跟着节气学计算机视觉｜趣味科学课堂课件

202X1.课程开篇：从节气到计算机视觉的相遇演讲人2026-06-12XXXX有限公司202X04/课堂实操：典型节气主题的教学案例03/课程整体设计：以节气为线索的CV教学体系02/基础认知：先搞懂两个核心概念01/课程开篇：从节气到计算机视觉的相遇06/拓展延伸：从课堂到生活的CV应用05/教学实施与效果反馈目录07/课程总结与展望跟着节气学计算机视觉｜趣味科学课堂课件作为一名深耕计算机视觉科普与教育领域8年的从业者，我曾在无数次公开课上被问到同一个问题：“计算机视觉到底是什么？能不能用我们熟悉的东西来解释？”直到2021年的一次校园科普活动，我带着学生用手机拍摄校园里的植物，并用AI模型识别它们的种类，有个六年级的学生指着屏幕上的“桃”字说：“这不就是我们课本里的惊蛰吗？”那一刻我突然意识到，二十四节气——这个承载了千年农耕智慧的时间坐标，或许就是连接大众与计算机视觉的最佳桥梁。本课件将以节气为线索，循序渐进地拆解计算机视觉的核心概念与应用场景，让传统文化与前沿科技在课堂上碰撞出火花。XXXX有限公司202001PART.课程开篇：从节气到计算机视觉的相遇1我的从业背景与课程初衷2015年我从计算机视觉专业硕士毕业后，先后参与过工业缺陷检测、医疗影像辅助诊断等项目，在一线技术落地中发现一个普遍问题：多数人对计算机视觉的认知停留在“人脸识别”“自动驾驶”等宏大场景中，认为这是只有专业人士才能接触的“黑科技”。2020年疫情期间，我开始尝试做线上科普，最初用“给AI喂猫片”的例子讲解图像分类，却发现学生们的注意力很难持续。直到那次惊蛰节气的校园拍摄活动，学生们将拍到的蜜蜂与课本里的“蛰虫始振”联系起来，我才找到破解困境的方向：将科技与大众熟悉的文化符号结合，而二十四节气无疑是最具共鸣的载体。2节气与CV的天然契合点我在设计课程时，总结出节气与计算机视觉的四大天然适配性：可量化的特征规律：每个节气的温度、光照、物候都有明确的周期性变化，比如立春后气温回升、惊蛰后昆虫复苏，这些特征可以被转化为计算机可以识别的图像数据；场景多样性：每个节气对应独特的自然景观与人文活动，从春日的梅花到冬日的雪景，从清明的青团到冬至的饺子，覆盖了图像分类、目标检测等几乎所有基础CV任务场景；文化共情基础：作为中华优秀传统文化的核心符号，多数中国人对节气有基础认知，能够快速进入学习场景；教学的递进性：从立春到大寒，节气的视觉特征从简单到复杂，恰好匹配CV任务从入门到进阶的学习节奏。XXXX有限公司202002PART.基础认知：先搞懂两个核心概念1二十四节气：农耕文明的时间智慧二十四节气起源于先秦时期，在西汉《淮南子》中完成完整记载，是古人通过观察太阳周年运动，总结出的指导农耕的时间体系。每个节气分为三候，共72候，每候对应一种物候现象：比如立春三候为“东风解冻、蛰虫始振、鱼陟负冰”，清明三候为“桐始华、田鼠化为鴽、虹始见”。直到今天，节气依然影响着我们的生活，比如清明祭扫、冬至吃饺子等习俗，都是节气文化的延续。2计算机视觉：让机器“看懂”世界计算机视觉（ComputerVision，简称CV）是人工智能的一个分支，核心目标是让计算机像人类一样“看懂”图像与视频数据。我在课堂上会用一个简单的比喻解释：“就像我们的眼睛会先识别轮廓，再识别细节，CV模型就是通过学习大量图像数据，让计算机学会识别物体、理解场景的技术。”