《人工智能導(dǎo)論》教案-教案7-認(rèn)識圖像識別

教案教學(xué)部門：專業(yè)名稱：課程名稱：人工智能導(dǎo)論授課教師：授課班級：教學(xué)團(tuán)隊：

教案7認(rèn)識圖像識別一、教學(xué)分析（一）基本信息教學(xué)任務(wù)認(rèn)識圖像識別所屬項目項目七認(rèn)識圖像識別所屬課程人工智能導(dǎo)論授課專業(yè)授課班級開設(shè)學(xué)期授課形式課時安排4課時參考教材活頁式教材：《人工智能技術(shù)應(yīng)用》，楊美霞主編，機械工業(yè)出版社。（二）教學(xué)內(nèi)容任務(wù)一掌握圖像識別技術(shù)圖像識別指利用計算機對圖像進(jìn)行處理、分析和理解，以識別各種不同模式的目標(biāo)和對象的技術(shù)，并對質(zhì)量不佳的圖像進(jìn)行一系列的增強與重建技術(shù)手段，從而有效改善圖像質(zhì)量。任務(wù)二掌握人臉識別技術(shù)人臉識別就是利用分析比較人臉視覺特征信息進(jìn)行身份鑒別的計算機技術(shù)。專業(yè)的說就是用攝像機或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，并自動在圖像中檢測和跟蹤人臉，進(jìn)而對檢測到的人臉進(jìn)行臉部的一系列相關(guān)技術(shù)，通常也叫做人像識別、面部識別。（三）學(xué)情分析素質(zhì)基礎(chǔ)1.已具備一定的團(tuán)隊合作意識及交流溝通能力；2.已具備一定的自主學(xué)習(xí)和解決問題的能力。認(rèn)知基礎(chǔ)已熟悉身邊的圖像識別產(chǎn)品、人臉識別產(chǎn)品，但是對圖像識別的概念、關(guān)鍵技術(shù)不熟悉。能力基礎(chǔ)已熟練使用身邊的人臉識別產(chǎn)品，但缺乏系統(tǒng)性的學(xué)習(xí)圖像識別的概念、關(guān)鍵技術(shù)等。（四）教學(xué)目標(biāo)素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)學(xué)生具備“人工智能”應(yīng)用能力—圖像識別；2.培養(yǎng)學(xué)生“精益求精”的學(xué)習(xí)態(tài)度；3.培養(yǎng)學(xué)生做事認(rèn)真細(xì)心的“工匠精神”，提高工作效率；4.培養(yǎng)學(xué)生團(tuán)隊合作。知識目標(biāo)1.掌握圖像識別技術(shù)；2.掌握人臉識別技術(shù)。能力目標(biāo)培養(yǎng)學(xué)生具備“人工智能”應(yīng)用能力，能運用圖像識別技術(shù)分析與解決實際問題的能力。（五）教學(xué)重難點教學(xué)重點1.圖像識別技術(shù)，發(fā)展歷史；2.人臉識別核心技術(shù)。教學(xué)難點1.圖像識別技術(shù)，發(fā)展歷史；2.人臉識別核心技術(shù)。（六）教學(xué)環(huán)境與資源分析信息化教學(xué)環(huán)境學(xué)銀在線網(wǎng)絡(luò)教學(xué)平臺具備放置信息化教學(xué)資源、簽到、課堂提問討論互動、課堂測試評分、課后數(shù)據(jù)分析等功能。信息化教學(xué)技術(shù)情景教學(xué)法、任務(wù)驅(qū)動法、講授法、案例教學(xué)法、討論法、練習(xí)法。信息化教學(xué)資源1.軟件資源：學(xué)銀在線、微信平臺、微課視頻。2.學(xué)習(xí)資源：課程標(biāo)準(zhǔn)、視頻資料、圖片、教材、教學(xué)課件。3.學(xué)習(xí)工具：借助思維導(dǎo)圖（XMind）工具梳理知識圖譜。二、教學(xué)策略（一）教學(xué)模式（二）教學(xué)方法與手段1.任務(wù)驅(qū)動法用課前任務(wù)引導(dǎo)，課中任務(wù)訓(xùn)練，課后任務(wù)拓展，分解教學(xué)重點與難點，學(xué)生逐個完成任務(wù)，突破重點，攻克難點，驅(qū)使學(xué)生積極參與學(xué)習(xí)。2.情境教學(xué)法在教學(xué)過程中，通過模擬情景，讓學(xué)生做前感知、做中比對、做后驗證，引導(dǎo)學(xué)生思考，自我啟發(fā)。3.頭腦風(fēng)暴法教師組織學(xué)生在課前分組進(jìn)行需求調(diào)研，以頭腦風(fēng)暴的方式完成討論，對標(biāo)調(diào)研結(jié)果確定項目需求，打造沉浸式項目需求解構(gòu)學(xué)習(xí)場景，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。4.問題探究法在教學(xué)過程中，提出問題，引導(dǎo)學(xué)生尋找問題答案，最大程度釋放思維束縛，根據(jù)學(xué)生實際情況設(shè)計問題，引導(dǎo)學(xué)生思考，并逐步過渡到學(xué)生自己提出問題，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、解決問題的能力。