資源簡(jiǎn)介

中小學(xué)教育資源及組卷應(yīng)用平臺(tái)
八年級(jí)信息技術(shù)義務(wù)教育版教學(xué)設(shè)計(jì)
課題 面容鑰匙顯智能 單元 第三單元 學(xué)科 信息技術(shù) 年級(jí) 八年級(jí)
學(xué)習(xí)目標(biāo) 1.深入理解人臉識(shí)別技術(shù)的原理，清晰闡述機(jī)器識(shí)別人臉的基本過(guò)程，包括人臉圖像采集、特征提取、特征匹配與身份識(shí)別，掌握人臉識(shí)別系統(tǒng)關(guān)鍵步驟和要求。2.熟練掌握利用攝像頭采集人臉數(shù)據(jù)的方法，能夠正確搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境，包括連接攝像頭與計(jì)算機(jī)，熟練操作人臉識(shí)別平臺(tái)進(jìn)行人臉圖像采集、特征點(diǎn)提取、人臉對(duì)比及人臉庫(kù)管理，確保人臉數(shù)據(jù)的有效獲取和處理。3.學(xué)會(huì)分析刷臉開(kāi)鎖功能的模塊組成（輸入、計(jì)算、輸出模塊），精準(zhǔn)掌握各模塊的硬件構(gòu)成和功能實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)，能夠獨(dú)立完成刷臉開(kāi)鎖功能的模擬實(shí)現(xiàn)，包括硬件連接、程序編寫(xiě)與調(diào)試，實(shí)現(xiàn)從人臉數(shù)據(jù)采集到門(mén)鎖控制的完整流程。4.熟練運(yùn)用MQTT協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別端與門(mén)鎖控制端的數(shù)據(jù)交互，確保刷臉開(kāi)鎖系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，具備解決實(shí)際應(yīng)用中常見(jiàn)問(wèn)題的能力。
重點(diǎn) 1.人臉識(shí)別技術(shù)的原理及機(jī)器識(shí)別人臉的基本過(guò)程，使學(xué)生深刻理解人臉識(shí)別的核心機(jī)制，這是掌握刷臉開(kāi)鎖及其他相關(guān)應(yīng)用的關(guān)鍵所在。2.利用攝像頭實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別的操作方法，包括實(shí)驗(yàn)環(huán)境搭建、人臉數(shù)據(jù)采集與處理、人臉庫(kù)管理以及與MQTT服務(wù)器的結(jié)合應(yīng)用，確保學(xué)生能夠熟練運(yùn)用攝像頭和相關(guān)軟件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)有效的人臉識(shí)別功能。3.刷臉開(kāi)鎖功能的模擬實(shí)現(xiàn)，包括系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、功能模塊劃分、利用MQTT協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和控制動(dòng)作的編程實(shí)現(xiàn)及硬件連接和調(diào)試，確保學(xué)生能夠成功構(gòu)建刷臉開(kāi)鎖系統(tǒng)，體驗(yàn)物聯(lián)系統(tǒng)的智能控制功能，掌握物聯(lián)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的基本技能。
難點(diǎn) 1.深入理解人臉識(shí)別算法中特征提取與匹配的原理，涉及到復(fù)雜的圖像處理和數(shù)學(xué)模型，學(xué)生理解和掌握起來(lái)具有一定難度。2.在實(shí)踐操作中，正確搭建和優(yōu)化人臉識(shí)別系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，確保攝像頭、計(jì)算機(jī)、人臉識(shí)別平臺(tái)、MQTT服務(wù)器之間的協(xié)同工作穩(wěn)定高效，需要學(xué)生具備扎實(shí)的硬件知識(shí)、軟件操作能力和網(wǎng)絡(luò)配置技能，對(duì)學(xué)生的綜合技術(shù)能力要求較高。3.全面理解刷臉開(kāi)鎖系統(tǒng)的安全性和隱私保護(hù)問(wèn)題，包括人臉數(shù)據(jù)存儲(chǔ)安全、傳輸加密、防止人臉偽造等方面，以及在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何平衡安全性與用戶(hù)體驗(yàn)，需要學(xué)生綜合考慮技術(shù)、倫理和法律等多方面因素，從系統(tǒng)整體角度進(jìn)行深入分析和設(shè)計(jì)，對(duì)學(xué)生的系統(tǒng)思維能力和安全意識(shí)提出了較高挑戰(zhàn)。
