教案名称 人脸识别之川剧变脸
科目 高中人工智能 授课年级 10
课型 新授课 建议学时 2
一、课程指南
1. 内容要求
（1）认识人工智能的典型应用场景和关键领域技术，让学生体验“身边的人工智能”，从典
型场景中抽取出计算机视觉领域的人脸识别技术，探究典型人工智能技术的基本工作原理。
（2）知道如何从图像中提取 HOG特征，从而成为人工智能能够识别的数据。
（3）提供实践案例，让学生通过运用 Python 编程语言和相关人工智能实践平台对典型的人
工智能应用进行实现和实践。
（4）知道隐私保护的重要性，理解人工智能可能引发的伦理思考与困境。
2. 学业质量要求
（1）针对实际生活中的复杂问题，能够主动运用人工智能进行分析与综合判断，选择运用
人工智能解决问题的路径。
（2）掌握深度学习的基本算法，并能运用常见编程语言和开发框架进行算法实现。
（3）能够独立或合作开发支持跨学科学习和真实问题解决的适切智能资源，感悟人工智能
的应用对强化与提升个体综合能力、促进实践创新和高效学习的特殊价值。
（4）掌握保护个人和他人合法权益的手段和方法，自觉维护智能社会的绿色环境。
二、教学内容分析
1. 人工智能应用与技术：人脸识别技术这一 CV领域关键技术的进阶原理和典型应用场景。
2. 人工智能感知与数据：知道如何利用 matplotlib库进行图像可视化分析、根据川剧变脸任
务要求使用人脸识别技术从图像中创建特征。
3. 人工智能方法与实现：知道人脸检测和面部关键点识别的基本原理并使用 Dlib实现。
4. 人工智能伦理与社会：知道隐私保护的重要性，理解人工智能可能引发的伦理思考与困境。
三、学情分析
1. 心理特点：
学生的逻辑思维趋于严密，具有一定的抽象与归纳能力，具备可塑性、主动性和独立性特点；
学生好奇心强，有一定的探索能力和表达欲望，并且能够在原有知识的基础上进行迁移。
2. 知识基础：
学生已具备了一定的信息技术知识储备和 Python编程能力，具有一定的智能思维；
学生具有实际动手操作的能力，能够把知识应用于生活实践；
学生可能需要一些具体的教学支架（如可视化工具）来辅助理解教学内容的内在逻辑关系。
四、教学目标
1. 智能意识
了解人工智能对传统文化传承的作用，具有主动解决问题、掌握核心技术的意识；
能够理解人与机器在感知和处理图像方面的差别，理解机器的局限性；
在川剧变脸的具体任务情境中，体会人工智能的核心价值；
能够主动运用人工智能进行分析与综合判断，选择运用人工智能解决问题的路径。
2. 智能思维
针对待解决的问题，能够将其分解为一系列的实施步骤，进行积极探索，提出实现方案，通
过编程实现并对项目进行优化迭代。
3. 智能应用与创造
能够合理地选择、应用人工智能应用系统的开发工具和开发平台，使用所提供的资源设计并
实现针对本节课问题情景的智能解决方案。
4. 智能社会责任
认识到算法对解决问题的重要性，通过体验人工智能+传统文化应用场景，合理地与人工智
能开展互动，增强自我判断意识和责任感；
知道隐私保护的重要性，理解人工智能可能引发的伦理思考与困境；
掌握保护个人和他人合法权益的手段和方法，自觉维护智能社会的绿色环境。
五、教学重难点
1. 教学重点
人脸识别的概念、发展与基本流程；人脸检测的原理、流程与 Dlib实现；面部关键点检测的
原理与实现；基于人脸检测和关键点检测的川剧变脸效果的对比；隐私保护与伦理思考；
2. 教学难点
人脸识别的基本流程；人脸检测的流程、HOG特征的理解；面部关键点检测的原理；基于
人脸检测的脸谱定位与缩放；基于关键点检测的脸谱定位与缩放；
六、教学策略
1. 项目式学习
以一个川剧变脸项目的设计与实现串联整个学习过程，在完成项目的过程中，拆解问题，在
解决每个次级问题的过程中掌握相关知识技能，培养智能思维和创新意识，提升实践能力。
2. 启发式教学
在教学过程中，不断启发学生独立思考，逐步形成对特征、算法、模型的完整认知，积极对
学习过程进行反思，引导学生积极主动地学。
七、教学环境和资源
本课程需要学生进行实践操作，因此建议在人工智能实验室或配置有相关学习资源的环境中
开展教学，具体而言，至少应包括：
（1）已配置 Python编程环境和相关库的教学平台
（2）能够联网的计算机
（3）电子白板
八、教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
情景导入
1.创设学习情境：
介绍生活中随处可见的人脸
识别案例，引导学生思考机器
为何能认出人类？
2.播放科普视频：
引导学生观看科普视频并思
考：机器得以认识人类的技术
基础是什么？
1.头脑风暴与分享：
