指導教授 李忠謀 中正高中 賴和隆 2012.4 https://sites.google.com/site/ccshademo/ 資訊科學專題探究 指導教授 李忠謀 中正高中 賴和隆 2012.4 https://sites.google.com/site/ccshademo/

綱要 課程設計發展緣由：國科會探索計畫 手寫數字辨識原理 教案介紹 學習系統介紹 教案示例 資訊選修課程未來發展

課程設計理念 主題式探索課程。 著重在親手實作、自我學習。 目的：協助學生 更瞭解日常生活中各種資訊科技應用背後的科學原理。 親身體驗和探索真實的資訊科學。 激發對資訊科學的興趣。

課程開發與執行流程

開發團隊

開發教材 教案 學生手冊(學習單) 教師手冊 投影片 測驗單 學習系統

教材取得 http://csexp.csie.ntnu.edu.tw/

探索課程列表

課程簡介 透過「手寫數字辨識 練習系統」與循序漸進的實驗活動，讓學生學習數位影像基礎知識，以及圖形辨識的概念與策略，並利用所學知識與經驗，架構出自己獨一無二的手寫數字辨識系統。 ˋ

課程實施 課程名稱 資訊科學專題探究 單元名稱 你猜我在寫什麼？手寫數字辨識 本單元實施週數 8-10周 高一選修 每班25人(兩班三組) 高一選修 每班25人(兩班三組) 課程名稱 資訊科學專題探究 單元名稱 你猜我在寫什麼？手寫數字辨識 本單元實施週數 8-10周 實施方式 課前在家觀看影片 上課簡短問答，學生分組操作系統 最後進行小組競賽

學習目標 了解數位影像的基礎知識 了解影像處理的基本概念 知道數位影像前處理的方法 認識用以分辨手寫數字的影像特徵 了解什麼是決策樹，以及決策樹是如何去分辨不同特徵的數字 能夠自行建構用以分辨手寫數字之決策樹

學習地圖

先備知識與預期成果 學生先備知識與技能 在生活中接觸過數位影像 預期產出成果 依據特徵值的特性，建構自己的決策樹。

二進位、位元與圖形儲存

圖形的儲存 學生活動 http://educate.intel.com/en/TheJourneyInside/ExploreTheCurriculum/EC_DigitalInformation/DILesson3/DIL3_Activity1/

動機引起 – 這些都是8? 參考網址 ：http://tw.yahoo.com/

電腦都能讀懂嗎?

手寫數字辨識原理

手寫數字辨識 步驟一 原始影像 灰階化 影像前置處理 二元化 擴張 取特徵值 腐蝕 進行辨識 結果

影像前置處理 原始影像 灰階化 影像前置處理 二元化 取特徵值 擴張 進行辨識 腐蝕 結果

手寫數字辨識 步驟二 原始影像 狹長度 封閉區域個數 影像前置處理 封閉區域位置 取特徵值 水平投影及垂直投影 進行辨識 結果 區域手寫量 手寫數字辨識 步驟二 原始影像 狹長度 封閉區域個數 影像前置處理 封閉區域位置 取特徵值 水平投影及垂直投影 進行辨識 水平投影及垂直投影高峰點部位 結果 區域手寫量

手寫數字辨識 步驟三 原始影像 影像前置處理 取特徵值 進行辨識 決策樹 結果

第一節：教學活動準備 產生個人手寫數字圖檔 手寫數字辨識系統說明 教學影片說明（選擇性）

手寫辨識學習系統介紹

第二節 影片提問（選擇性） 影像處理的基本概念-「像素」 影像「前處理」的活動實施 灰階化 二元化 擴張 腐蝕

認識像素

影像辨識 前處理 -灰階化

影像辨識 前處理 -二元化

影像辨識 前處理 - 擴張

影像辨識 前處理 – 腐蝕

第三節 影片提問（選擇性） 特徵值「狹長度」的活動實施 (請操作手寫數字辨識系統，並配合「狹長度實驗單」) 活動一：請同學們在區分成兩類情況下，觀察不同臨界值的分類 情形。 活動二：請同學在不同的分組類別下，觀察手寫數字的分類情形 ，以及狹長度的設定。 活動三：請同學嘗試選取自己手寫的數字利用狹長度做辨識，並 自行設定分成幾類，決定臨界值。

