《人工智能之視覺技術(shù)應(yīng)用》教學案例

《人工智能之視覺技術(shù)應(yīng)用》教學案例

課程核心素養(yǎng)目標

①親身經(jīng)受項目制作的過程，能夠確立項目需求、厘清項目開發(fā)流程，能夠?qū)栴}分解并逐個突破，能夠敏捷地解決問題。（計算思維）

②能夠熟悉字典與列表的嵌套結(jié)構(gòu)，能夠依據(jù)需求對數(shù)據(jù)進行分析并提取出重要的信息。（信息意識）

③能夠使用OpenCV、requests等第三方庫，擴展Python的功能。能夠借助第三方庫的強大功能實現(xiàn)功能的開發(fā)。（數(shù)字化學習與創(chuàng)新）

④在開發(fā)的過程中能夠聯(lián)系生活實際，了解開發(fā)作品的現(xiàn)實意義，產(chǎn)生應(yīng)用信息技術(shù)轉(zhuǎn)變生活、制造生活的驕傲感，并產(chǎn)生在信息社會中的個人責任感、使命感。（信息社會責任）

學業(yè)要求

①會閱讀開發(fā)文檔，把握API調(diào)用的方法，并能夠依據(jù)需求進行平臺的接口調(diào)用。

②綜合運用列表、字典以及程序的三大結(jié)構(gòu)等進行項目的開發(fā)。

③借助OpenCV第三方庫實現(xiàn)視覺技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。

教學內(nèi)容分析

本課是人教版高一信息技術(shù)必修教材《數(shù)據(jù)與計算》中第四章“走進智能時代”的內(nèi)容。本單元以“視覺技術(shù)應(yīng)用”為主題開展5個課時的活動，使同學了解人工智能中的主要視覺技術(shù)，如圖像識別、人臉識別、人體識別等技術(shù)，了解其在生活中的相關(guān)應(yīng)用，感受視覺技術(shù)在生活中的應(yīng)用以及對生活產(chǎn)生的樂觀影響。本課時是單元教學設(shè)計中的第4課時，同學親身經(jīng)受智能工具的開發(fā)過程，通過項目的制作體驗視覺技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。在項目的制作過程中把握API的調(diào)用方法，并能夠結(jié)合OpenCV實現(xiàn)圖像技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用。

學情分析

同學在從前的學習中把握了程序的三大結(jié)構(gòu)挨次結(jié)構(gòu)、選擇結(jié)構(gòu)、for循環(huán)結(jié)構(gòu)，能夠編寫簡潔的程序。熟悉了列表、字典等數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，會簡潔提取列表、字典中的值。有簡潔項目開發(fā)的閱歷，但對于綜合運用的程序還無法駕馭，代碼的敏捷使用力量需加強。同學對人工智能布滿愛好，對視覺應(yīng)用主題比較關(guān)注，情愿進行進一步的挖掘和學習。

教學難點

敏捷應(yīng)用API調(diào)用開發(fā)視覺應(yīng)用的項目。

教學策略

采納項目化學習方式，使同學明確項目需求，突破項目制作的難點，綜合利用所學的學問進行智能工具的開發(fā)。老師充分發(fā)揮引導作用，為同學力量的提升搭建支架，關(guān)心同學建立勝利的體驗。

教學預(yù)備

多媒體網(wǎng)絡(luò)教室、申請的APIKey和SecretKey、自學材料、幫助材料、導學案等。

教學過程

1.引入新課

師：計算機視覺技術(shù)是人工智能的一個重要領(lǐng)域。這里的“視”主要是對圖片或視頻的獵取，而“覺”就是對獵取信息的綜合處理。視覺技術(shù)在各個領(lǐng)域都發(fā)揮著重要的作用。上節(jié)課我們一起體驗了部分人工智能平臺中的有關(guān)圖像識別、圖像處理、人體識別等在線的智能工具，這些智能工具可以關(guān)心我們解決一些生活中的問題。本節(jié)課我們將編寫程序來實現(xiàn)共性化智能工具的開發(fā)，制造一個屬于我們自己的作品。

2.明確項目需求

師：我們已經(jīng)成立了三個項目組，三個項目分別為“動漫化”“口罩檢測”和“智能菜品識別”。要實現(xiàn)的功能分別為將一般人物動漫化、檢測人是否佩戴口罩、依據(jù)任何一個菜品檢測出菜品的卡路里等。

同學活動：分析并回答三個項目的本質(zhì)?！皠勇鄙婕皥D像特效的功能，功能類似生活中“美圖秀秀”一類的AI產(chǎn)品應(yīng)用；“口罩檢測”涉及人臉及人體的檢測功能，一般應(yīng)用于各種實時檢測的場合；“智能菜品識別”涉及圖像識別的功能，應(yīng)用如美食相機等。