常见的CV任务包括：2计算机视觉：让机器“看懂”世界2.1图像分类给整张图像贴上标签，比如判断一张照片是“春日梅花”还是“冬日雪景”，是最基础的CV任务；2计算机视觉：让机器“看懂”世界2.2目标检测在图像中找到特定物体的位置，并用矩形框标注出来，比如在惊蛰的照片中找到蜜蜂；2计算机视觉：让机器“看懂”世界2.3语义分割将图像中的每个像素分到对应的类别中，比如将清明的照片分为“草地、天空、建筑”三个类别；2计算机视觉：让机器“看懂”世界2.4姿态估计分析图像中物体或人体的空间姿态，比如测量夏至日的影子长度，计算太阳高度角；2计算机视觉：让机器“看懂”世界2.5图像生成通过AI模型生成全新的图像，比如根据“冬至雪景”的描述生成对应的画面。XXXX有限公司202003PART.课程整体设计：以节气为线索的CV教学体系1教学目标与受众定位能够使用轻量化CV工具完成节气相关的图像处理；理解5种基础CV任务的核心逻辑；掌握二十四节气的基本常识与物候特征；建立“科技与文化融合”的思维方式。本课程的受众主要为3-9年级的中小学生，以及对计算机视觉感兴趣的普通大众。核心教学目标包括：2课程阶段划分：从入门到进阶我将整个课程分为三个阶段，循序渐进地推进学习：2课程阶段划分：从入门到进阶2.1入门阶段（1-2课时）聚焦基础概念学习，以立春、雨水两个节气为载体，完成图像分类任务，让学生快速建立对CV的直观认知；2课程阶段划分：从入门到进阶2.2进阶阶段（3-4课时）学习目标检测、语义分割等任务，以惊蛰、清明、立夏等节气为载体，拆解节气场景的视觉特征；2课程阶段划分：从入门到进阶2.3创新阶段（1-2课时）学习姿态估计、图像生成等进阶任务，以夏至、冬至等节气为载体，完成自主创作与拓展实践。3分节气的CV任务对应表为了让课程逻辑更清晰，我整理了一套完整的节气与CV任务对应表，覆盖全部24个节气：|节气|对应CV任务类型|核心学习目标||--------|----------------------|----------------------------------||立春|图像分类|识别春日标志性景物||雨水|目标检测|寻找春雨后的水珠与返青植物||惊蛰|目标检测|识别蛰伏的昆虫与发芽的枝条||春分|语义分割|拆解春分时节的田野与河流场景||清明|图像分类+目标检测|识别祭扫场景与清明特色食物|3分节气的CV任务对应表|谷雨|语义分割|区分茶园与稻田的视觉差异||小满|目标检测|寻找成熟的麦穗与枇杷||芒种|语义分割|识别麦田与稻田的收割场景||夏至|姿态估计|测量最短影子长度与太阳高度角||小暑|图像生成|生成夏日避暑场景的AI画作||大暑|目标检测|寻找夜间的萤火虫||立秋|图像分类|识别秋日落叶与桂花||处暑|语义分割|区分山林与农田的秋季景观||白露|目标检测|寻找叶片上的露水||立夏|图像分类|识别夏日荷花与蝉蜕等特征|3分节气的CV任务对应表|秋分|姿态估计|测量太阳高度角的变化||寒露|图像生成|生成秋日夜景的AI画作||霜降|目标检测|识别霜花与红叶||立冬|图像分类|识别冬日腊梅与雪景||小雪|语义分割|区分屋顶、树木与地面的积雪场景||大雪|图像生成|生成冬日故宫雪景的AI画作||冬至|姿态估计|测量最长影子长度与日照时长||小寒|目标检测|寻找冰挂与雾凇||大寒|图像分类+图像生成|识别年货与春联，生成冬日团圆场景|XXXX有限公司202004PART.课堂实操：典型节气主题的教学案例1案例一：立春图像分类——识别春日特征1.1节气知识引入（5分钟）我会先播放一段1分钟的立春物候短视频，讲解立春的三候与咬春饼的习俗，随后提问：“大家能说出3种春天的标志性事物吗？”学生们通常会回答梅花、新芽、风筝等，我会将这些关键词写在黑板上，作为后续AI识别的参考标签。1案例一：立春图像分类——识别春日特征1.2CV原理讲解（10分钟）我会拿出提前准备的两张照片：一张是春日的梅花，一张是冬日的雪景，然后问学生：“你怎么分辨这两张照片？”