列举更多生活中的人脸识
别案例，思考为什么机器可
以识别人脸？
2.观看视频并思考：
从视频中提取关键信息：人
脸识别的概念，并积极思
考：机器得以认识人类的技
术基础是什么？
通过贴近生活的
案例导入，创设学
习情境，点明课程
学习主题，激发学
生的学习兴趣
概念介绍
1.知识奠基：
人脸识别概念、典型应用场
景、特点以及发展历程等概念
性知识
2.重点解释人脸识别的基本
流程
1.学习概念：
了解人脸识别相关的概念
性和事实性知识
2.掌握流程：
掌握人脸识别的基本流程
概念学习，开拓学
生视野；流程学
习，为后续进一步
数据处理奠定知
识基础。
原理揭示
1.解释人脸检测的原理：
HOG特征提取技术；
Dlib人脸检测原理
2.引导学生实现人脸检测：
介绍 dlib.get_frontal_face_dete
ctor()和 OpenCV 的用法，引
导学生实现人脸检测
1.学习人脸检测的原理：
知道HOG特征提取技术的
基本原理；
掌握 Dlib人脸检测原理
2. 实现人脸检测：
完成学习活动 1：基于 Dli
b实现人脸检测，了解其检
测结果的含义是什么
引导学生理解并
掌握人脸检测基
本原理和实现方
法。通过 Dlib实现
人脸检测，培养实
践能力，提升智能
思维能力。
绘制脸谱
1.引导学生绘制脸谱：
向学生介绍脸谱操控类Mask
的用法；
引导学生基于人脸检测的结
果为人物绘制脸谱
2.引导反思：
引导学生观察绘制效果并反
思问题所在
1.完成学习活动 2：
基于人脸检测的结果为人
物绘制脸谱，深入理解人脸
检测的原理，初步掌握脸谱
绘制方法
2.反思并讨论：
脸谱绘制效果不佳的可能
原因有哪些？如何解决？
通过实践让学生
深入理解人脸检
测；初步掌握脸谱
绘制方法，为后续
深入学习奠定技
能基础；反思脸谱
绘制效果，培养学
生的批判性思维，
同时引出更精确
的识别方法：关键
点检测技术
深化理论
1.解释关键点检测原理：
向学生介绍面部关键点检测
的原理以及 68 个 Keypoints
的索引顺序
2. 介绍摄像头界面：
向学生介绍摄像头用户界面
中关键组件的作用；
3.解读 check_keypoints流程：
向学生解读自定义函数 check
_keypoints的完整流程，包括：
人脸检测、关键点识别、关键
点绘制、可视化呈现四个步骤
4.引导学生实现关键点检测：
引导学生为摄像头界面组件
绑定 check_keypoints，实现自
己的面部关键点检测
1.学习关键点检测原理：
掌握面部关键点检测的基
本原理和 68个关键的分组
与索引顺序
2.了解摄像头界面：
了解摄像头界面中关键组
件的作用
3.掌握 check_keypoints 流
程：
掌握自定义函数 check_key
points的完整流程
4.完成学习活动 3：
为摄像头界面组件绑定 ch
eck_keypoints，实现自己的
面部关键点检测，不断移动
查看面部检测效果
从区域性人脸检
测过渡到更为精
细的面部关键点
识别，让学生了解
关键点检测的原
理和实现流程，并
通过实践加深理
解。摄像头的引
入，使学生能将自
己的面部信息作
为输入来获取检
测结果，激发学生
兴趣与探究欲。
方案升级
1.抛出问题：
如何根据面部关键点来更精
确地控制脸谱大小与位置？
2.引导方案优化：
引导学生完成脸谱尺寸、位置
的计算，实现对川剧变脸方案
的优化与升级
1.掌握关键点的使用：
掌握根据面部关键点的坐
标计算脸谱图像位置和缩
放尺寸的方法
2.完成学习活动 4：
编程实现上述计算方法，补
全程序并运行，对比脸皮绘
制效果是否有了明显提升
通过实现基于关
键点的变脸方案，
让学生掌握关键
点的使用方法，增
强实践能力，发展
计算思维和智能
思维
伦理思考
1.播放视频片段
2.抛出问题，引发讨论：
人脸识别的潜在风险？对个
人和社会可能的影响？作为
具有智能社会责任的我们，维
护智能社会的绿色环境？
1.观看视频并思考
2.讨论与分享：
积极思考教师的问题，讨论
并分享自己的想法
理解人工智能可
能引发的伦理思
考与困境，培养智
能意识与智能社
会责任
课堂总结
1.总结课堂：
总结课堂内容，帮助学生形成
知识体系，理解人工智能实现
路径
1.总结收获，形成体系：
总结本节课的收获，并跟随
教师的梳理形成清晰的知
识体系和一条人工智能实
现路径，完善认知结构
帮助学生巩固所
学，形成清晰的知
识体系，梳理人工
智能实现路径，完
善认知结构。
九、板书设计
十、教学反思
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