基于“思维语言”的人工智能教学实践

    黄燕

    随着科学技术的不断更迭和发展，作为新时代科技发展和社会发展的强劲助推器，人工智能已经走到了科学变革的风暴中心。笔者所在的名师工作室开展了丰富多彩的人工智能专项培训，深入研究、实施人工智能的课堂教学，为教师的综合发展提供了一个优良的平台。

    同时，笔者承担了人工智能课程的实证研究任务，在所属学校的五、六年级实施普及型班级授课教学，经过三年的实验，积累了一定的经验。下面，笔者以《表情识别》一课为例，介绍相关的实证案例。

    ● 课堂实践

    六年级学生对人工智能的应有已有了初步的了解和接触，本节课将通过xDing软件进行简单的编程尝试，实现AI功能。通过知识迁移，以及自主学习教材，在设计表情指示器的过程中，学生能充分体验人工智能带来的便捷，能感受计算思维带来的改变。

    “表情识别”是人工智能模块的第一课实例教学，为了让学生在实践操作中能愉快、轻松、高效地理解并掌握“表情识别”控件，完成人工智能表情指示器的编写执行，在课堂教学中，教师设计了“感知、分析、实验、拓展”等环节进行教学活动，具体教学过程如下。

    1.情境再现，感受人工智能

    人工智能已逐渐走入我们的生活与学习，相关的应用与体验也越来越多。小学生对人工智能很少有真正体验的经历，缺少直观的感受与经验。因此在导入阶段，我们从学生现阶段每天接触到的AI人脸识别测温系统入手，通过说说自己的感受来打开对人工智能的再认识。

    ①展示生活场景：观看学生进入校园时AI人脸识别测温系统进行体温测试的过程。教师提问：你知道这项技术是利用了什么原理进行体温检测的吗？

    学生给出的回答各不相同，或者在回答问题时提出疑惑。教师对学生的回答做出有效的评价，鼓励学生形成自主探究的意识。另外，教师肯定学生能够结合已有的知识进行问题的思考和探究，并总结出人脸识别技术是人工智能（AI）的一个方面。

    ②思考过程：引导学生自主编写一个简单的人工智能程序，对同学们的表情进行识别。

    设计意图：人工智能对于学生而言，充满了神秘感，学生很喜欢也非常感兴趣，因此在讨论交流阶段，教师尊重学生的回答和疑惑，并肯定学生的探索与发现，进而为下面的學习做铺垫。

    2.自主尝试，探究表情识别

    对于六年级的学生而言，如何把对表情识别的感受上升为真正的认识，还需要经历对表情识别的实例进行一个分析的过程，以明确表情识别的过程和原理。

    ①分析软件，了解识别的过程。

    教师出示新闻链接——华为与波兰盲人协会合作，开发了一款能够“读懂他人情绪”的Facing Emotions应用。当盲人用户与另一个人说话时，手机的后置摄像头会扫描对方的面部。基于这些数据，Facing Emotions能够分辨七种基本情绪，然后通过手机扬声器（或附带的有线耳机），来听到特定情绪的提示音。

    ②交流、分析识别过程。

    表情识别的过程，分成哪几个步骤？教师和学生共同来分析，经过讨论、交流，我们发现，表情识别的过程可以简单地概括成“照片—分析—结论”。

    设计意图：在这一过程中，通过分析识别的过程，有效地引发了学生对人工智能的初步思维，唤醒了学生的思维可能。

    ③实践、探究识别过程。

    引导学生打开xDing软件，对照教材“xDing中的表情识别模块”，自主学习“表情识别”控件的使用，并识别上传的图片表情。（提醒学生照片存放路径）

    学生动手实践并总结自主学习的成果，得出“微笑”和“没笑”两种识别结果。

    教师提出问题：操作过程中你还有新的发现吗？请学生结合操作演示讲解发现。

    设计意图：这个环节看似简单，对学生却是一个具有极大吸引力和探索空间的过程。教师引导学生在操作、感受、猜想、体会表情识别的过程中，对知识和技能进行了有效的整合，思维也在问题和任务的驱动下得到有效展开并充分激发。

    3.实验准备，搭建硬件

    教师以四人小组为单位分发两组硬件设备：开源机器人1号、LED灯、RJ11电话线;USB数据线。教师讲解各硬件设备的作用，以及连接方法和注意要点。

    首先，学生开始搭建硬件，并结合教材“硬件搭建和连接”的操作步骤，与电脑进行连接。然后利用AI功能检测照片，发现“微笑”就亮灯，“没笑”就不亮灯，并小组交流、讨论，完成流程图的填写。最后，教师根据学生的汇报完成流程图，分别在括号内填上微笑、不笑识别结果。

    设计意图：语言是思维的外化，结合流程图让学生用自己的语言说出表情识别器创编的过程，为下面的程序设计创造了条件。通过语言让学生的思维可视化，以动态的形式展现、发展、提升。

    4.运用算理，创编程序

    根据已经完成的流程图，小组继续合作完成程序的编写。遇到问题时参考“编写程序”的操作步骤。

    展示脚本，运行程序，邀请学生展示本组脚本，并说出各个控件的意义以及在程序里起到的作用，并说出在表情识别功能的使用过程中还有哪些值得大家注意的问题及解决方法。

    设计意图：在观察、搭建、操作、实践的过程，教师可以观察到学生的思维活动过程，并及时地引导学生进行再思考再实践，在这一过程中，学生得以完善对知识和技能的理解并提升思维水平。

    5.反思学习，提升思维本质

    教师呈现三个问题：①在我们的实际生活中表情识别可以应用在很多领域，畅想未来会在哪些方面给人们带来便利？②表情识别工具还能如何改进，为人们带来便捷？③在表情识别控件中有很多的控件可以供我们选择，你们能制作其他的识别器吗？

    设计意图：讨论、交流的过程，使学生的思维在聆听和沟通中得到碰撞和启发，教师再引导学生把自己的思考和探究说出来。开放性的问题设计，使得AI表情识别的知识和技能有了一个有效的整合，思维过程也有了一个由简单向深刻的纵深发展。

    ● 教学反思

    这节课，大部分学生的感受是比较难的，不但要学习“表情识别”这一新的人工智能技术，还要学习新的xDing软件，最后还要通过搭建硬件设备进行程序的分析和编写，完成人工智能作品的设计。

    在导入环节，从学生每天都要经历的AI人工智能测量体温入手，引出人脸识别技术，让学生明白原来这些看起来非常高端的技术就在我们的生活中，就在我们的身边。

    从体验表情识别，到搭建硬件、创编程序来设计人工智能“表情提示器”，每一个教学环节，都是一个循序渐进的过程，从易到难，从简单到复杂，学生都有自己的思考和探究，对本节课“表情识别”的知识和技术也有了更直观、更深刻的理解和把握。