人教版（2024）八年级全一册信息科技第15课《面容钥匙显智能》教案

第1页共11页人教版(2024)八年级全一册信息科技第15课《面容钥匙显智能》教案第1课时：面容钥匙的“识别密码”——人脸识别原理与模块分析课时主题：面容钥匙的“识别密码”——人脸识别课时时长：45分钟对应教材内容：第三单元第15课15.1认识人脸识别、15.3探究刷脸开锁功能(模块分析部分)新课标核心素养对接：聚焦“信息意识”与“数字思维”,通过人脸特征观察、识别平台体验，理解人脸识别的核心流程，拆解刷脸开锁的三大模块，建立“特征提取—匹配验证—系统协作”的逻辑思维，感知(一)核心素养目标信息意识：能准确说出人脸识别技术的定义及“检测人脸一提取特征点一人脸对比”的核2个生活中人脸识别的应用场景，感知该技术在身份验证中的便捷性与安全性。数字思维：能通过“人工描述人脸特征一机器识别流程”的对比，理解机器识别人脸的技术逻辑；能精准拆解刷脸开锁的输入、计算、输出三大模块，明确各模块的硬件组成及核心职责，信息社会责任：在特征提取活动中体会个人生物特征的唯一性，在应用讨论中初步形成生物特(二)知识与技能目标1.掌握人脸识别技术的定义，理解“检测一提取一对比”三步骤的具体含义，能区分人工识人与机器识2.能独立完成人脸特征观察与记录任务，通过人脸识别平台体验，验证机器识别流程，准确描述体验中3.能完整分析刷脸开锁的三大模块，明确各模块的硬件配置及功能衔接关系，独立完成模块功能分析表。第2页共11页(三)过程与方法目标1.通过“场景导入一特征探究一平台体验一模块拆解”的递进式活动，掌握人工2.通过小组合作观察人脸特征、讨论模块分工，提升协作探究、语言表达及逻(四)情感态度与价值观目标1.感受人脸识别技术在智能生活中的应用价值，激发对人工智能与物联网融合技术2.培养“从现象到本质”的探究习惯，养成严谨分析技术细节、重视数据安类别内容突破策略教学重点1.人脸识别“检测一提取一对比”的核心流程；2.刷脸开锁三大模块的拆1.先人工描述人脸特征再体验平台，对比中梳理机器识别流程；2.结合教材表15.2,用实物展示硬件并匹配模块功能。教学难点1.理解“特征点提取”在人脸识别中的核心作用；2.厘清刷脸开锁各模块1.用“人脸特征勾选表”具象化特征点，结合平台体验中的特征点展示功能强化认知；2.绘制模块间数据流转图，标注数据传递路径。素材准备：智能门锁刷脸开锁视频、人脸识别流程示意图、人脸特征勾选表(教材表15.1)、刷脸开锁模工具准备：多媒体课件、白板、马克笔、小组讨论记录表、主控板、摄像头、舵机实物(辅助认知硬件)、前置任务：回顾第14课MQTT服务器“发布—订阅”模式，观察生活中1个人脸识别应用场景(如手机解锁、小区门禁),记录其操作流程及特点。(一)情境导入：面容如何变“钥匙”?(5分钟)教学活动：教师展示智能门锁刷脸开锁，用户无需钥匙，面对门锁摄像头即可开门第3页共11页传统钥匙，为什么门锁能识别并打开?‘人脸’作为‘钥匙’,需要经过哪些处理才能被门锁认可?”引导学生关联“识别”“特征”“验证”等关键词，引出本课主题：“今天我们就来破解面容钥匙的秘密，探究人脸识别的原理以及刷脸开锁系统的组成。”设计意图：用贴近生活的智能场景制造认知悬念，通过具象案例关联抽象技术，自然衔接(二)探究新知一：人脸识别的“三步魔法”(15分钟)环节1:人工识人的“密码”——特征观察：教师提问：“我们平时如何区分不同的同学?会关注哪些面部特征?”发放“人脸特征勾选表”(教材表15.1),3人小组合作，观察小组成员的眉毛、眼睛、鼻子等部位特征，勾选并记录关键词。