教學(xué)過(guò)程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動(dòng) 學(xué)生活動(dòng) 設(shè)計(jì)意圖
導(dǎo)入新課 展示問(wèn)題情境中門(mén)鎖從傳統(tǒng)鑰匙開(kāi)鎖到智能開(kāi)鎖方式的演變，重點(diǎn)突出刷臉開(kāi)鎖的便捷與安全優(yōu)勢(shì)，提問(wèn)學(xué)生刷臉開(kāi)鎖是如何實(shí)現(xiàn)的，引發(fā)學(xué)生對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)的好奇，引出本節(jié)課的主題——人臉識(shí)別技術(shù)在刷臉開(kāi)鎖中的應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生明確本節(jié)課將深入探究人臉識(shí)別技術(shù)如何讓門(mén)鎖變得更加智能。 傾聽(tīng)老師引入相關(guān)問(wèn)題 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓從問(wèn)題中進(jìn)行思考，從而引出本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容
講授新課 一一、認(rèn)識(shí)人臉識(shí)別1.播放科普視頻展示人臉的五官特征，組織學(xué)生進(jìn)行觀察同桌五官特征并描述的活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生思考人類(lèi)識(shí)別人臉的方式，如眼睛捕捉圖像、大腦分析特征并匹配記憶中的人臉等，培養(yǎng)學(xué)生的觀察和思考能力。2.開(kāi)展“猜猜他是誰(shuí)”的小游戲，通過(guò)讓學(xué)生根據(jù)描述的五官特征猜測(cè)同學(xué)身份，進(jìn)一步加深學(xué)生對(duì)人臉特征在身份識(shí)別中作用的理解，為理解機(jī)器識(shí)別人臉過(guò)程做好鋪墊。3.組織學(xué)生分組觀察小組成員不同角度的照片，上傳至人臉識(shí)別平臺(tái)體驗(yàn)人臉識(shí)別功能，引導(dǎo)學(xué)生思考機(jī)器識(shí)別人臉的步驟，小組討論后總結(jié)：機(jī)器識(shí)別人臉首先要采集人臉圖像，然后提取人臉的局部特征（如眉毛、眼睛、鼻子、嘴等）和整體輪廓，最后與已存儲(chǔ)的人臉特征進(jìn)行匹配，識(shí)別出身份，教師進(jìn)行補(bǔ)充和完善，確保學(xué)生理解機(jī)器識(shí)別人臉的基本過(guò)程，培養(yǎng)學(xué)生的歸納總結(jié)和邏輯思維能力。4.講解人臉識(shí)別技術(shù)的定義，強(qiáng)調(diào)其是基于人的臉部特征數(shù)據(jù)進(jìn)行身份識(shí)別的生物識(shí)別技術(shù)，以及一個(gè)完整的人臉識(shí)別系統(tǒng)要求計(jì)算機(jī)能夠進(jìn)行人臉定位、特征分析、匹配人臉等三個(gè)關(guān)鍵步驟，使學(xué)生對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)有初步的理論認(rèn)識(shí)。二、利用攝像頭實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別1.實(shí)踐操作環(huán)節(jié)：搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境：介紹實(shí)驗(yàn)所需硬件（攝像頭和計(jì)算機(jī)），展示攝像頭與計(jì)算機(jī)的連接方法，確保學(xué)生能夠正確連接設(shè)備，為后續(xù)人臉數(shù)據(jù)采集做好準(zhǔn)備。講解人臉識(shí)別平臺(tái)的功能（如采集人臉圖像、識(shí)別人臉、人臉對(duì)比等）和操作界面，引導(dǎo)學(xué)生熟悉平臺(tái)的基本操作，如登錄、界面導(dǎo)航等。實(shí)現(xiàn)人臉匹配功能：教師演示運(yùn)行人臉識(shí)別平臺(tái)，選擇人臉匹配模塊，通過(guò)攝像頭實(shí)時(shí)采集或上傳圖片的方式添加人臉庫(kù)的操作過(guò)程，強(qiáng)調(diào)不同平臺(tái)操作可能存在差異，提醒學(xué)生注意觀察和記錄操作步驟，同時(shí)講解人臉庫(kù)管理的基本操作（如添加、刪除人臉等）。