从AI体验到AI创编，学科育人中的素养提升

摘要：本文以项目学习的方式开展人工智能教学，从体验人工智能的应用到创编一个简单的人工智能工具，探究小学信息技术学科人工智能教学中的信息核心素养提升与人工智能素养提升。同时，通过设计有趣有理有效的任务来贯穿教学情境，深度挖掘信息学科独特的育人价值。

关键词：学科育人;素养提升;人工智能

中图分类号：G434  文献标识码：A  论文编号：1674-2117（2021）21-0012-03

前端分析，关注核心素养，建构育人价值

教材分析：本课是苏科版小学信息六年级项目9“人工智能初体验”中的拓展内容，在此项目之前，已经介绍了机器人、物联网、智能感知、智能家居、智慧出行等内容，本课其实是以上内容的汇聚和延伸。通过创编，在创造自己的AI工具的过程中了解创造AI工具的流程，通过健康饮食的情境，引导学生关注饮食健康问题。本项目需两课时完成。

学生分析：学生通过之前的学习，基本掌握了计算机操作的基本技能，对图形化编程的基本模块和控件有了一定的知识储备，具有相应的创编基础。在生活中，六年级学生接触了相应的人工智能应用，在参加各类竞赛中体会到了“智能”的技术和运用，对互动有过体验，对人工智能一词并不陌生，对人工智能互动充满向往，对人工智能的应用有自己的想法，对本课的学习有着较强的学习兴趣。

教学结合点：本课通过两个小项目分别介绍语音识别、人脸识别、OCR文字识别这三种常见的人工智能应用，在项目中让学生认识、使用人工智能，同时关注学生信息核心素养和人工智能素养的培养。通过设计“AI游戏：吃水果”，在项目中让学生认识、创造、使用AI，同时关注学生信息核心素养和人工智能素养的培养，并充分挖掘信息技术学科的育人价值，如食育、卫生教育等。

情境探究，聚焦核心素养，开发育人价值

1.说说AI应用：创建AI情境

师：今天老师给大家带来了一位好朋友，你们认识它吗？来跟它打个招呼吧！上节课我们学习了《初识人工智能》，那你知道小度是什么吗？生活中有哪些人工智能呢？（学生举例）同学们说得都很好，在生活中有很多的AI，如在语音识别、人脸识别、OCR文字识别、车牌识别、指纹识别、机器视觉等很多领域都能看到人工智能大显身手。对人类来说，特别重要的是对声学信息（通过听觉器官来获得）和光学信息（通过视觉器官来获得）的识别，这是重要的两大类识别（教师揭题并板书），今天我们就一起来认识AI人工智能的应用。

过程解析：通过观看老师和小度对话，初步感知生活中的AI。通过让学生说一说，加深对AI的认知和理解。通过联系生活中的AI，引出对人类重要的两大类识别，也是对今天三种识别的铺垫。

2.语音识别项目：智能初体验

师：上课前我们和小度进行了对话，小度是怎么听懂我们说的话的呢？语音识别是对声学信息的识别，识别的是人类语音中的词汇内容。语音输入后，通过预处理、特征提取、模式匹配等实现语音识别。你知道哪些语音识别的应用呢？

学生说一说，教师介绍除了小度这样的独立智能助手，还有手机自带的Siri和小艺等智能助手。有些APP也提供了语音识别，如彩云小译，它不仅可以快速识别语音，还能实时翻译（PPT出示）。

任务一：请打开平板上的彩云小译，体验一下语音识别吧！

师：为什么要用语音识别？

生：打字不方便、双手不方便操作、老人、儿童……

师：你会利用语音识别来帮助你做哪些事呢？

生：查天气、听音乐、学英语。

过程解析：引导学生关注和小度的对话，引发学生思考和分析背后的原理。通过总结学生的分析，介绍语音识别基本原理和工作过程。让学生在体验彩云小译的过程中，感悟语音识别的原理和影响识别的因素。通过体验语音识别，让学生创想语音识别的无限可能，引发学生思考语音识别用处，提升学生信息核心素养和人工智能素养。

3.人臉识别项目：素养初培育

师：老师刚才在用手机演示彩云小译的时候，并没有输入密码，老师是怎么解锁手机的呢？（教师引出并介绍人脸识别）老师设置了面容识别，即人脸识别功能。人脸识别是计算机视频图像识别技术中的一种。谁来试试用自己的脸解锁老师的手机？现在老师换一个表情，也能把手机解锁。这是为什么呢？（PPT出示，播放视频）人脸识别是对光学信息的识别，它有一个复杂的过程，它通过人脸图像采集与检测、人脸图像预处理、人脸图像特征提取、匹配与识别来完成人脸的识别。生活中还有哪些AI人脸识别的应用？想不想试一试？