小组分享观察结果，教师总结：“人工识人依靠的是面部关键特征的差异，机器识别人脸也遵循类似逻辑，但会更精准地提取‘特征点’。”环节2:机器识人的“三步流程”——平台体验：教师展示人脸识别流程示意图，讲解核心步骤：“机器识别人脸分为‘检测人脸一提取特征点一人脸对比’三步，就像先找到人脸在哪里，再记录面部关键‘坐标’,最后和已存数据比对是否匹配。”学生体验网页版人脸识别平台：①上传小组成员正面照片作为“人脸库”;②拍摄实时人脸，观察平台界面中“人脸框选(检测)”“特征点标记(提取)”“匹配度显示(对比)”的过程，记录匹配成功的关教师引导提问：“如果遮挡眼睛，匹配会成功吗?为什么?”强化“特征点提取是核心，关键特征点缺失设计意图：从“人工识人”到“机器识人”的类比，降低技术理解难度；通过填表观察和平台体生在实践中感知“三步流程”,突破“特征点提取”这一难点。(三)探究新知二：刷脸开锁的“模块协作”(18分钟)环节1:需求分析——刷脸开锁需要什么?:教师提问：“要实现‘刷脸一门锁打开’的功能，需要解决哪些问题?需要哪些设备配合?”引导学生结环节2:模块拆解——三大模块的分工：教师展示刷脸开锁模块拆解图，结合教材表15.2,逐一讲解模块功能，同时展示对应硬件实物：输入模块：“相当于系统的‘眼睛’,由摄像头组成，负责采集人脸数据，通过人脸识别平台验证后，向第4页共11页息并推送给输出模块，实现数据中转。”输出模块：“相当于系统的‘手’,由主控板和舵机组成，订阅MQTT服务器消息，收到‘匹配成功’消息后控制舵机转动，模拟开锁动作。”环节3:数据流转——模块间如何配合?:小组任务：4人小组合作绘制“刷脸开锁数据流转图”,标注“摄像头采集→识别平台验证→服务器中转→舵机转动”的路径，在图中注明各环节对应的模块。教师巡视指导，选取典型作品展示点评，强调：“输入模块是‘发布者’,输出模块是‘订阅者’,计算模块是‘服务器’,三者通过MQTT协议实现数据联动。”发放“刷脸开锁模块功能分析表”,学生独立填写，巩固模块与硬件、功能的对应关系。设计意图：从需求分析切入，用“感官类比”拆解模块功能，结合实物增强直观认知；绘制数据流转图的任务，帮助学生厘清模块间的逻辑关联，突破“数据流转”这一难点。(四)课堂小结+作业布置(7分钟)小结：思维导图整合：师生共同绘制思维导图，核心分支为“人脸识别(定义、三步流程)一刷脸开锁(三大模块、硬件、数据流转)—核心技术(特征提取、MQTT中转)”,强化知识结构化。基础作业：完善模块功能分析表，背诵人脸识别三步流程及刷脸开锁各模块的硬件组成；举例说明生活中人脸识别的应用，标注其“检测一提取一对比”的体现。拓展作业：结合前置任务观察的人脸识别场景，分析其是否包含输入、计算、输出三大模块，写出简要分析报告。预习作业：阅读教材15.2和15.3的实操部分，思考“要实现刷脸开锁，MQTT服务器需要创建什么主题?人脸识别平台如何与服务器连接?”。设计意图：思维导图帮助学生构建知识体系；基础作业巩固核心知识，拓展作业引导技术迁移，预习作业为下节课实操铺垫。六、课时板书设计第1课时：面容钥匙的“识别密码”——人脸识别原理与模块分析一、人脸识别技术1.定义：基于面部特征数据的身份识别技术2.核心流程：检测人脸(找位置)→提取特征点(记坐标)→人脸对比(辨身份)二、刷脸开锁系统：三大模块协作第5页共11页1.输入模块：摄像头→采集人脸、识别后发布消息(发布者)2.计算模块：计算机→搭建MQTT服务器、中转消息(中转站)3.