學(xué)生分組進(jìn)行操作，將自己或小組成員的面部對(duì)準(zhǔn)攝像頭，觀察人臉匹配結(jié)果，教師巡視各小組，及時(shí)幫助學(xué)生解決遇到的問(wèn)題（如攝像頭驅(qū)動(dòng)問(wèn)題、平臺(tái)操作不熟悉等），確保每個(gè)學(xué)生都能成功體驗(yàn)人臉匹配功能，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)際操作能力和問(wèn)題解決能力。三、探究刷臉開(kāi)鎖功能1.分析刷臉開(kāi)鎖功能的模塊組成，通過(guò)表格形式講解各模塊硬件構(gòu)成和功能：輸入模塊：硬件：攝像頭。功能：采集人臉數(shù)據(jù)，利用人臉識(shí)別算法進(jìn)行識(shí)別處理后，將識(shí)別結(jié)果（如是否為授權(quán)人員）發(fā)布消息至MQTT服務(wù)器相應(yīng)主題。計(jì)算模塊：硬件：具備移動(dòng)熱點(diǎn)功能的計(jì)算機(jī)。功能：搭建MQTT服務(wù)器，設(shè)置主題，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理和分發(fā)，確保人臉識(shí)別端與門(mén)鎖控制端之間的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確傳輸。輸出模塊：硬件：主控板和舵機(jī)。功能：主控板訂閱MQTT服務(wù)器相應(yīng)主題，當(dāng)收到開(kāi)門(mén)指令（即識(shí)別為授權(quán)人員）后，控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖動(dòng)作。2.模擬實(shí)現(xiàn)刷臉開(kāi)鎖功能：搭建實(shí)驗(yàn)環(huán)境：教師指導(dǎo)學(xué)生設(shè)置無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，確保設(shè)備能夠正常聯(lián)網(wǎng)通信，講解網(wǎng)絡(luò)設(shè)置中的關(guān)鍵參數(shù)和注意事項(xiàng)，如SSID、密碼等。演示搭建本地MQTT服務(wù)器的過(guò)程，包括安裝相關(guān)軟件（如SIoT等）、進(jìn)行配置（如設(shè)置服務(wù)器地址、端口號(hào)、用戶(hù)名和密碼等），強(qiáng)調(diào)服務(wù)器配置的重要性和常見(jiàn)問(wèn)題的解決方法，讓學(xué)生了解服務(wù)器搭建的基本步驟，學(xué)生分組進(jìn)行操作，教師巡視指導(dǎo)，確保每個(gè)小組都能成功搭建服務(wù)器。引導(dǎo)學(xué)生登錄人臉識(shí)別平臺(tái)，配置MQTT相關(guān)參數(shù)（如服務(wù)器地址、主題等），確保人臉識(shí)別平臺(tái)能夠與MQTT服務(wù)器正常通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。教師演示啟動(dòng)web版攝像頭頁(yè)面，采集人臉到庫(kù)中的操作，學(xué)生按照步驟進(jìn)行操作，確保人臉數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確采集并存儲(chǔ)到人臉庫(kù)中，為后續(xù)識(shí)別做準(zhǔn)備。模擬實(shí)現(xiàn)刷臉開(kāi)鎖功能：教師提供部分刷臉開(kāi)鎖功能實(shí)現(xiàn)的主要代碼（如舵機(jī)控制函數(shù)、MQTT消息接收處理函數(shù)等），逐行解釋代碼含義，引導(dǎo)學(xué)生理解代碼邏輯，重點(diǎn)講解如何根據(jù)人臉識(shí)別結(jié)果控制舵機(jī)動(dòng)作，以及如何與MQTT服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。學(xué)生根據(jù)教師講解補(bǔ)充完善程序，根據(jù)實(shí)際硬件連接調(diào)整相關(guān)參數(shù)（如舵機(jī)控制引腳等），將編寫(xiě)好的程序燒錄到主控板中，教師檢查學(xué)生程序代碼和硬件連接，確保無(wú)誤后進(jìn)行下一步操作。學(xué)生進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，站在攝像頭前進(jìn)行刷臉操作，觀察門(mén)鎖是否能夠正確開(kāi)鎖，若出現(xiàn)問(wèn)題，小組內(nèi)共同分析原因（如人臉采集不清晰、程序邏輯錯(cuò)誤、服務(wù)器通信故障等）并解決，教師巡視各小組，對(duì)普遍問(wèn)題進(jìn)行集中講解和指導(dǎo)，確保每個(gè)小組都能成功實(shí)現(xiàn)刷臉開(kāi)鎖功能，讓學(xué)生體驗(yàn)到物聯(lián)系統(tǒng)的智能控制效果，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐成就感。 認(rèn)識(shí)人臉識(shí)別、人臉開(kāi)鎖等相關(guān)的面容鑰匙的相關(guān)知識(shí) 通過(guò)幾個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)讓學(xué)習(xí)開(kāi)始掌握本節(jié)課的重點(diǎn)及難點(diǎn)
