
課 題
第三單元 第15課
面容鑰匙顯智能
應(yīng)到人數(shù)
實(shí)到人數(shù)
課 型
新授課
備課時(shí)間
上課時(shí)間
教
材
分
析
本節(jié)課是八年級(jí)全一冊(cè)中物聯(lián)網(wǎng)實(shí)踐與探索單元的重要課程,主要聚焦于人臉識(shí)別技術(shù)在刷臉開(kāi)鎖及物聯(lián)考勤系統(tǒng)中的應(yīng)用。人臉識(shí)別技術(shù)作為人工智能與物聯(lián)網(wǎng)深度融合的典型代表,在現(xiàn)代智能家居、安防等領(lǐng)域發(fā)揮著關(guān)鍵作用。通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí),學(xué)生能夠深入了解人臉識(shí)別的原理和實(shí)現(xiàn)過(guò)程,掌握刷臉開(kāi)鎖功能的模擬實(shí)現(xiàn)方法,進(jìn)而體會(huì)人工智能為生活帶來(lái)的便捷與智能,同時(shí)為后續(xù)學(xué)習(xí)更復(fù)雜的智能物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)奠定基礎(chǔ),提升學(xué)生在物聯(lián)網(wǎng)和人工智能交叉領(lǐng)域的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識(shí)。
學(xué)
情
分
析
學(xué)生在之前的課程中已經(jīng)學(xué)習(xí)了物聯(lián)網(wǎng)的基本概念、MQTT 協(xié)議、遠(yuǎn)程控制等相關(guān)知識(shí),對(duì)物聯(lián)系統(tǒng)的組成、數(shù)據(jù)傳輸和控制機(jī)制有了一定的了解,但對(duì)于人臉識(shí)別技術(shù)的原理、算法以及如何將其應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)刷臉開(kāi)鎖等功能缺乏深入認(rèn)識(shí)。他們具備一定的編程基礎(chǔ)和邏輯思維能力,但在面對(duì)新的硬件設(shè)備(如攝像頭在人臉識(shí)別中的應(yīng)用)和復(fù)雜的功能實(shí)現(xiàn)(如人臉識(shí)別算法與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的融合)時(shí),需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)和實(shí)踐。
核
心
素
養(yǎng)
目
標(biāo)
信息意識(shí):學(xué)生能夠通過(guò)學(xué)習(xí)刷臉開(kāi)鎖功能,深刻認(rèn)識(shí)到人臉識(shí)別技術(shù)在智能家居和安防領(lǐng)域的重要性,增強(qiáng)對(duì)人工智能與物聯(lián)網(wǎng)融合技術(shù)改善生活便利性的敏感度,主動(dòng)關(guān)注人臉識(shí)別技術(shù)在其他場(chǎng)景中的應(yīng)用,培養(yǎng)積極探索智能物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提升生活品質(zhì)的意識(shí)。
計(jì)算思維:引導(dǎo)學(xué)生思考如何優(yōu)化刷臉開(kāi)鎖功能(如提高人臉識(shí)別準(zhǔn)確率、加快開(kāi)鎖速度),理解其如何通過(guò)計(jì)算和編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)更高效、智能的控制,提升計(jì)算思維在智能物聯(lián)系統(tǒng)功能優(yōu)化中的應(yīng)用能力,培養(yǎng)運(yùn)用計(jì)算思維解決物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用實(shí)際問(wèn)題的意識(shí),如改進(jìn)人臉識(shí)別算法或優(yōu)化 MQTT 服務(wù)器的配置。
