第三单元 第15课 面容钥匙显智能 教学设计 2025—2026学年人教版（2024）初中信息技术八年级全一册

本文围绕“面容钥匙显智能”展开，聚焦人脸识别技术及刷脸开锁系统。承接简单物联功能实践背景，为后续物联应用学习奠基。通过观察、实践等环节，渗透信息意识、计算思维等核心素养，如实践体验中培养信息意识。 该设计创新点在于结合实际生活案例，采用小组合作与任务驱动教法。从学生层面提升分析解决问题能力，为教师提供清晰授课路径，有效突破搭建服务器等教学难点。

第15课 《面容钥匙显智能》教学设计 一、教学基本信息 1. 课程名称：面容钥匙显智能 1. 年级：八年级 1. 课时：2 课时（90 分钟） 1. 学科：信息科技 1. 对应教材：义务教育信息科技课程资源（第三单元 简单物联功能实践） 二、教学目标 （一）知识与技能 1. 理解人脸识别技术的定义，能描述机器识别人脸的三个核心步骤（人脸定位、特征分析、匹配人脸）。 1. 掌握利用摄像头采集人脸数据的基本操作，能独立完成人脸识别平台的基础配置。 1. 了解刷脸开锁系统的组成模块（输入、计算、输出），能通过小组合作模拟实现该功能。 （二）过程与方法 1. 通过观察、讨论、实践等活动，体验 “提出问题 — 探究原理 — 动手验证” 的学习过程。 1. 在模拟刷脸开锁的实践中，提升分析问题、协作解决问题的能力。 （三）情感态度与价值观 1. 感受人工智能技术对生活的影响，增强对科技发展的兴趣。 1. 培养数据安全与隐私保护意识，合理使用生物识别技术。 三、教学重难点 1. 重点：人脸识别的基本过程；刷脸开锁系统的模块组成与协作原理。 1. 难点：物联系统中 MQTT 服务器的搭建与各模块数据交互；实践操作中硬件与软件的协同调试。 四、教学准备 类型 具体内容 硬件设备 计算机（带摄像头）、主控板、舵机、移动热点、连接线 软件平台 人脸识别在线平台（如百度 AI 开放平台）、MQTT 服务器软件（如 EMQX）、编程工具（如 Arduino IDE） 教学资源 课件、科普视频（人脸识别原理）、学生活动任务单、小组评分表 五、教学过程 第一课时：认识人脸识别技术 1. 课堂导入（5 分钟） 1. 情境创设：展示门锁发展时间线图片（传统钥匙→刷卡→远程控制→刷脸开锁），提问：“为什么刷脸开锁能成为主流？它比传统方式好在哪里？” 1. 引出课题：通过学生回答，聚焦 “安全性”“便捷性”，引出本节课主题 —— 人脸识别技术。 2. 新知探究：认识人脸识别（20 分钟） 1. 活动 1：人脸特征观察 9. 开展 “猜猜他是谁” 小游戏：展示班级同学的局部人脸特征（眉毛、眼睛等），让学生根据特征猜人。 9. 填写特征表格（课件中的五官特征表），总结人类识别人脸的步骤：“捕捉图像→提取特征→匹配记忆”。 1. 活动 2：机器识别原理学习 10. 播放科普视频（来源于科普中国），提问：“机器识别人脸的步骤和人类有什么异同？” 10. 小组讨论后，师生共同总结机器识别三步骤： 1. 人脸定位：从图像中框选人脸区域。 1. 特征分析：提取面部关键点（如眼角距离、鼻梁高度等）。 1. 匹配人脸：将提取的特征与数据库中的信息对比，判断是否匹配。 3. 实践体验：摄像头采集与匹配（15 分钟） 1. 探究实践一：搭建实验环境 11. 教师演示：连接摄像头与计算机，打开人脸识别平台，讲解硬件作用（摄像头采集图像，计算机处理数据）。 11. 学生操作：分组调试设备，确保摄像头正常工作。 1. 探究实践二：人脸匹配操作 12. 步骤指导： 1. 登录平台，进入 “人脸匹配” 模块，上传 3-5 名组员的人脸照片建立本地数据库。 1. 一名学生面对摄像头，观察平台是否显示 “匹配成功” 及相似度（如 96%）。 12. 思考：“如果戴口罩或光线过暗，匹配结果会怎样？”（引导学生关注环境对识别的影响） 4. 