設(shè)計意圖：進一步明確項目的需求，以及項目的性質(zhì)及應(yīng)用范圍。明確開發(fā)的項目與生活的聯(lián)系，明晰項目開發(fā)的價值與意義，激發(fā)項目開發(fā)的愛好。

3.項目分析

老師活動：請同學分析三個項目的共性與不同。

同學活動：經(jīng)過分析得出三個項目的共性——都是對圖片的檢測，要檢測出需要的信息，涉及很簡單的算法。但部分人工智能平臺上已經(jīng)能做到這些圖片信息的智能識別。因此，可以使用API接口調(diào)用來獵取圖片的智能識別信息。不同之處是，每個項目都要依據(jù)項目的需求提取出關(guān)鍵信息，并對信息進行開發(fā)和處理，形成適用于肯定場景的共性化功能。

老師活動：播放視頻，使同學了解什么是API調(diào)用。提出問題：你用過的哪些網(wǎng)站有可能使用了API調(diào)用呢？

同學活動：回答問題，如去哪網(wǎng)買票調(diào)用了12306的接口等。

老師活動：給出API調(diào)用的過程，如圖1所示。

老師總結(jié)API調(diào)用的過程：要實現(xiàn)API的調(diào)用，首先要和開放接口的平臺進行交互，明確我們要供應(yīng)的內(nèi)容，平臺返回給我們的內(nèi)容，就如我們供應(yīng)菜單，由服務(wù)員傳遞給廚房，廚房返回給客戶定制的菜肴。服務(wù)員為你服務(wù)的前提是什么？那肯定是你坐在這家餐廳里，獲得點菜許可。所以，在獵取服務(wù)之前要獲得訪問的憑證，它就是access_token。它的獵取方式是通過平臺創(chuàng)建應(yīng)用的APIKey和SecretKey。

設(shè)計意圖：詳細分析項目實現(xiàn)的過程，明確開發(fā)的思路。通過分析三個項目的共性與不同，使同學了解項目開發(fā)的流程以及實現(xiàn)開發(fā)的關(guān)鍵點即API調(diào)用。對共性的問題進行重點講解，實現(xiàn)重點內(nèi)容的突破。

4.項目開發(fā)

（1）自主學習，獵取調(diào)用結(jié)果

老師活動：供應(yīng)適合同學學習風格的自學材料，包括微課、文檔等。

同學活動：依據(jù)項目自主選擇進行學習并完成API調(diào)用，即依據(jù)老師供應(yīng)的AK和SK獵取access_token，并通過access_token和本地圖片調(diào)用API獵取返回結(jié)果。

老師活動：巡察，對認知有困難的同學進行關(guān)心。

（2）師生互動，分析json數(shù)據(jù)提取關(guān)鍵信息

師：三個項目組都獲得json數(shù)據(jù)并賦值給了變量res，如何從數(shù)據(jù)中提取你所需要的信息呢？對于一個字典、列表嵌套的數(shù)據(jù)，如何提取出需要的元素呢？數(shù)據(jù)如上頁圖2所示。

同學活動：結(jié)合從前列表類型數(shù)據(jù)中提取元素以及字典類型數(shù)據(jù)中提取元素的方法，思索如何提取出需要的信息。

老師活動：通過電子白板的蒙層擦除效果，和同學一起分析提取出的數(shù)據(jù)，漸漸出示答案（如圖3）。

同學活動：依據(jù)老師供應(yīng)的范例，明確提取方法，并思索所在項目要提取哪些元素。

（3）資料幫助，實現(xiàn)項目進一步開發(fā)

師：請同學們明確下一步的開發(fā)目標，依據(jù)所作的規(guī)劃，連續(xù)作品的開發(fā)。（老師供應(yīng)“幫助資料”幫助同學進行開發(fā)，如消耗卡路里的途徑——做家務(wù)、跑步、走路之間的換算，使用OpenCV進行圖像的顯示、拼合方法等，拼合圖片的代碼如圖4所示。

（4）功能拓展，實現(xiàn)攝像頭實時獵取圖像

師：同學們可以對項目進行改造，實現(xiàn)由本地圖片到攝像頭實時獵取圖片的轉(zhuǎn)變，使你的項目更加智能化。

同學活動：參考用OpenCV打開攝像頭的程序代碼，并對已編寫的程序進行加工，將識別本地圖片升級為打開攝像頭獵取現(xiàn)場圖片并進行識別。利用OpenCV打開攝像頭的參考程序如圖5所示。

設(shè)計意圖：同學通過三個活動即API調(diào)用、信息提取與開發(fā)、圖像實時獵取來完成整個項目的開發(fā)，利用視覺技術(shù)實現(xiàn)作品的開發(fā)。老師給同學供應(yīng)了自學資源、幫助資料等關(guān)心同學突破重難點，拓寬開發(fā)思路，并在適當?shù)臅r候關(guān)心同學跨越學問障礙。同時，同學要在項目實施的過程中填寫過程記錄及自我評價。