數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新:引導(dǎo)學(xué)生在拓展與提升活動(dòng)中,發(fā)揮創(chuàng)意,設(shè)計(jì)物聯(lián)考勤系統(tǒng),通過(guò)實(shí)踐活動(dòng)培養(yǎng)創(chuàng)新思維和實(shí)踐能力,如考慮考勤系統(tǒng)的功能需求、硬件選擇、軟件設(shè)計(jì)以及與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合方式,同時(shí)鼓勵(lì)學(xué)生參與物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的創(chuàng)新實(shí)踐項(xiàng)目,提升學(xué)生在數(shù)字化環(huán)境下的創(chuàng)新實(shí)踐精神。
信息社會(huì)責(zé)任:通過(guò)討論人臉識(shí)別技術(shù)對(duì)社會(huì)生活的影響(如提高門禁安全性、優(yōu)化考勤管理),培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感,使其認(rèn)識(shí)到物聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)在推動(dòng)社會(huì)發(fā)展和改善生活質(zhì)量方面的重要作用,鼓勵(lì)學(xué)生積極關(guān)注物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)的發(fā)展,為其合理應(yīng)用和社會(huì)發(fā)展貢獻(xiàn)力量,如宣傳人臉識(shí)別安全知識(shí),倡導(dǎo)智能、安全的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
教學(xué)重點(diǎn)
掌握刷臉開(kāi)鎖功能的模擬實(shí)現(xiàn)方法,包括硬件連接(主控板、攝像頭、舵機(jī)與計(jì)算機(jī)的連接)、軟件設(shè)置(人臉識(shí)別平臺(tái)的 MQTT 設(shè)置、服務(wù)器項(xiàng)目建立)、程序編寫(判斷識(shí)別人臉數(shù)據(jù)并控制舵機(jī)開(kāi)鎖的程序)以及功能測(cè)試(確保攝像頭能夠準(zhǔn)確采集人臉數(shù)據(jù)、人臉識(shí)別準(zhǔn)確且舵機(jī)正確轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)鎖),能夠熟練完成整個(gè)刷臉開(kāi)鎖功能的實(shí)現(xiàn)流程,提高學(xué)生的動(dòng)手能力和實(shí)踐應(yīng)用能力。
教學(xué)難點(diǎn)
培養(yǎng)學(xué)生在刷臉開(kāi)鎖及物聯(lián)考勤系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新思維和綜合應(yīng)用能力,如在拓展與提升部分,引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)物聯(lián)考勤系統(tǒng),涉及到系統(tǒng)需求分析、硬件選型、軟件設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)傳輸與處理等多方面知識(shí)和技能的綜合應(yīng)用,提高學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力和創(chuàng)新能力,激發(fā)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)與人工智能技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用的興趣。同時(shí),培養(yǎng)學(xué)生在設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)充分考慮信息安全和隱私保護(hù)的意識(shí),使其能夠有效防范人臉識(shí)別技術(shù)可能帶來(lái)的數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)。
教 法
討論交流、講解法、演示法、任務(wù)驅(qū)動(dòng)法
學(xué) 法
交流討論法、動(dòng)手實(shí)踐
教學(xué)準(zhǔn)備
教師準(zhǔn)備可聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)
學(xué)生準(zhǔn)備:預(yù)習(xí)本節(jié)課內(nèi)容
教 學(xué) 過(guò) 程
二次備課
三次備課
一、新課導(dǎo)入
