探秘圖像識(shí)別

文_李　婷／北京第一師范學(xué)校附屬小學(xué)

教學(xué)過程

訓(xùn)練新機(jī)器——探究數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)果的影響

教師出示任務(wù)：訓(xùn)練機(jī)器，讓機(jī)器能夠準(zhǔn)確識(shí)別出蘋果和檸檬這2種水果。

教師為學(xué)生提供機(jī)器學(xué)習(xí)在線平臺(tái)工具，以及多個(gè)蘋果和檸檬等水果，引導(dǎo)學(xué)生訓(xùn)練新機(jī)器。

教師引導(dǎo)學(xué)生首先選擇訓(xùn)練數(shù)據(jù)籃子中的紅蘋果和檸檬作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，師生緊密協(xié)作，分別在紅蘋果和檸檬的上面、底部、側(cè)面進(jìn)行拍攝，從多個(gè)角度錄入訓(xùn)練數(shù)據(jù)，并分別打上“蘋果”“檸檬”的標(biāo)簽。

錄入完數(shù)據(jù)后，引導(dǎo)學(xué)生思考：“應(yīng)該用哪些數(shù)據(jù)測(cè)試學(xué)習(xí)結(jié)果？”

教師在測(cè)試數(shù)據(jù)的籃子中拿出1個(gè)黃蘋果并提問：“訓(xùn)練數(shù)據(jù)中沒有黃蘋果，如果使用一個(gè)黃色的蘋果測(cè)試機(jī)器學(xué)習(xí)的結(jié)果，機(jī)器會(huì)將它識(shí)別為哪一類呢？”

預(yù)設(shè)1：黃色的蘋果也很可能被準(zhǔn)確識(shí)別成“蘋果”（圖9為教師提前測(cè)試的結(jié)果：黃蘋果與蘋果相似度為99%，與檸檬相似度為1%）。

圖9　測(cè)試數(shù)據(jù)的識(shí)別結(jié)果示例

預(yù)設(shè)2：將黃蘋果變換角度，也可能被識(shí)別出與“檸檬”這一類別的相似度更高（圖10為教師提前測(cè)試的結(jié)果：黃蘋果與蘋果相似度為41%，與檸檬相似度為59%）。

圖10　測(cè)試數(shù)據(jù)的識(shí)別結(jié)果示例

預(yù)設(shè)3：錄入訓(xùn)練數(shù)據(jù)時(shí)，也可能會(huì)錄入一些不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，如錄入了學(xué)生的手部信息等，師生根據(jù)出現(xiàn)的情況進(jìn)行分析，交流數(shù)據(jù)對(duì)機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)果的影響。

教師追問：“機(jī)器為什么會(huì)出現(xiàn)以上的識(shí)別結(jié)果呢？如果要保證機(jī)器將黃蘋果準(zhǔn)確識(shí)別為‘蘋果’，應(yīng)該怎樣改進(jìn)這臺(tái)機(jī)器？”

教師引導(dǎo)學(xué)生在蘋果這一類中補(bǔ)充錄入黃蘋果的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，再進(jìn)行測(cè)試。

引導(dǎo)學(xué)生思考：“如果有一個(gè)蘋果被吃掉了一半，這樣的數(shù)據(jù)需不需要錄入呢？為什么？”

隨著學(xué)生的互相質(zhì)疑與解惑，總結(jié)出數(shù)據(jù)在圖像識(shí)別中的重要作用，進(jìn)一步完善板書（圖11）。

圖11　進(jìn)一步完善板書（數(shù)據(jù)在圖像識(shí)別中的重要作用）

教師播放圖像識(shí)別技術(shù)輔助視障人士的視頻，引導(dǎo)學(xué)生交流視頻中是怎樣實(shí)現(xiàn)通過技術(shù)輔助視障人生活的，并交流圖像識(shí)別技術(shù)在生活中的作用。

設(shè)計(jì)意圖：通過機(jī)器學(xué)習(xí)在線平臺(tái)，讓學(xué)生親身體驗(yàn)訓(xùn)練機(jī)器的過程，通過反復(fù)實(shí)驗(yàn)，以及對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析與交流，理解數(shù)據(jù)對(duì)圖像識(shí)別結(jié)果的重要影響；通過前沿圖像識(shí)別技術(shù)應(yīng)用視頻，使學(xué)生了解人工智能技術(shù)在生活中的重要作用。

教學(xué)評(píng)價(jià)

基于教學(xué)目標(biāo)，本課程采取評(píng)價(jià)量表的方式，對(duì)學(xué)生知識(shí)掌握、探究思維、活動(dòng)參與及情感等方面進(jìn)行多元評(píng)價(jià)（表1）。

總結(jié)與反思

本課程的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)巧妙，開盲盒活動(dòng)用3個(gè)步驟揭示物品特征�！白R(shí)別大挑戰(zhàn)”活動(dòng)借助6組類別不同但特征相近的物品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，蘋果圖案的靠墊、垃圾桶形狀的杯子成為思考觸發(fā)點(diǎn)。訓(xùn)練新機(jī)器的活動(dòng)借助在線機(jī)器學(xué)習(xí)平臺(tái)，巧妙設(shè)計(jì)活動(dòng)過程，創(chuàng)設(shè)問題情境和沖突，激發(fā)學(xué)生深入思考。梯度化的活動(dòng)設(shè)計(jì)，不僅增添了教學(xué)的趣味性和挑戰(zhàn)性，而且能夠引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)探索知識(shí)。

此外，活動(dòng)設(shè)備和用具都經(jīng)過精心選擇和設(shè)計(jì)，并通過了多次嚴(yán)格測(cè)試，確保了教學(xué)的有效性。通過這些恰當(dāng)?shù)臄?shù)字化工具和平臺(tái)，為學(xué)生構(gòu)建了一個(gè)自主實(shí)驗(yàn)和探究的環(huán)境。在這里，學(xué)生能夠不斷嘗試和實(shí)驗(yàn)，并在教師的指導(dǎo)下進(jìn)行創(chuàng)新思考。這種教學(xué)方式不僅顯示了學(xué)生的探究思維，還在問題解決過程中促進(jìn)了知識(shí)構(gòu)建和批判性思維的發(fā)展。

當(dāng)然，課程仍有需要改進(jìn)的地方。例如，在“識(shí)別大挑戰(zhàn)”活動(dòng)中，可以給學(xué)生提供2個(gè)或更多圖像識(shí)別應(yīng)用，讓學(xué)生比較不同軟件的識(shí)別結(jié)果，分析數(shù)據(jù)對(duì)識(shí)別效果的影響，這將拓寬學(xué)生的研究視野，進(jìn)一步促進(jìn)思維能力的發(fā)展�！�

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來源 | 《中國(guó)科技教育》2024-08，文章編輯：畢晨輝

編輯、排版 | 孟想