课堂小结（5 分钟） 1. 回顾机器识别人脸的三步骤，强调摄像头在数据采集中的作用。 1. 布置预习：“如何让识别结果控制门锁？物联系统需要哪些模块配合？” 第二课时：探究刷脸开锁功能 1. 复习导入（3 分钟） 1. 快速提问：“人脸识别的三个步骤是什么？”“摄像头的作用是什么？” 1. 引出新问题：“识别成功后，如何让门锁‘知道’并打开？” 2. 系统分析：刷脸开锁的模块组成（10 分钟） 1. 展示课件中的 “人脸识别开锁功能分析表”，讲解各模块的作用： 17. 输入模块（摄像头）：采集人脸并将识别结果发送到 MQTT 服务器。 17. 计算模块（计算机）：搭建服务器，处理消息的发布与订阅。 17. 输出模块（主控板 + 舵机）：接收服务器消息，控制舵机转动（模拟开锁）。 1. 画图演示数据流程：“摄像头→服务器→舵机”，强调 “MQTT 服务器是数据中转站”。 3. 实践操作：模拟刷脸开锁（30 分钟） 1. 分组任务：每组 4 人，分工为 “硬件连接员”“软件配置员”“数据记录员”“发言人”。 1. 步骤指导： 6. 搭建环境（10 分钟） 1. 硬件连接：主控板与舵机连接，计算机开启移动热点。 1. 软件配置：启动 MQTT 服务器，创建主题（如 “class/door”）。 6. 配置人脸识别平台（10 分钟） 1. 登录平台，绑定 MQTT 服务器地址，设置 “识别成功后发布消息到主题”。 1. 录入组员人脸到数据库（标记为 “授权用户”）。 6. 调试与测试（10 分钟） 1. 运行程序：将控制舵机的代码（课件示例代码）烧录到主控板。 1. 测试效果：授权用户面对摄像头，观察舵机是否转动（开锁）；非授权用户测试，舵机不反应。 1. 教师巡视：重点指导 MQTT 服务器配置和代码烧录，记录各组问题。 4. 成果展示与评价（10 分钟） 1. 每组派发言人演示成果，描述操作中遇到的问题及解决方法（如 “服务器连接失败，检查了热点密码”）。 1. 师生共同评分（参考标准：设备连接正确、识别准确率、团队协作）。 5. 课堂总结与拓展（7 分钟） 1. 总结：回顾人脸识别技术的应用价值，强调物联系统 “输入 - 计算 - 输出” 的协作逻辑。 1. 拓展任务：布置 “物联考勤系统” 设计作业（参考课件拓展内容），要求画出系统模块图并说明工作流程。 六、板书设计 第15课 面容钥匙显智能 一、人脸识别技术 1. 人类识别：捕捉→提取→匹配 2. 机器识别：定位→特征分析→匹配 二、刷脸开锁系统 三、实践要点：硬件连接→软件配置→测试调试 七、教学反思 1. 需提前测试所有硬件和软件，避免课堂因设备故障影响进度。在实际教学前，可安排专门时间对计算机、摄像头、主控板等硬件设备进行全面检查，确保其正常运行；同时，对人脸识别平台、MQTT 服务器软件等进行多次调试，保证软件功能稳定。 1. 对 MQTT 服务器等抽象概念，可通过 “快递中转站” 类比帮助理解。在讲解时，详细说明就像快递需要中转站来分发，数据在传输过程中也需要 MQTT 服务器这个 “中转站” 来处理消息的发布与订阅，让学生更易接受。 1. 下次教学可增加 “隐私保护” 讨论（如 “人脸数据存在哪里才安全？”），强化信息素养。可以引入一些实际案例，如某些平台人脸数据泄露事件，引导学生深入思考如何保护个人生物识别信息，让学生在掌握知识的同时，树立更强的隐私保护意识。 1. 在小组合作环节，部分小组可能出现分工不合理的情况，导致实践进度不一致。后续教学中，可在分组时提供更明确的分工建议，并在实践过程中加强对各小组的观察与指导，及时协调解决分工问题，确保每个小组都能顺利完成任务。 1. 实践操作中，学生对代码烧录的掌握程度参差不齐。下次教学可提前制作更详细的代码烧录步骤视频，供学生参考学习，同时在课堂上对操作困难的学生进行一对一辅导，帮助他们攻克这一难点。 学科网（北京）股份有限公司 $$