在课堂上体验计算机视觉的教学实践探索

    宋晓玉

    摘要：在小学阶段，人工智能教育重在学生对人工智能的应用和体验。本文主要探究在信息技术课堂教学中，如何利用身边的计算机、摄像头和手机开展丰富多样的智能体验，让学生充分感知人脸识别、人体分析、图像识别和文字识别等计算机视觉领域的实际应用，从而为进一步的人工智能教育做好铺垫和准备。

    关键词：计算机视觉;课堂教学;体验人脸识别;眼镜识别

    中图分类号：G434 ?文献标识码：A ?论文编号：1674-2117（2020）21-0063-02

    在中小学阶段推进和普及人工智能教育重在学生对人工智能的应用和体验教学。本文主要研究在信息技术课堂教学中，如何开展丰富多样的智能体验，让学生充分感知人脸识别、人体分析、图像识别和文字识别等计算机视觉领域的实际应用，从而为进一步的人工智能教育做好铺垫。

    ● 从人脸识别的门禁系统实际体验计算机视觉

    在人工智能的计算机视觉领域，研究最为成熟、应用最为广泛的就是人脸识别技术。很多学校为保障校园的安全，安装了具有人脸识别功能的门禁系统，每一位学生在进入校门时都要“刷脸”。

    为了让学生更好地体验人脸识别技术，课前笔者拍摄了学生“刷脸”进入校门的视频和照片，在后台录入学生和家长的照片，建立人脸库的操作指引，还收集个别学生因刷脸失败无法进入校门的例子。课上，则通过调用学生“刷脸”的实际经验，展示学生“刷脸”进入校门的图片和视频资料，让学生理解人工智能领域的计算机视觉研究的应用。同时，在展示学生和家长前期“录入照片，建立人脸库”操作指引时，辅以动画类的视频模拟演示，渗透人脸识别的原理，并提出为什么明明录入了人脸照片，还会有刷脸失败的情况这一问题？引发学生对人脸识别的思考。

    ● 从AI体验网站初步感知计算机视觉

    在“金字塔”形——感知、认知、创新的人工智能教育课程建设体系中，感知是人工智能教育最基础的阶段。同时，根据小学生认知和学习的特点，人工智能教育在小学阶段以体验和感知为主，要让学生充分感受人工智能在生活中的广泛应用，以及它给生活带来的便利，就要从人工智能的课堂体验入手。

    在学生对人脸识别有了实际体验后，笔者借助网络上的体验网站，通过外接摄像头课堂上拍摄学生上课的照片，或者上传本地照片来进行更为丰富的人脸识别、图像识别和文字识别等计算机视觉的体验，也能实现语音识别和语音合成的计算机听觉体验。课上，教师打开并登录体验网站，以体验图像识别为例，点击“开始识别”，用摄像头拍摄一张学生学习活动的照片，也可以选择本地照片上传到体验网站，很快体验网站就会给出识别的结果，显示出“书画笔会”“读书活动”“学生教室”等。

    ● 从手机智能程序全面体验计算机视觉

    笔者借助手机上的AI体验中心，如百度AI体验中心、腾讯AI体验等，辅以手机投屏技术，开展了计算机视觉体验。以使用百度AI体验手势识别为例，课上，笔者先把手机屏幕投影到计算机屏幕上，在手机微信里找到“百度AI体验中心”，找到人体分析里面的“手势识别”，点击上传手势图片，选择拍照，拍摄学生比画出的手势，使用照片，传到云端，让百度大脑来辨别这个手势的含义。笔者根据识别结果粗略地估判人工智能的识别能力，并对“手势识别”技术能应用的场景，如在智能家居、智能驾驶、人机交互方面的应用进行拓展讲解，进一步拓展和加深学生对人工智能应用的认识和理解。

    ● 开发“识别人脸是否戴眼镜”的小程序深刻体验计算机视觉

    上述基于AI网站和手机AI体验平台的人工智能课堂体验，都只强调“体验”本身，只是让学生从感官上认知到了人工智能的乐趣。根据“金字塔”形的人工智能教育课程建设体系，感知和认知是教育的手段，创新才是目的。在人工智能的课堂教学中，应该让学生在充分感知和认知的基础上进行智能创作和创新。

    例如，笔者所在学校正在组织学生进行视力检查，要统计班级学生的近视率。笔者联系了一位人工智能爱好者，他结合实际利用Python编程，经API接口调用百度AI的人脸识别应用，开发了一个在计算机上运行的程序，通过普通摄像头“扫脸”来统计班级戴眼镜的人数，从而解决统计班级学生的近视率的问题，部分实现了利用人工智能来统计班级学生近视率的应用。

    课上，在计算机上运行“识别人脸是否戴眼镜”的程序，点击打开摄像头，捕捉学生画面，开始识别，即可把人脸框选出来，带有眼镜的人脸以红色框标识，窗口上面用文字的形式给出识别的结果。但是学生发现“有些戴眼镜的学生没有被识别出来”，甚至有些学生，自己用卡纸制作一副眼镜框戴上或者用两张圆形的卡片遮挡眼睛，也被系统标识为“戴眼镜”。需要指出的是，这个程序必须在联网的情况下才能正常使用。通过这些识别正确或者错误的结果体验，学生对人工智能有了全面的了解，认识到虽然人工智能在某些方面非常强大，但是人工智能也不是万能的。

    以上几种方式，就是笔者在现有条件下，在常规的课堂教学中，不依赖于高端的设备或者产品，进行的人工智能教育体验的摸索。实践证明，这几种体验人工智能的方式切实可行，学生不仅在课堂上能跟着教师一起体验，课下也能自己去体验，从而为后面进一步学习人工智能的机器视觉和机器听觉做好充分的准备和铺垫。

    参考文献：

    [1]劉俊波，乐进军.中小学人工智能课程建设初探[J].基础教育课程，2020（01）：16-20.

    [2]王文晶.人工智能课程建设与实践教学探索[J].网络·移动办公·居家办公，2019，24（19）：29-30+19.

    [3]百度云智学院在线课程[EB/OL].http：//abcxueyuan.baidu.com/#/home.