5.展現(xiàn)與總結(jié)

（1）展現(xiàn)溝通

同學活動：三個項目組分別展現(xiàn)自己的項目代碼以及實現(xiàn)的功能。下面以三個作品進行舉例。

動漫化組——通過編寫代碼實現(xiàn)了打開攝像頭拍攝人物圖像，并能夠?qū)θ宋镞M行動漫化的處理，了解自己動漫化的樣子。

口罩識別組——編寫代碼打開攝像頭對戴口罩狀況進行識別，并對沒有戴口罩的同學進行溫馨提示：請做好平安防疫，對個人和社會負責。

菜品識別組——編寫代碼打開攝像頭對菜品進行識別，由于課堂不具備條件，以打印的圖片代之。識別之后會告知用戶菜品熱量是多少，需要跑步多少公里才能消耗掉。提示人們留意飲食健康。

老師活動：對同學作品進行點評，引導同學進行反思和總結(jié)。

（2）師生總結(jié)

師：同學們通過自己的努力能夠開發(fā)出一個完整的作品值得表揚。對于視覺技術(shù)的利用和開發(fā)，本節(jié)課學習的學問只是冰山一角。我們還可以學習更多的學問來改造我們的生活，使我們的生活更加便利、更加智能、更加美妙。

設(shè)計意圖：老師對同學的表現(xiàn)進行總結(jié)和鼓舞，提升同學的自我效能感。

教學反思

人工智能的視覺技術(shù)有許多，筆者以圖像作為切入點進行整體的單元設(shè)計。整個單元實行微觀、宏觀、應(yīng)用和評價的線路，即像素—圖像—圖像特征識別—應(yīng)用開發(fā)—應(yīng)用擴展。首先，通過調(diào)用OpenCV第三方庫的程序編寫，了解最小圖像單位像素，能夠編寫程序?qū)ο袼剡M行修改，進而了解圖像的模式等學問。其次，了解機器學習機制，了解對圖像特征的提取和識別過程。在圖像識別的基礎(chǔ)上了解圖像相關(guān)的應(yīng)用。最終，同學動手開發(fā)智能工具解決生活中的問題，并連續(xù)了解更多視覺技術(shù)的擴展應(yīng)用。

本節(jié)課要求同學動手開發(fā)智能工具，體現(xiàn)視覺技術(shù)在生活中的應(yīng)用。同學依據(jù)自己的愛好共確立了三個項目組，分別涉及對圖像的識別、圖像的特效處理、人體特征的識別等。對于圖像的識別等結(jié)果可以借助人工智能平臺，通過API調(diào)用獵取，并對數(shù)據(jù)進行分析，提取出需要的信息進一步開發(fā)和利用。雖然三個項目功能各不相同，但調(diào)用方法是一樣的，因此，筆者將共性的問題提出來，并引導同學逐步把握調(diào)用的方法，以便后續(xù)在進行其他程序開發(fā)時實現(xiàn)學問的遷移。本課以項目為引領(lǐng)，注意同學核心素養(yǎng)的培育，激發(fā)同學學習的成就感和使命感，使同學樹立起技術(shù)服務(wù)生活、技術(shù)制造美妙生活的理念。

點

評

《人工智能之視覺技術(shù)應(yīng)用》是以項目制作的形式開展的一節(jié)課。同學體驗項目制作的過程，并綜合運用所學學問開發(fā)出和視覺相關(guān)的應(yīng)用。這節(jié)課做到了以下幾點：

1.情境創(chuàng)設(shè)源于生活

在信息技術(shù)學科教學中要關(guān)注同學核心素養(yǎng)的養(yǎng)成，要將學問轉(zhuǎn)變?yōu)樗仞B(yǎng)和才智。所以，在課堂中老師要注意聯(lián)系同學的生活，將學習融入到實際問題的解決中。本節(jié)課的項目主題都是同學感愛好的，也是生活中常見的，同學可以融入自己的思想進行制造，讓學習來源于生活又用于生活，在問題解決中提升核心素養(yǎng)。

2.項目式學習促進同學進展

項目式學習能夠?qū)崿F(xiàn)以同學為中心的進展理念，培育同學的實踐力量和創(chuàng)新精神。在項目式學習的過程中，執(zhí)教老師發(fā)揮了引導的作用，給同學供應(yīng)學習的支架，包括微課、方法引導、思維引領(lǐng)等。這種方式能夠讓同學有更多的主動性，在過程中也會培育同學的合作力量、思辨力量、溝通力量等，能夠落實立德樹人的理念，促進同學的全面進展。

3.注意同學高階思維的培育