Scratch 编程 《AI图书借阅系统》（教案）六年级下册信息科技Scratch编程

课题名称 AI图书借阅系统——探秘人脸识别
任教年级 六年级
执教老师
一、教学内容分析
本课选自自行设计的项目式学习模拟AI图书借阅系统，通过mblock（慧编程）来实现进门人脸验证，借书还书的文字识别以及数据图表生成。本节课基于现实生活场景，融合“机器学习”与“人脸识别”的相关学习内容，培养学生综合解决问题的能力，感受身边的智能生活，培养创新能力。
二、学情分析
《AI图书借阅系统》是针对小学六年级学生设计的mblock项目式学习课程，是在学生已经对mblock软件的模块有了基本的认知，并且掌握mblock软件中的事件（当绿旗点击、广播）、外观（造型）、控制模块中（条件判断、循环）和变量等基本模块的功能，但对机器学习、人工智能模块没有很深的了解，因此需要在项目中实践学习。
三、教学目标
1.信息意识 通过真实情境引导学生主动使用人工智能技术应用去解决生活中的实际问题，拓展学生的信息意识。 2.计算思维 通过人类识别人脸和机器识别人脸两种方式类比，抽象出两者之间的共同特征与过程，学习人脸识别的原理。 借助mblock软件平台进行机器学习模块中的训练模型等操作，理解人脸识别的过程，培养学生问题的抽象、分解能力，提升计算思维。 3.数字化学习与创新能力 通过人脸识别工具的体验，了解人脸识别背后的原理，科学正确地认识人脸识别技术。 4.信息社会责任意识 在项目实践中，发现人脸识别的过程，科学看待人脸识别技术，建立正确观念。
四、教学重点
借助mblock软件进行机器学习模块中的训练模型等操作，在体验中理解人脸识别的过程。
五、教学难点
理解人脸识别的过程，为后续的项目设计打下基础。
六、教学环境及教具
程序素材文件、交互式课件、学习单
教学环节 教学过程 学生活动预设 设计意图
（一） 创设情境 抛出问题 （3mins） （情景视频）今天欧阳老师来到长沙市图书馆，可是一摸口袋没有身份证，也没有借书卡，那怎么借书呢？ （评价语：谢谢同学们提供的锦囊妙计，今天老师采用**同学的小妙招，刷脸借书，我们一起来感受下。） 引导出可以“刷脸”借书。 老师继续播放刷脸借书的视频，方便快捷。提出关键问题，“刷脸”借书的过程中到底藏着什么奥秘呢？我们一起来探索吧！ 老师使用mblock（慧编程）制作了一个AI图书借阅系统的小项目，今天就来学习项目中应用的第一个人工智能知识——人脸识别。（贴上板贴：AI图书借阅系统——人脸识别） 提出问题，让学生思考回答。 通过生活场景制造认知冲突点，设置疑问引出主题。
（二） 提出问题探索新知 （3mins） （教师：我们来感知一下这个程序样本。） 1.教师演示小程序，展示三个流程：①刷脸；②扫书；③记录。 （只演示） 2.请生上台体验使用小程序借书。（会显示：人脸识别失败，你没有进入权限图书馆。） 教师提问：刚刚这位同学体验了我们的小程序，结果发生了什么？ 生答。（老师的脸能识别，同学的脸没有识别。） 教师：那计算机是怎么认识欧阳老师的？背后的过程我们来玩个小游戏认识吧。 学生观看演示程序，并思考其中的流程。 学生回答。 让学生思考程序流程的过程也是进一步让生学会问题分解的过程。 设置冲突点，为什么老师识别成功进入馆内，而我不可以？