输出模块：主控板+舵机→订阅消息、控制开锁(订阅者)三、数据流转：摄像头→识别平台→服务器→舵机第6页共11页1.核心素养目标●信息意识：通过刷脸开锁硬件搭建、平台配置与功能测试，感知“人脸识别准确性”“服务器稳定性”“硬件协同性”对系统功能实现的影响，建立“智能系统实操验证”的认知意识。●数字思维：通过人脸识别平台配置、MQTT通信调试与智能拓展设计，培养逻辑推理与问题解决能力，形成“硬件搭建→平台配置→通信调试→功能优化”的思维链条。●技术应用：能规范连接摄像头、主控板与舵机，能配置网页版人脸识别平台与MQTT服务器，能实现“人脸匹配成功→舵机转动开锁”核心功能，能设计“活体检测提示”等智能拓展功能。●社会责任：结合刷脸开锁的隐私保护设计，理解生物特征数据的敏感性，树立“智能技术应用必须坚守隐私保护底线”的理念。2.具体目标●能完成摄像头与计算机、主控板与舵机的硬件连接，能排除“摄像头未识别”“舵机接错引脚”等基础问题。●能配置网页版人脸识别平台，完成人脸库添加与匹配参数设置，能验证人脸识别准确率。●能搭建MQTT服务器并完成平台配置，实现“人脸识别成功后自动发布指令”,能调试主控板与服务器的通信连接。●能实现刷脸开锁核心功能，能记录3种以上常见故障及解决方法；能设计“活体检测”提示功能，提升系统安全性。二、教学重难点●重点：摄像头与计算机的连接配置；人脸识别平台的人脸库建立与参数设置；MQTT服务器与平台、主控板的通信配置；刷脸开锁核心功能实现与故障排查；“活体检测”等安全拓展功能设计。●难点：确保人脸识别平台与MQTT服务器的通信稳定性；实现“人脸识别结果”到“开锁指令发布”的自动触发；“活体检测”提示功能的逻辑设计与实现。教师活动学生活动设计意图式复习导1.快速提问：“人脸识别的三个步骤是什么?1.回顾旧知，准确回答复习旧复习评第7页共11页分钟)刷脸开锁的三大模块分别对应什么硬件?和第14课远程控制相比，输入模块的核心区别是什连接这些硬件?如何让摄像头识别成功后，舵通信、实现刷脸开锁并优化安全功能”;4.引出课题：“刷脸开锁功能实现与智能拓展”。件及输入模块差异；2.“摄像头与计算机连接”“平台与服务器通信”等关键问题；3.明确本节课核心任务：硬件搭建、平台配置、通信调试、功能实现与拓展；4.激发实操兴趣，知建立实操理础，问题聚焦直指核心难点(跨系统通布明确学习目发实操动力价：随机提问生回顾核心知识；观套件的兴趣与一：硬与平台配置一牢智能基础”(10分1.硬件连接指导：①提供《硬件连接示意图》,演示：摄像头通过USB连接计算机(输醒：“舵机信号线接指定引脚，电源正负极勿录→进入“人脸匹配”模块→添加“人脸库”(拍摄3张小组代表不同角度照片)→设置匹照片，测试匹配成功率，调整阈值至准确率达标；3.分组任务：①连接硬件并举手待查；②1.观看演示，记录硬件连接关系(摄像头→计板pin1);2.小组合作连接硬件，一人操作一人检查电源极性；3.按照步骤配置平台，拍摄清晰人脸照片添加到库，测试匹配效果，如“阈值80分时匹配成功率100%”;4.完成后举手待查，修正教师指出的连接或配置问题。分步演示降低规避安险，逐组检查为跨系统通信性与平台配置效果评库添加质量与匹配准1.服务器搭建指导：①分步演示SIoT服务器1.按照步骤搭建SIoT第8页共11页—智能链路”(15分题“Face/Lock”→记录服务器IP、端口、账号密码；②验证计算机与主控板连接：确保两“MQTT设置”中填写服务器IP、端口、主题、账号密码；②关键讲解：“设置‘匹配成功后自动发布消息’,消息内容设为‘unlock’,实现识别成功即发开锁指令”;3.