5.合作探究法課前、課中、課后，通過團(tuán)隊合作完成教學(xué)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生合作意識，樹立學(xué)生團(tuán)隊責(zé)任感，大局意識，培育學(xué)生核心價值觀。6.自主學(xué)習(xí)法以學(xué)生作為學(xué)習(xí)的主體，在學(xué)過程中，通過學(xué)生獨立地分析、探索、實踐、質(zhì)疑、創(chuàng)造等方法來實現(xiàn)學(xué)習(xí)目標(biāo)，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和終身學(xué)習(xí)能力。三、教學(xué)實施課前準(zhǔn)備教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動導(dǎo)入新課【內(nèi)容1】認(rèn)識圖像識別1.通過學(xué)銀在線發(fā)布《認(rèn)識圖像識別》的動畫、微課。2.教師發(fā)布測試題。1.登錄學(xué)銀在線完成《認(rèn)識圖像識別》動畫、微課學(xué)習(xí)。2.學(xué)生完成測試題。課上活動教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動講授新知【內(nèi)容2】掌握圖像識別技術(shù)1.在介紹圖像識別時，引入小藍(lán)使用手機支付寶的“形色識花”功能準(zhǔn)確識別出花的名字、詳細(xì)信息的案例，“形色識花”就是采用了圖像識別技術(shù)來準(zhǔn)確識別的，目前基于圖像的花卉識別、動物識別、車牌號識別等應(yīng)用遍地開花，其核心都離不開圖像識別技術(shù)，圖像識別技術(shù)能取得今的成績并不是一蹴而就的，是經(jīng)過了無數(shù)學(xué)者的深耕細(xì)作，我輩也應(yīng)該發(fā)揚工匠精益求精和吃苦耐勞的精神，不斷提升專業(yè)理論知識和專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力，為圖像識別技術(shù)的發(fā)展貢獻(xiàn)力量。2.教師以具體的演示圖像識別、動物識別、菜品識別、地標(biāo)識別為例，講解圖像識別概述、發(fā)展歷程、核心技術(shù)、識別流程和技術(shù)前景等知識。圖像識別發(fā)展歷史：（1）第一階段在1970—1980年間，Minsky布置的作業(yè)算是有了基礎(chǔ)保障：現(xiàn)代電子計算機的出現(xiàn)使計算機有機會嘗試回答攝像頭看到了什么，使用“三維重構(gòu)”方法和先驗知識方法。（2）第二階段截至1990年，圖像處理硬件技術(shù)有了飛速進(jìn)步，人們也開始嘗試不同的算法，包括統(tǒng)計方法和局部特征描述符的引入，使得計算機視覺技術(shù)取得了更大的發(fā)展，并開始廣泛應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。研究者的新方法是，通過局部特征的識別來判斷事物，對事物建立一個局部特征索引，即使視角或觀察環(huán)境發(fā)生變化，也能準(zhǔn)確地匹配。（3）第三階段2000年，得益于互聯(lián)網(wǎng)興起和數(shù)碼相機出現(xiàn)帶來的海量數(shù)據(jù)，加之機器學(xué)習(xí)方法的廣泛應(yīng)用，計算機視覺發(fā)展迅速。以往許多基于規(guī)則的處理方式，都被機器學(xué)習(xí)所替代，機器自動從海量數(shù)據(jù)中總結(jié)歸納物體的特征，然后進(jìn)行識別和判斷。（4）第四階段截至2010年，借助于深度學(xué)習(xí)的力量，計算機視覺技術(shù)得到了爆發(fā)式的增長和產(chǎn)業(yè)化。之后出現(xiàn)了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像識別，這就是目前比較新的一種圖像識別技術(shù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像識別技術(shù)：使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立圖像預(yù)測模型準(zhǔn)備好訓(xùn)練圖像后，需要一個可以處理它們并使用它們對新的未知圖像進(jìn)行預(yù)測的系統(tǒng)常規(guī)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在圖像識別中的局限性，傳統(tǒng)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)使用完全連接的體系結(jié)構(gòu)，其中一層中的每個神經(jīng)元都連接到下一層中的所有神經(jīng)元。