（三） 引导分析 活动探究 （29mins） 活动一：“我”是大侦探（8mins） 学校图书管理员老师发现一同学进馆时总是默默帮助老师整理图书，而且做好事不留名。老师想要感谢他，但她只记得这名同学的样貌，于是她找来那天进图书馆的9名同学来比对，你能找到是哪位同学吗？ 我们来看看这位同学的照片。 （教师通过希沃白板的功能先擦出眼睛，让其他同学判断，接着再擦出其他部分去判断和谁匹配。） 给照片提前编好号码。 最快匹配的同学赢得小徽章一枚，并且为小组积累一本小红书。 教师提问：刚才你是怎样识别那位同学的？ 我们是用五官 部位看到图像的？——在计算机中就是人脸图像采集的过程。 在我们看到这张照片时，会将图片调正。——计算机也会进行图像预处理的过程。 你会发现这位同学是小眼睛还是大眼睛，或者是瓜子脸还是圆脸？这些是他的人脸特征。——在计算机中就是人脸特征提取的过程。 接着提问：你是怎样区分这位同学的照片和其他同学照片的？是对比的过程。——在计算机中是特征比对的过程。 最后你说出判断，这位同学被你收集的照片越多你就越熟悉，因此判断越准确。——在计算机中这是判断的过程。 （小组合作，单号位同学提问并记录，双号位同学回答，一起讨论人类识别人脸的过程。） 活动二：人脸识别初体验（12mins） 教师打开mblock程序样本，带学生体验人脸采样，训练模型的过程。 请一位小演员上台，拍下第一张照片，然后告诉计算机你的名字； 请所有学生观察模型评估的数字； 继续拍下多张照片让机器学习； 再观察评估的数字，你发现什么？ 教师引导出这是模型训练的过程，你的照片给机器学习越多，它识别你的概率就越大。 拍好后选择“使用模型”就可以回到编程界面。如果想要识别你的小组搭档，可以继续让机器学习。 （如果操作中有问题的同学可以观看微课视频来学习。） 活动三：人脸识别我会做（9mins） （过渡语：刚才的活动中我们已经让计算机识别我们录进去的人脸了，但是我们在程序中还是不能刷脸进入图书馆，该怎么办呢？——现在我们来编写程序，实现刷脸进入图书馆吧！） 教师提问：计算机的识别你自己，会出现哪两种情况？（教师引导分析） （是和否） 录入人脸以后，如果可以识别我的脸，那么就说欢迎并进入图书馆内；识别失败，就显示没有权限进入。 2.教师展示流程图，对应的流程图如何填写？ 3.观察机器学习模块，有哪些关键语句可以帮助我们实现人脸识别判断的过程？ ①如果…那么…判断语句； ②识别结果为… 4.编程实现 （进阶版：学习单展示第二种程序语句使用后会有什么不一样的效果？） 学生观察当一名“小侦探”，找到那位同学。 分析人类识别人脸的过程。 回忆刚才识别同学的过程并且填上学习单上一一对应计算机识别人脸的过程，然后通过希沃的完形填空验证它的答案。 生思考并回答。 ，学生补充流程图，然后编写程序。 通过玩一玩小游戏激发学生的兴趣，从游戏中探秘人脸识别的关键步骤。 教师提问引导出学生对人类和机器识别的类比，让学生说出来对五个步骤的理解。 目的是让学生从人类识别人脸的过程中迁移并抽象类比出机器学习中人脸识别的过程，增强体验感。 让生在“做中学”，体验人脸识别通过编程解决真实情境问题。
（四） 分享展示 课堂小结（2mins） 1.分享展示 教师展示学生编写的程序，并作出评价。 2.课堂小结 这节课我们通过AI图书借阅系统来探秘人脸识别，在游戏中学习了人脸识别的过程，在软件中体验了机器是如何识别人脸的，并且还使用编程指令实现了刷脸进馆，大家完成的特别棒，相信大家内心都充满了成就感，我们把掌声送给自己。 学生思考并回答。 通过这一环节的思考，让学生能够科学辩证地去看待人脸识别技术，树立正确的信息观念。
（五） 拓展提升 项目延续（3mins） 1.拓展提升 （1）在生活中人脸识别的应用有哪些？ 教师小结并展示应用场景。 （2）你怎样看待人脸识别呢？ 教师小结：人脸识别我们要辩证看待，它有利也有弊，我们更应该懂得如何正确合理利用人工智能技术，不应该过于依赖、滥用技术。 2.项目延续 可是在这个AI图书借阅系统的项目中我们只能实现刷脸进门，接着还出现了一个小状况:（情景视频）老师误拿了一本自己的书放在机器上却显示无法识别。机器是怎么认识图书馆的书和其他书籍的？请同学们回去好好想想，下节课再一起交流！ 设下疑问，让学生带着问题思考下节课的内容。 通过小彩蛋设置，承接项目的下一课时，并且设下疑问，激发学生探究的兴趣。