主控板代码辑：“连热点→连服务器→订阅‘Face/Lock'主题→收‘unlock’指令→控舵机转动”;②关键代码：订阅主题舵机控制servo(1).angle(180);4.分组调人脸触发匹配成功，观察服务器是否收到消信息；2.协助教师完成“匹配成功自动发指令”的逻辑；3.阅读代码模板，修改服务器配置信息(IP、账号密码等),理解订阅端代码逻辑；4.烧录代码后测试通信，记录“人脸匹配成功→服务器收到‘unlock’→舵机转动”的效果；5.若通信失败，对照教师提供的查，如“主题名称是否一致”“IP是否填写正确”。板降低系统通点，故障排查问题解决能力，测畅中配置信息的准确性；操录通信问题解决评排查的效率与准确三：功能优化与智能拓展一牢安全防线”(10分1.安全设问：“现在用照片就能触发匹配成功亮，舵机转动；匹配失败时LED不亮’”,提识别时，平台提示‘请眨眼’,完成眨眼动作才判定匹配成功”,演示平台活体检测设置方法；3.分组任务：①完成LED灯硬件连接与代化效果：用照片测试是否能触发开锁，验证安全功能有效性；4.成果展示：邀请2-3组演示1.思考风险问题，认同“照片盗刷”的安全隐患，理解活体检测的必要性；2.小组合作连接LED灯(如接pin2接口),修改代码添加(亮灯);3.在教师指导下设置平台活体检测功能，测试“眨眼验证”效果；4.用照片测问题引导强化安全意兼顾不同能力实操优系统智成果展功能实交互性设计”价上台第9页共11页优化后的刷脸开锁功能，分享安全设计思路。“照片无法触发开锁，锁”;5.上台演示，阐述“LED提示提升交互性，活体检测提升安全表达能力演示的清晰度与安全思路阐华与总分钟)1.故障复盘：“回顾实操中遇到的问题，哪些的关键思路是什么?”;2.智能思辨：“对比现在哪里?(从‘人工指令’到‘智能识别’,从‘被动执行’到‘主动验证’)”;3.隐私强调：“人脸是敏感生物特征，一旦泄(选择正规产品、不随意授权、定期检查设备安全性)”;4.课后任务：“设计‘校园刷脸考勤系统’,绘制系统构成图，标注各模块硬1.复盘问题，总结“硬体现，明确“自动识别身份、主动安全验证”是核心升级点；3.记录“生物特征安全”意识；4.绘制校园考勤系统构成图，思考“如何关联学生信息、如何记故障复问题解决能力，智能思辨升华核心素养，隐私强调会责延伸学习深度思维评价：抽查考勤系统构成图的与逻辑价隐私保护讨与度与1.人脸库构建挑战赛：全班分为小组，每组选取1名“模特”,在3分钟内完成“拍摄5张不同角度(正面、左右侧45°、抬头、低头)照片→添加到人脸库→测试匹配准确率”,要求不同角度匹配准确率均不低于90%,最快完成且达标的小组获“人脸库构建能手”称号(评价维度：照片质量、匹配准确率、完成速度)。2.全流程故障排查赛：教师预设3个常见故障场景(如“人脸匹配成功但服务器未收到消息”“服务器收到消息但舵机不转”“用照片能触发开锁”),小组抽取场景后在5分钟内排查并修复，成功实现“真人刷脸开锁、照片无法开锁”的小组获“智能排查高手”称号(评价维度：故障定位准确性、修复速度、安全功能有效性)。第10页共11页3.智能拓展方案路演：小组基于刷脸开锁功能，设计“校园刷脸门禁”拓展功能，如“不同时间段权限控制(上课期间学生禁止出校)”“异常刷脸提醒(多次匹配失败通知管理员)”,制作方案海报，进行2分钟路演，阐述“需求分析-功能设计-硬件升级-安全保障”,全班投票评选“最佳智能方案”