完全連接的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在處理圖像數(shù)據(jù)時的效率很低。3.教師發(fā)布討論：列舉身邊的圖像識別應(yīng)用場景。1.培養(yǎng)學(xué)生發(fā)揚工匠精益求精和吃苦耐勞的精神，不斷提升專業(yè)理論知識和專業(yè)技術(shù)應(yīng)用能力。2.學(xué)生動手練習(xí)圖像識別、動物識別、菜品識別、地標(biāo)識別。3.學(xué)生使用XMind思維導(dǎo)圖總結(jié)圖像識別的概述、發(fā)展歷程、核心技術(shù)、識別流程和技術(shù)前景等知識。4.學(xué)生參與討論。講授新知【內(nèi)容3】掌握人臉識別技術(shù)1.在介紹人臉識別時，引入警方在張學(xué)友演唱會上準(zhǔn)確抓捕逃犯的案例，警方在人員眾多，燈光昏暗的情況就是采用了人臉識別技術(shù)鎖定逃犯，人臉識別是一項技術(shù)，技術(shù)本無原罪，但“濫用”人臉識別就會涉及到侵犯隱私和隱私泄露。目前人臉數(shù)據(jù)泄露的問題已經(jīng)在發(fā)生。2020年10月，央視新聞就報道了一則新聞：在某些網(wǎng)絡(luò)交易平臺上，只要花2元錢就能買到上千張人臉照片，而5000多張人臉照片的標(biāo)價還不到10元。所以技術(shù)需要驅(qū)動力，同時也需要“枷鎖”，而作為人臉識別技術(shù)相關(guān)人員，就需要守住倫理道德底線。2.教師以具體的演示百度人臉識別為例，講解人臉識別概述、發(fā)展歷程、識別流程和核心技術(shù)等知識。（1）人臉檢測人臉檢測的作用是要檢測出圖像中人臉?biāo)谖恢谩＃?）人臉特征提取人臉特征提取的輸入是“一張人臉圖像”和“人臉坐標(biāo)框”，輸出是五官關(guān)鍵點的坐標(biāo)序列。（3）人臉比對人臉比對的目的是衡量兩個人臉之間的相似度。人臉比對輸入的是兩個人臉特征，人臉特征由前面的人臉特征提取算法獲得，輸出是兩個特征之間的相似度值。（4）人臉屬性識別該技術(shù)是可以識別出人臉的性別、年齡、姿態(tài)和表情等屬性值的一項技術(shù)。（5）人臉活體檢測人臉活體檢測是通過眨眼、張嘴、搖頭和點頭等組合動作，判斷人臉圖像是來自真人還是來自攻擊假體(照片、視頻等)的方法，確保人臉識別系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。（6）人臉?biāo)阉魅四標(biāo)阉魇遣檎遗c輸入人臉相似的人臉序列的算法。（7）人臉聚類人臉聚類是將一個集合內(nèi)的人臉根據(jù)身份進(jìn)行分組的算法。人臉識別技術(shù)應(yīng)用：104人臉識別技術(shù)的應(yīng)用104人臉識別技術(shù)的應(yīng)用（2）1:N人臉識別：指通過采集某人的人像后，從海量的人像數(shù)據(jù)中找到與當(dāng)前人臉數(shù)據(jù)相符合的圖像，通過數(shù)據(jù)庫的比對找出"你是誰"。（3）N:N算法是基于1:N算法，通過計算機對場景內(nèi)的所有人進(jìn)行面部識別并與人像數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對的過程。3.教師發(fā)布討論：列舉身邊的人臉識別應(yīng)用場景。1.培養(yǎng)學(xué)生合理使用人臉識別技術(shù)，守住倫理道德底線。2.學(xué)生動手練習(xí)百度人臉識別。3.學(xué)生使用XMind思維導(dǎo)圖總結(jié)人臉識別概述、發(fā)展歷程、識別流程和核心技術(shù)等知識。4.學(xué)生參與討論。總結(jié)歸納【內(nèi)容4】對項目七進(jìn)行總結(jié)教師通過XMind思維導(dǎo)圖總結(jié)歸納本項目的知識體系。學(xué)生繪制項目七的XMind知識體系，并熟記于心。課后活動教學(xué)環(huán)節(jié)教學(xué)內(nèi)容教師活動學(xué)生活動課后鞏固【內(nèi)容5】項目七的作業(yè)題教師布置課后作業(yè)，采用生生互評的方式，鞏固學(xué)生的學(xué)習(xí)成果。1.學(xué)生完成課后作業(yè)，2.學(xué)生要對其他學(xué)生的作業(yè)進(jìn)行評價打分。四、效果與反思（一）教學(xué)效果1.學(xué)生掌握了圖像識別的基本概念、識別流程和核心技術(shù)，具備圖像識別能力。2.學(xué)生掌握了人臉識別的基本概念、識別流程和核心技術(shù)，具備人臉識別能力。3.采用線上直播+錄播混合式教學(xué)形式，結(jié)合面授與學(xué)銀在線平臺的優(yōu)點，打造無界課堂。4.豐富的教學(xué)資源和生活