他们在实验中遇到的困难。 同时本节课的实验，也为后续的大单元教学的课程：《计算机视觉》研究遮挡物体的识别，以及《从数据中学习》研究实验样本的特点，奠定了坚实的实验基础。 学科网（北京）股份有限公司 $$