学生们会回答“颜色”“植物状态”等，随后我会引出图像分类的概念：“AI就像我们一样，会通过学习大量的春日照片，记住梅花的颜色、新芽的形状这些特征，从而判断一张照片是不是春天的。”我会现场演示用GoogleTeachableMachine这个免费工具，上传10张春日照片与10张冬日照片，训练一个简单的分类模型，随后用新的照片测试，展示识别结果。1案例一：立春图像分类——识别春日特征1.3实操环节（20分钟）我会给每个小组分发提前准备好的图像数据集，包括20张图像，其中10张是春日场景，10张是其他季节的场景。学生们需要用训练好的模型识别每张照片，并记录识别结果，对比自己的初始判断与AI的识别结果。我会在教室里巡视，帮助有困难的小组调整模型参数。1案例一：立春图像分类——识别春日特征1.4小组讨论（10分钟）每个小组需要派代表分享“AI最容易识别错的图像是什么？为什么？”，比如有小组会发现“带雪的梅花照片”容易被识别为冬日场景，引导学生总结出“光照、背景”等影响CV识别的因素。2案例二：惊蛰目标检测——寻找蛰伏的生命2.1节气知识引入（5分钟）我会讲解惊蛰的“蛰虫始振”，展示校园里拍到的蜜蜂、柳树新芽的照片，提问：“惊蛰的时候，哪些小动物会从冬眠中醒来？”学生们会回答蜜蜂、蝴蝶、青蛙等，随后我会展示一张没有标注的校园惊蛰照片，问：“大家能在这张照片里找到几只蜜蜂？”2案例二：惊蛰目标检测——寻找蛰伏的生命2.2CV原理讲解（10分钟）我会引出目标检测的概念：“就像我们能在花丛里找到蜜蜂，AI也能通过学习大量的蜜蜂照片，学会在图像中框出蜜蜂的位置。”我会现场演示用百度AI开放平台的目标检测工具，上传一张蜜蜂的照片，展示识别框的效果，随后讲解“卷积神经网络”的基本逻辑——就像我们的眼睛会先识别蜜蜂的翅膀、触角这些特征，再确定它的位置。2案例二：惊蛰目标检测——寻找蛰伏的生命2.3实操环节（20分钟）每个小组会拿到5张提前拍摄的校园惊蛰场景照片，需要用目标检测工具上传照片，框出里面的小动物与植物，统计每个小组找到的物体数量。我会设置一个小竞赛，找到最多物体的小组可以获得小奖品。2案例二：惊蛰目标检测——寻找蛰伏的生命2.4拓展环节（10分钟）我会给学生们展示一张夜晚拍摄的蜜蜂照片，问：“这时候AI还能找到蜜蜂吗？”引导学生讨论光照对CV识别的影响，随后让学生们尝试用调整亮度的方式，让AI重新识别照片。3案例三：夏至姿态估计——测量光影的秘密3.1节气知识引入（5分钟）我会讲解夏至是一年中白昼最长的一天，太阳高度角最高，影子最短，随后提问：“大家知道怎么测量影子的长度吗？”学生们会回答用尺子量，我会进一步提问：“如果我们不在现场，能不能用照片测量影子的长度？”3案例三：夏至姿态估计——测量光影的秘密3.2CV原理讲解（10分钟）我会引出姿态估计的概念：“AI可以通过识别图像中的人体与影子，计算出像素比例，再结合已知的人体身高，换算出影子的实际长度。”我会现场演示用MediaPipe这个开源工具，上传一张人体照片，识别出人体的关键点，随后计算影子的像素长度。3案例三：夏至姿态估计——测量光影的秘密3.3实操环节（20分钟）我会让学生们在夏至当天的正午，用手机拍摄自己的影子，随后上传到姿态估计工具，识别出自己的身高与影子的像素长度，计算出实际的影子长度，对比用尺子测量的结果。我会给学生们展示一个计算示例：“如果我们的身高是1.5米，影子的像素长度是300像素，照片里的尺子像素长度是100像素，实际尺子长度是30厘米，那么影子的实际长度就是(300/100)*30=90厘米。”