任务二：请打开平板上的“涂脸”，体验一下人脸识别吧！

师：为什么要用人脸识别呢？

生：安全、便捷。

师：人脸识别是否绝对安全呢？

生：个人隐私和信息安全。

师：你知道其他保证信息安全的身份识别吗？你能说说它的工作原理吗？

生：指纹、瞳孔虹膜……

过程解析：首次提到光学信息的识别，为模式识别两大类铺垫。通过体验智能人脸测试APP，体会人脸识别的功能特点和乐趣。通过问题引发学生思考人脸识别的意义，是对学生信息意识和计算思维等核心素养的培养。

4.分析游戏，试搭控件，育人再开发

师：中小学生正处于快速生长发育期，健康饮食尤为重要，每日对肉类、谷类、果蔬的摄取都要确保，有的同学只吃肉不吃菜，有的同学谷类吃得很少，还有的同学从来不吃水果（PPT出示）。今天我们就来做一个帮助我们养成健康饮食好习惯的互动游戏——吃水果。打开桌面素材程序文件，如果双击不能打开，请先打开Kittenblock，再通过“文件—从电脑中上传”的方式来打开。（板书介绍舞台上的果蔬角色）今天我们要用自己的嘴巴吃到这些果蔬，当我们的嘴巴碰到果蔬角色时，果蔬消失了就表示被吃了。你能分析一下可以用什么模块里的哪些控件实现吗？（学生尝试描述）大家说得非常好，请你们试试搭建控件，实现果蔬能被吃掉吧！

过程解析：从健康饮食入手，提出育人情境，引导学生关注健康饮食。通过让学生打开素材文件，认识文件中的舞台和角色，分析角色的脚本。让学生结合对角色的分析思考讨论可能用到的模块和控件，这既是迁移旧知，也是对学生信息意识和计算思维等核心素养的培养。

5.搭建控件，人机互动，素养再提升

师：有同学发现侦测模块里没有侦测到摄像头捕捉画面的控件，其实，在Kittenblock里我们可以添加视频侦测模块和Machine learning模块。（教师介绍两个模块）视频侦测模块可以侦测到摄像头捕捉的画面，Machine learning模块可以捕捉我们的五官，如嘴巴，并借助画笔模块着色，这样嘴巴就能通过颜色被侦测到。在点击绿旗后，小猫隐藏，摄像头启动，识别开始。当按下空格键后，小猫显示，游戏开始。提示：在#Face API分类中，需要初始化，检测、绘制特征和画笔需要组合（如图1）。

过程解析：基于学生学习需求，结合已有的分析和认知，不能实现对摄像头捕捉画面的侦测，从而引出对视频侦测模块和ML模块的介绍。此时对两个模块进行介绍，学生关注度就会比较高。明确要求，提示ML模块相应控件的注意事项。

总结延伸，体现智能素养，挖掘育人价值

要求学生对照板书（如图2），总结延伸：

（1）今天你学会了什么？

（2）你能用自己的语言说一说AI吗？

（3）你还想创造哪些AI互动游戏？需要什么硬件和软件？

（4）你对AI或者创造AI工具还有什么想法？

教师补充总结：AI对计算机硬件尤其是GPU的要求很高，Kittenblock中的Machine Learning模块是软件自带的内置AI模块，在计算机配置不够或摄像头精度不高的情况下，会出现运行卡顿，使用起来会觉得慢，但是加载等待一会儿会有所缓解。在Face API分类控件进行人脸识别时，还应注意光线的均匀，如在上课过程中，学生嘴巴识别不出来，反而是后面听课教师的嘴巴识别出来了，这是因为学生所在的位置光线过亮，学生的面部偏白。

作业设计：

（1）给游戏增加点难度，如再增加几个水果、水果会动等。

（2）探究视频侦测模块和Machine Learning模块，还可以实现哪些人机交互？

过程解析：复习回顾，梳理总结。通过回顾本课学习内容，及时梳理总结。完善作品，探究视频侦测和ML模块，为后续AI创造铺垫。

参考文献：

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本文系江苏省管雪沨网络名师工作室人工智能教育研究阶段性成果。