回顧之前學(xué)習(xí)的門鎖開(kāi)鎖方式(如傳統(tǒng)鑰匙開(kāi)鎖、刷卡開(kāi)鎖、遠(yuǎn)程控制開(kāi)鎖),提問(wèn)學(xué)生:“隨著科技的發(fā)展,現(xiàn)在有一種更加智能的開(kāi)鎖方式 —— 刷臉開(kāi)鎖,你們知道它是如何實(shí)現(xiàn)的嗎?” 引發(fā)學(xué)生對(duì)刷臉開(kāi)鎖功能的興趣。
展示一些刷臉開(kāi)鎖在智能家居、門禁系統(tǒng)等場(chǎng)景中的應(yīng)用圖片或視頻,強(qiáng)調(diào)刷臉開(kāi)鎖為人們生活帶來(lái)的便捷和安全,引出本節(jié)課的主題 —— 面容鑰匙顯智能,讓學(xué)生對(duì)即將學(xué)習(xí)的人臉識(shí)別技術(shù)和刷臉開(kāi)鎖功能充滿期待。
二、講授新課
學(xué)習(xí)活動(dòng)1
組織學(xué)生分組觀察小組成員的五官特點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生仔細(xì)描述每個(gè)成員的眉毛(濃密、稀疏等)、眼睛(雙眼皮、單眼皮等)、鼻子(高鼻梁、鷹鉤鼻等)、嘴(厚嘴唇、薄嘴唇等)、臉型(圓臉、方臉、瓜子臉等)特征,并記錄下來(lái)。通過(guò)這種方式,讓學(xué)生從直觀上感受人臉特征的多樣性,為理解機(jī)器識(shí)別人臉的原理奠定基礎(chǔ)。
引導(dǎo)學(xué)生將自己或小組成員不同角度的照片分別上傳到人臉識(shí)別平臺(tái)(如百度 AI 開(kāi)放平臺(tái)等提供的在線人臉識(shí)別服務(wù)),體驗(yàn)人臉識(shí)別功能。在上傳照片過(guò)程中,提醒學(xué)生注意照片的清晰度和角度,以確保人臉識(shí)別的準(zhǔn)確性。學(xué)生上傳照片后,觀察平臺(tái)對(duì)人臉的檢測(cè)、特征點(diǎn)提取和身份判斷結(jié)果,教師引導(dǎo)學(xué)生思考機(jī)器識(shí)別人臉的步驟,如平臺(tái)是如何找到人臉并框出的、提取了哪些特征點(diǎn)、如何根據(jù)這些特征點(diǎn)判斷身份等,培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的初步認(rèn)識(shí)。
結(jié)合學(xué)生在人臉識(shí)別平臺(tái)上的體驗(yàn),詳細(xì)講解人臉識(shí)別的過(guò)程:首先,系統(tǒng)對(duì)輸入的圖像進(jìn)行人臉檢測(cè),通過(guò)特定的算法在圖像中尋找人臉的位置和輪廓,并將其框出;然后,使用算法提取人臉圖像中的特征點(diǎn),這些特征點(diǎn)包括眼睛、鼻子、嘴巴等五官的位置、形狀、間距等信息,通過(guò)對(duì)這些特征點(diǎn)的分析,可以識(shí)別出人的表情、年齡等特征;最后,根據(jù)預(yù)先設(shè)置的匹配算法和條件,將提取的特征點(diǎn)與數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的人臉特征進(jìn)行比對(duì),判斷輸入人臉的身份。在講解過(guò)程中,使用簡(jiǎn)單的示意圖展示人臉檢測(cè)、特征點(diǎn)提取和身份判斷的過(guò)程,幫助學(xué)生理解人臉識(shí)別的原理,將抽象的概念具象化,培養(yǎng)學(xué)生的抽象思維能力。
學(xué)習(xí)活動(dòng)2
指導(dǎo)學(xué)生運(yùn)行人臉識(shí)別平臺(tái)(如選擇合適的在線平臺(tái)或本地搭建的人臉識(shí)別軟件),介紹平臺(tái)的界面布局和主要功能模塊,如人臉采集、人臉庫(kù)管理、人臉識(shí)別設(shè)置等。選擇人臉匹配模塊,向?qū)W生講解如何通過(guò)攝像頭拍攝或上傳圖片的方式添加人臉庫(kù),強(qiáng)調(diào)添加人臉庫(kù)時(shí)照片的質(zhì)量要求(如正面、清晰、無(wú)遮擋)以及如何對(duì)人臉進(jìn)行標(biāo)注和分類,方便后續(xù)識(shí)別。在設(shè)置過(guò)程中,提醒學(xué)生注意保護(hù)個(gè)人隱私,避免上傳他人照片或敏感信息。
學(xué)生將面部對(duì)準(zhǔn)攝像頭,觀察平臺(tái)是否能夠準(zhǔn)確識(shí)別人臉并給出匹配結(jié)果。在測(cè)試過(guò)程中,引導(dǎo)學(xué)生嘗試不同的角度、表情和光照條件,觀察人臉識(shí)別的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。如果出現(xiàn)識(shí)別失敗的情況,教師引導(dǎo)學(xué)生分析可能的原因,如光線太暗、面部遮擋、照片質(zhì)量差等,并嘗試調(diào)整環(huán)境或重新采集照片進(jìn)行測(cè)試。通過(guò)實(shí)際測(cè)試,讓學(xué)生深入了解人臉識(shí)別功能的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和影響因素,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐操作能力和問(wèn)題解決能力。