3案例三：夏至姿态估计——测量光影的秘密3.4讨论环节（10分钟）每个小组会分享自己的测量结果，讨论“为什么每个人的影子长度不一样？”，引导学生总结出太阳高度角、纬度、时间等影响影子长度的因素。4案例四：冬至图像生成——绘制冬日意境4.1节气知识引入（5分钟）我会讲解冬至的“阴极之至，阳气始生”，以及冬至吃饺子的习俗，随后提问：“大家印象中的冬至是什么样子的？”学生们会回答雪景、腊梅、吃饺子的一家人等，我会将这些关键词写在黑板上，作为后续AI生成的提示词。4案例四：冬至图像生成——绘制冬日意境4.2CV原理讲解（10分钟）我会引出图像生成的概念：“AI可以通过学习大量的冬至场景照片，学会生成新的冬至图像，就像我们自己画一幅画一样。”我会展示几个用StableDiffusion生成的冬至雪景图片，讲解扩散模型的基本逻辑——从一张噪声图开始，一步一步地还原出我们想要的图像。4案例四：冬至图像生成——绘制冬日意境4.3实操环节（20分钟）每个小组需要用文心一言的图像生成功能，输入提示词“冬至的雪景，腊梅，吃饺子的一家人”，生成自己的冬至图像，随后展示给全班同学，讲解自己的提示词。我会让学生们尝试修改提示词，比如“冬至的故宫雪景”“冬至的乡村雪景”，对比不同提示词的生成效果。4案例四：冬至图像生成——绘制冬日意境4.4创作环节（10分钟）学生们需要为自己生成的冬至图像写一段100字的描述，解释自己的创作思路，随后我会将优秀的作品贴在教室的展示墙上。XXXX有限公司202005PART.教学实施与效果反馈1课堂流程设计（以45分钟课时为例）以立春的图像分类课程为例，我会按照以下流程开展教学：1课堂流程设计（以45分钟课时为例）|时间节点|教学内容|215|----------|------------------------------||0-5分钟|课程引入，播放立春物候短视频||30-40分钟|小组讨论，总结识别特征|4|15-30分钟|实操环节，训练与测试分类模型|3|5-15分钟|讲解节气常识与图像分类原理|6|40-45分钟|课程总结，布置课后作业|2试点课程的真实反馈05040203012022年我在杭州某小学试点了12节节气CV课程，共覆盖240名学生，课后我收集了学生与老师的反馈：学生参与度：92%的学生表示“非常感兴趣”，8%的学生表示“比较感兴趣”，没有学生表示“不感兴趣”；知识掌握情况：课后测试显示，85%的学生能够正确说出图像分类的定义，78%的学生能够识别3种以上的春日特征；反馈意见：有学生提出“能不能用自己拍的照片来做实验”，有学生提出“能不能用CV来识别节气的食物”；教师反馈：该小学的科学老师表示，“这个课程将传统文化与科技结合，让学生在玩中学，既学到了节气知识，又了解了AI的基本原理，非常适合中小学生的科普教育”。2试点课程的真实反馈其中有个六年级的学生课后跟我说：“原来我每天背的二十四节气，不是只有课本里的文字，还有这么多科技的小秘密。”这句话让我坚定了继续推进这个课程的决心。XXXX有限公司202006PART.拓展延伸：从课堂到生活的CV应用1结合物联网的节气监测我曾与杭州某农业科技公司合作，将CV技术与物联网结合，应用于茶园的节气监测：通过安装在茶园的摄像头，用CV模型识别茶叶的生长阶段，结合二十四节气的时间规律，判断采茶的最佳时机。这个项目不仅提高了采茶的效率，也让学生们了解到CV技术在农业生产中的实际应用。2自主创作节气科技作品制作一个“节气检测器”，用手机拍摄照片，识别照片对应的节气；制作一个“节气生成器”，用AI生成自己的节气海报。制作一个“节气相册”，用CV工具分类自己拍摄的节气照片；学生们可以在课后完成以下节气科技作品：3跨学科融合STEP03STEP04STEP01ST