課堂練習(xí) 提出問(wèn)題：“在模擬刷臉開(kāi)鎖功能的過(guò)程中，你遇到了哪些困難？如何解決的？你認(rèn)為刷臉開(kāi)鎖系統(tǒng)在安全性和隱私保護(hù)方面存在哪些問(wèn)題？如何改進(jìn)？”組織學(xué)生分組討論，鼓勵(lì)學(xué)生分享實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)和問(wèn)題，如攝像頭圖像質(zhì)量問(wèn)題的解決方法、程序調(diào)試中遇到的邏輯錯(cuò)誤等，引導(dǎo)學(xué)生思考刷臉開(kāi)鎖系統(tǒng)可能存在的安全隱患（如人臉數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)、人臉偽造攻擊、系統(tǒng)漏洞導(dǎo)致非法開(kāi)鎖等）以及相應(yīng)的改進(jìn)措施（如加密存儲(chǔ)和傳輸人臉數(shù)據(jù)、采用活體檢測(cè)技術(shù)防止偽造、定期更新系統(tǒng)軟件和算法等），培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力和安全意識(shí)。每個(gè)小組推選一名代表發(fā)言，分享小組討論結(jié)果，其他小組可以進(jìn)行補(bǔ)充和提問(wèn)，教師進(jìn)行總結(jié)和點(diǎn)評(píng)，強(qiáng)調(diào)在物聯(lián)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中安全和隱私保護(hù)的重要性，鼓勵(lì)學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)和實(shí)踐中注重系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)，樹(shù)立正確的技術(shù)應(yīng)用價(jià)值觀。 提出相關(guān)問(wèn)題，學(xué)生之間進(jìn)行討論與思考，進(jìn)一步擴(kuò)展所學(xué)知識(shí) 進(jìn)一步拓展本節(jié)課的學(xué)習(xí)知識(shí)
課堂小結(jié) 1.與學(xué)生一起回顧本節(jié)課的重點(diǎn)內(nèi)容，包括人臉識(shí)別技術(shù)的原理（人臉圖像采集、特征提取、特征匹配與身份識(shí)別）、利用攝像頭實(shí)現(xiàn)人臉識(shí)別的操作方法、刷臉開(kāi)鎖功能的工作流程（輸入 - 計(jì)算 - 輸出模塊的數(shù)據(jù)交互）和模擬實(shí)現(xiàn)過(guò)程，強(qiáng)調(diào)人臉識(shí)別技術(shù)在智能門(mén)鎖及物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的重要作用和發(fā)展趨勢(shì)。2.提問(wèn)學(xué)生：“通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，你對(duì)人臉識(shí)別技術(shù)和刷臉開(kāi)鎖功能有了哪些新的認(rèn)識(shí)？在生活中你還能想到哪些人臉識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用場(chǎng)景？”引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)自己的學(xué)習(xí)收獲，加深對(duì)知識(shí)的理解和應(yīng)用能力，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)在生活中應(yīng)用的觀察力和創(chuàng)新思維。 引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)自己本節(jié)課的學(xué)習(xí)收獲 對(duì)本節(jié)課的學(xué)習(xí)進(jìn)行總結(jié)
21世紀(jì)教育網(wǎng) www.21cnjy.com 精品試卷·第 2 頁(yè) （共 2 頁(yè)）
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