计算机视觉技术应用 4.2-基于手势识别的数手指程序-教案

北京新大陆时代教育科技有限公司《AIGC大模型部署与应用》课程教案《《AIGC大模型部署与应用》授课教案授课教案《计算机视觉技术应用教案》课程教案学年度第学期项目名称项目五手势识别之手势画图项目实战授课教师授课时间课题名称4.2基于手势识别的数手指程序授课班级授课类型新授课课时4教学目标知识目标认识了解开源人工智能api-mediapipe。能力目标能够学会使用MediaPipe的手势检测功能；学会使用ipywidgets模块法定义图像盒子；学会使用opencv的imencode方法将图像值转成byte类型的值；学会使用IPython.display的display方法显示图像。素质目标培养逻辑思维能力，能够将现实世界的规则（如何判断手指伸出）转化为计算机代码；增强解决实际问题的能力，将上一任务的封装成果应用到新的具体任务中；体验从功能模块到完整应用的开发过程，激发创造力和成就感。教学重点根据食指、中指、无名指、小拇指的特征点坐标判断其伸缩状态；根据拇指的特征点坐标判断其伸缩状态（考虑左右手差异）；编写完整的数手指主程序，并实时显示结果。教学难点理解并实现不同手指（特别是拇指）伸缩状态的判断逻辑；在主循环中，整合手势检测、手指状态判断和结果图像叠加显示的代码。教法与学法讲授法、任务驱动法、讨论法等。教学手段及资源教材、PPT、原码、思维导图、实操视频、JupyterLab环境。学情分析使用教材《计算机视觉技术应用教案》教学环节（时间分配）教学内容与教师活动学生活动设计意图教学手段课前准备（15min）教师说课-课程整体设计1.课程性质与定位；2.课程教学目标；3.课程教学内容；4.课程教学实施；5.课程考核评价。听讲本次课通过教师对课程标准相关内容的介绍（性质与定位、教学目标、教学内容、考核方式等），学生可对本门课程的学习有所了解。PPT课程导入引导案例：基于手势识别的数手指程序。1.引导问题：（1）上节课我们封装了一个强大的handDetector类，可以轻松检测出手的位置和关键点。有了这些关键点坐标，我们能做什么有趣的应用？比如，怎么让电脑知道我们伸出了几个手指？（引出数手指程序）（2）伸出食指和弯曲食指，它们的关键点坐标有什么规律性的不同？（引导学生思考逻辑判断）自发回答引导问题由案例引出任务，通过引导问题激发学生的学习兴趣和积极性。PPT职业能力目标老师讲解本次任务所要达到的目标。帮助学生梳理各个任务点，为学习指明路径。任务分析1.教师围绕“基于手势识别的数手指程序”讲解本任务的要求；2.演示任务5.2的完成效果（实时视频中，程序能准确识别伸出的手指数量，并显示对应的数字图片）。听讲教师介绍完任务的结构后，演示任务完成效果，学生将对本任务的要求有一个感性的认识，同时也能吸引其注意力，激发其学习的积极性。PPT任务计划1.引导问题：要实现数手指，我们需要先判断每根手指的状态，再汇总，对吗？2.学生以小组为单位研讨并制定任务计划。听讲、做任务计划通过问题和课程结构介绍，引导学生明确实现本任务所需的知识点和技能点。学生分组研讨制定任务计划，培养其职业能力和团队协作能力。PPT知识储备（35min）检测手指是否伸起引导问题1：食指伸直时，指尖的y坐标比指关节的y坐标大还是小？为什么？（引导学生观察自己的手）引导问题2：为什么拇指的判断方法和其他四根手指不一样？它的运动方向有什么特殊之处？检测除拇指之外的手指：讲解通过比较指尖（如食指尖8号点）与指关节（如6号点）的y坐标（或x坐标，取决于翻转）来判断伸缩的原理。检测拇指：讲解拇指的特殊性，需要比较指尖（4号点）与近端关节（3号点）的x坐标，并强调左右手的判断逻辑相反。听讲学生通过教师设计的“引导问题”、“练一练”，带着问题学习任务实施所需的知识点，在必要时即时动手实践，可有效地提高其学习的主动性。PPT任务实施（90min）环境配置——讲解回顾并确认MediaPipe和OpenCV的依赖包已正确安装。环境配置——实操学生检查并导入所需依赖包。使用封装模块——讲解讲解如何导入并实例化上一节课封装的handDetector类，并调用其方法进行手势检测。使用封装模块——实操学生在JupyterLab中实例化handDetector类，并测试其基本功能。检测手指是否伸起——讲解结合知识储备中的原理，讲解如何将判断逻辑转化为Python的if-else代码，分别实现对四指和拇指的伸缩状态检测。检测手指是否伸起——实操学生根据指导，编写代码，通过判断特征点坐标，打印出每根手指的伸起状态。数手指程序——讲解讲解如何创建一个列表来存储五根手指的状态，然后统计列表中“1”的个数，最后根据总数加载并显示对应的手势图片。数手指程序——实操学生补全数手指程序的代码，整合所有逻辑，完成最终的实时数手指应用。分组开展任务实施教材建议的实施步骤遵循工作过程导向的原则。学生参考此步骤实施，可对其职业能力进行培养。培养学生可养成严谨、认真的工作态度以及善于总结的工作方式。教材、PPT、实操视频任务检查与评价（15min）经验分享当天轮到的小组选派代表分析本组实施经验；自评和互评1.小组各成员参照评价标准完成自评；2.完成对其他小组的评价。各组自评、互评学生通过对自己的实施过程和经验的介绍，锻炼自我展示能力。课堂任务单任务小结（5min）任务