學(xué)習(xí)活動(dòng)3
指導(dǎo)學(xué)生在 MQTT 服務(wù)器中建立項(xiàng)目,設(shè)置項(xiàng)目名稱、描述等信息。在人臉識(shí)別平臺(tái)中進(jìn)行 MQTT 設(shè)置,填寫之前記錄的主題、設(shè)備 ID、用戶名和密碼,以及 MQTT 服務(wù)器的 IP 地址和端口,確保人臉識(shí)別平臺(tái)能夠與 MQTT 服務(wù)器進(jìn)行通信,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸和交互。在設(shè)置過(guò)程中,提醒學(xué)生注意參數(shù)的準(zhǔn)確性,避免因參數(shù)錯(cuò)誤導(dǎo)致通信失敗,培養(yǎng)學(xué)生的網(wǎng)絡(luò)配置能力和細(xì)心認(rèn)真的學(xué)習(xí)態(tài)度。
展示圖 15.2 中的代碼,向?qū)W生詳細(xì)講解刷臉開(kāi)鎖的程序邏輯。首先,定義 pen 函數(shù),用于控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)模擬開(kāi)鎖動(dòng)作,包括將舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)到 180° 位置(模擬開(kāi)鎖),等待 1.5 秒后再轉(zhuǎn)回 0° 位置(模擬鎖關(guān)閉)。然后,定義 receivedfunctin 函數(shù),它是用于處理接收到的主題消息的回調(diào)函數(shù),當(dāng)收到 MQTT 服務(wù)器主題的消息時(shí),該函數(shù)將被自動(dòng)調(diào)用。在函數(shù)內(nèi)部,通過(guò) mqttclient.message 函數(shù)獲取接收到的消息內(nèi)容,并使用 ujsn.lads 函數(shù)將消息解析為字典格式,判斷字典中 "status" 的值是否為 1,如果是,則表示識(shí)別到人臉庫(kù)中的人臉,調(diào)用 pen 函數(shù)執(zhí)行開(kāi)鎖動(dòng)作。最后,通過(guò) mqttclient.received 函數(shù)綁定接收事件,指定當(dāng)訂閱的主題收到消息時(shí),執(zhí)行 receivedfunctin 函數(shù)來(lái)處理消息。在講解過(guò)程中,引導(dǎo)學(xué)生理解程序如何實(shí)現(xiàn)對(duì)人臉識(shí)別結(jié)果的接收、判斷和控制舵機(jī)開(kāi)鎖動(dòng)作,培養(yǎng)學(xué)生的編程邏輯理解能力。
指導(dǎo)學(xué)生將主控板、攝像頭、舵機(jī)進(jìn)行正確連接,確保硬件設(shè)備能夠正常工作且相互通信。連接完成后,將編寫好的程序燒錄到主控板中,進(jìn)行刷臉開(kāi)鎖功能的整體測(cè)試。學(xué)生將面部對(duì)準(zhǔn)攝像頭,觀察系統(tǒng)是否能夠準(zhǔn)確識(shí)別人臉并控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)開(kāi)鎖。如果出現(xiàn)問(wèn)題,如人臉識(shí)別失敗、舵機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)或轉(zhuǎn)動(dòng)異常等,教師引導(dǎo)學(xué)生從硬件連接(如攝像頭是否正常工作、主控板與舵機(jī)的連接是否正確)、軟件設(shè)置(如 MQTT 服務(wù)器參數(shù)是否正確、人臉識(shí)別平臺(tái)設(shè)置是否準(zhǔn)確)、程序代碼(如人臉識(shí)別判斷邏輯是否正確、舵機(jī)控制函數(shù)是否無(wú)誤)等方面進(jìn)行排查和優(yōu)化,確保刷臉開(kāi)鎖功能能夠穩(wěn)定、準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)。在測(cè)試成功后,鼓勵(lì)學(xué)生思考如何優(yōu)化刷臉開(kāi)鎖功能,如提高人臉識(shí)別的速度和準(zhǔn)確率、增加開(kāi)鎖提示音等,培養(yǎng)學(xué)生的功能優(yōu)化意識(shí)和創(chuàng)新思維能力。
