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探秘图像识别
文_李 婷／北京第一师范学校附属小学
教学过程
训练新机器——探究数据对机器学习结果的影响
教师出示任务：训练机器，让机器能够准确识别出苹果和柠檬这2种水果。
教师为学生提供机器学习在线平台工具，以及多个苹果和柠檬等水果，引导学生训练新机器。
教师引导学生首先选择训练数据篮子中的红苹果和柠檬作为训练数据，师生紧密协作，分别在红苹果和柠檬的上面、底部、侧面进行拍摄，从多个角度录入训练数据，并分别打上“苹果”“柠檬”的标签。
录入完数据后，引导学生思考：“应该用哪些数据测试学习结果？”
教师在测试数据的篮子中拿出1个黄苹果并提问：“训练数据中没有黄苹果，如果使用一个黄色的苹果测试机器学习的结果，机器会将它识别为哪一类呢？”
预设1：黄色的苹果也很可能被准确识别成“苹果”（图9为教师提前测试的结果：黄苹果与苹果相似度为99%，与柠檬相似度为1%）。
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图9 测试数据的识别结果示例
预设2：将黄苹果变换角度，也可能被识别出与“柠檬”这一类别的相似度更高（图10为教师提前测试的结果：黄苹果与苹果相似度为41%，与柠檬相似度为59%）。
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图10 测试数据的识别结果示例
预设3：录入训练数据时，也可能会录入一些不准确的数据，如录入了学生的手部信息等，师生根据出现的情况进行分析，交流数据对机器学习结果的影响。
教师追问：“机器为什么会出现以上的识别结果呢？如果要保证机器将黄苹果准确识别为‘苹果’，应该怎样改进这台机器？”
教师引导学生在苹果这一类中补充录入黄苹果的训练数据，再进行测试。
引导学生思考：“如果有一个苹果被吃掉了一半，这样的数据需不需要录入呢？为什么？”
随着学生的互相质疑与解惑，总结出数据在图像识别中的重要作用，进一步完善板书（图11）。
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图11 进一步完善板书（数据在图像识别中的重要作用）
教师播放图像识别技术辅助视障人士的视频，引导学生交流视频中是怎样实现通过技术辅助视障人生活的，并交流图像识别技术在生活中的作用。
设计意图：通过机器学习在线平台，让学生亲身体验训练机器的过程，通过反复实验，以及对测试结果的分析与交流，理解数据对图像识别结果的重要影响；通过前沿图像识别技术应用视频，使学生了解人工智能技术在生活中的重要作用。
教学评价
基于教学目标，本课程采取评价量表的方式，对学生知识掌握、探究思维、活动参与及情感等方面进行多元评价（表1）。
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总结与反思
本课程的教学活动设计巧妙，开盲盒活动用3个步骤揭示物品特征。“识别大挑战”活动借助6组类别不同但特征相近的物品进行实验，苹果图案的靠垫、垃圾桶形状的杯子成为思考触发点。训练新机器的活动借助在线机器学习平台，巧妙设计活动过程，创设问题情境和冲突，激发学生深入思考。梯度化的活动设计，不仅增添了教学的趣味性和挑战性，而且能够引导学生主动探索知识。
此外，活动设备和用具都经过精心选择和设计，并通过了多次严格测试，确保了教学的有效性。通过这些恰当的数字化工具和平台，为学生构建了一个自主实验和探究的环境。在这里，学生能够不断尝试和实验，并在教师的指导下进行创新思考。这种教学方式不仅显示了学生的探究思维，还在问题解决过程中促进了知识构建和批判性思维的发展。
当然，课程仍有需要改进的地方。例如，在“识别大挑战”活动中，可以给学生提供2个或更多图像识别应用，让学生比较不同软件的识别结果，分析数据对识别效果的影响，这将拓宽学生的研究视野，进一步促进思维能力的发展。■
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来源 | 《中国科技教育》2024-08，文章编辑：毕晨辉
编辑、排版 | 孟想