探秘圖像識別

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)在線平臺工具，以及多個蘋果和檸檬等水果，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)測試學(xué)習(xí)結(jié)果？”

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

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

圖9　測試數(shù)據(jù)的識別結(jié)果示例

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

圖10　測試數(shù)據(jù)的識別結(jié)果示例

預(yù)設(shè)3：錄入訓(xùn)練數(shù)據(jù)時，也可能會錄入一些不準(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)對機(jī)器學(xué)習(xí)結(jié)果的影響。

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

引導(dǎo)學(xué)生思考：“如果有一個蘋果被吃掉了一半，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)在圖像識別中的重要作用）

教師播放圖像識別技術(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現(xiàn)通過技術(shù)輔助視障人生活的，并交流圖像識別技術(shù)在生活中的作用。

設(shè)計意圖：通過機(jī)器學(xué)習(xí)在線平臺，讓學(xué)生親身體驗訓(xùn)練機(jī)器的過程，通過反復(fù)實驗，以及對測試結(jié)果的分析與交流，理解數(shù)據(jù)對圖像識別結(jié)果的重要影響；通過前沿圖像識別技術(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)評價

基于教學(xué)目標(biāo)，本課程采取評價量表的方式，對學(xué)生知識掌握、探究思維、活動參與及情感等方面進(jìn)行多元評價（表1）。

總結(jié)與反思

本課程的教學(xué)活動設(shè)計巧妙，開盲盒活動用3個步驟揭示物品特征?！白R別大挑戰(zhàn)”活動借助6組類別不同但特征相近的物品進(jìn)行實驗，蘋果圖案的靠墊、垃圾桶形狀的杯子成為思考觸發(fā)點。訓(xùn)練新機(jī)器的活動借助在線機(jī)器學(xué)習(xí)平臺，巧妙設(shè)計活動過程，創(chuàng)設(shè)問題情境和沖突，激發(fā)學(xué)生深入思考。梯度化的活動設(shè)計，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)生主動探索知識。

此外，活動設(shè)備和用具都經(jīng)過精心選擇和設(shè)計，并通過了多次嚴(yán)格測試，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，為學(xué)生構(gòu)建了一個自主實驗和探究的環(huán)境。在這里，學(xué)生能夠不斷嘗試和實驗，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“識別大挑戰(zhàn)”活動中，可以給學(xué)生提供2個或更多圖像識別應(yīng)用，讓學(xué)生比較不同軟件的識別結(jié)果，分析數(shù)據(jù)對識別效果的影響，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?！?/p>

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來源 | 《中國科技教育》2024-08，文章編輯：畢晨輝

編輯、排版 | 孟想