三、拓展與提升
提出設(shè)計(jì)物聯(lián)考勤系統(tǒng)的任務(wù),引導(dǎo)學(xué)生分析系統(tǒng)的功能需求,如準(zhǔn)確識(shí)別人臉、獲取學(xué)生學(xué)號(hào)、將考勤信息實(shí)時(shí)推送到教師端設(shè)備等。組織學(xué)生討論實(shí)現(xiàn)這些功能需要的硬件設(shè)備(如攝像頭、主控板、顯示屏等)和軟件技術(shù)(如人臉識(shí)別算法、MQTT 通信、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理),讓學(xué)生明確設(shè)計(jì)方向,培養(yǎng)學(xué)生的需求分析能力。
參考拓展與提升部分提供的實(shí)現(xiàn)思路,指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行物聯(lián)考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。學(xué)生分組進(jìn)行硬件連接和軟件編程,主控板 A 連接攝像頭采集人臉數(shù)據(jù),將識(shí)別到的學(xué)生學(xué)號(hào)存儲(chǔ)在列表中,并發(fā)布到相應(yīng)主題;主控板 B 訂閱主題,在字典中存入人臉 ID 號(hào)與學(xué)生姓名的對(duì)應(yīng)關(guān)系,當(dāng)收到消息時(shí),在顯示屏上顯示 “某某已簽到”。在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中,教師巡視各小組,為學(xué)生提供技術(shù)指導(dǎo)和問(wèn)題解決支持,如幫助學(xué)生解決人臉識(shí)別算法的優(yōu)化問(wèn)題、數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性問(wèn)題、顯示屏顯示的格式問(wèn)題等。每個(gè)小組完成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后,進(jìn)行功能測(cè)試,確保考勤系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別學(xué)生人臉并推送考勤信息到教師端,培養(yǎng)學(xué)生的綜合應(yīng)用知識(shí)能力和創(chuàng)新實(shí)踐能力。
四、教學(xué)反思
在刷臉開(kāi)鎖程序編寫環(huán)節(jié),學(xué)生對(duì)代碼中人臉識(shí)別結(jié)果判斷部分(如 ujsn.lads 函數(shù)和字典中 "status" 值的判斷)理解困難,導(dǎo)致在調(diào)試程序時(shí)無(wú)法準(zhǔn)確定位問(wèn)題。教師在講解代碼時(shí),應(yīng)更加詳細(xì)地解釋這部分代碼的邏輯和作用,結(jié)合實(shí)際的人臉識(shí)別數(shù)據(jù)格式,讓學(xué)生明白如何從接收到的消息中獲取有效的識(shí)別結(jié)果信息。此外,對(duì)于編程基礎(chǔ)較薄弱的學(xué)生,可以提供更多的代碼注釋和示例,幫助他們逐步理解和掌握程序編寫技巧。
這是一份初中信息技術(shù)人教版(2024)七年級(jí)全一冊(cè)第12課 萬(wàn)維網(wǎng)服務(wù)大揭秘優(yōu)秀教案設(shè)計(jì),共6頁(yè)。教案主要包含了教材分析,學(xué)情分析,教學(xué)目標(biāo),教學(xué)重難點(diǎn),教學(xué)方法,教學(xué)準(zhǔn)備,教學(xué)過(guò)程,教學(xué)反思等內(nèi)容,歡迎下載使用。
這是一份信息技術(shù)七年級(jí)全一冊(cè)第2單元 直播網(wǎng)絡(luò)我來(lái)建第9課 數(shù)據(jù)傳輸有新意精品教案,共5頁(yè)。教案主要包含了教材分析,學(xué)情分析,教學(xué)目標(biāo),教學(xué)重難點(diǎn),教學(xué)方法,教學(xué)準(zhǔn)備,教學(xué)過(guò)程,教學(xué)反思等內(nèi)容,歡迎下載使用。
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