第四節 影片提問（選擇性） 特徵值「封閉區域個數」的活動實施 (請操作手寫辨識系統，並配合「封閉區域個數實驗單」) 活動一：了解手寫數字0到9可能的封閉區域個數。 活動二：比較利用擴張、腐蝕前處理前後封閉區域個 數之差異。 活動三：利用實際手寫資料，觀察手寫數字0~9，最常 出現的封閉區域個數。 活動四：觀察下面各組的符號，是否能利用封閉區域 個數做分類。  

第四節 (續) 3.特徵值「封閉區域位置」的活動實施 (請操作手寫辨識系統，並配合「封閉區域位置實驗單」) 活動一：能夠從手寫數字圖判斷相對應的封閉區域位置。 活動二：利用實際手寫數字資料，觀察手寫數字0~9中，封閉區域最常出現的位置。 活動三：觀察下面各組數字，是否能利用封閉區域位置做分類。  

第五節 影片提問（選擇性） 特徵值「水平/垂直投影」的活動實施 (請操作手寫辨識系統，並配合「水平/垂直投影實驗單」) 活動一：能夠從水平投影圖及垂直投影圖判斷相對應的印刷數字。 活動二：能夠從手寫數字產生相對應的水平投影圖及垂直投影圖。 活動三：能夠從水平投影圖及垂直投影圖判斷出相對應的手寫數字

第五節(續) 3.特徵值「水平/垂直投影最大值」的活動實施 活動一：了解0~9印刷數字水平投影高峰點部位及垂直 投影高峰點部位。 (請操作手寫辨識系統，並配合「水平/垂直投影最大值實驗單」) 活動一：了解0~9印刷數字水平投影高峰點部位及垂直 投影高峰點部位。 活動二：判斷手寫數字水平投影高峰點及可能出現部位。 活動三：判斷手寫數字垂直投影高峰點及可能出現部位。 活動四：利用實際手寫資料，觀察手寫數字0~9，最常 出現的水平投影高峰點及垂直投影高峰點。

第六節 影片提問（選擇性） 特徵值「區域手寫量」的活動實施 (請操作手寫辨識系統，並配合「區域手寫量實驗單」) 活動一：能夠判斷手寫數字的區域手寫量圖。 活動二：利用大量手寫資料，觀察每一個手寫數字0~9 ，最大區域手寫量部位在這三個部位出現的 頻率。

第七節 特徵值「決策樹」的活動實施 (請操作手寫辨識系統，並配合「決策樹實驗單」) 活動一：能夠藉由決策樹分辨數字。 活動二：能夠學習建構決策樹，並對特定手寫數字 作分類。

第八節 小組競賽實施 比賽規則說明 說明手寫數字辨識比賽的進行方式、評分標準、計分方式、時間限定。 比賽實施 說明手寫數字辨識比賽的進行方式、評分標準、計分方式、時間限定。  比賽實施 請每一組(位)學生自行設定特徵值，或是利用老師已設定好的特徵值建立決 策樹，並針對自己的手寫數字做辨識。 評分時間 讓每組學生去測試其他組的決策樹，並寫出正確的辨識率。 公布結果 經由正確的辨識率高低可以判斷學生設計的決策樹是否完善，也讓學生們 了 解決策樹的設計不只一種模式。

第九節 成就測驗實施 主要包含四種題型，是非題、單選題、配對題、填充題。用來測試學生在這七週裡是否有學到影像處理的概念，以及對影像處理的應用「手寫辨識」有進一步的認識。

手寫數字辨識系統教學示例

數字的特徵值- 狹長度 數字之高度與寬度的比例大小(高度除以寬度) 數字的高度與寬度之差異越大就代表越狹長 比例小的數字 比例大的數字 (寬短類) 比例大的數字 (狹長類)

數字的特徵值- 狹長度 4 手寫數字之狹長度並非固定 取合適的狹長度作為臨界值，可以用來區分數字 臨界值 寬=0.8 , 高=4.6 ,　狹長度=5.75 寬=1.9 , 高=4.2 ,　狹長度=2.21 狹長度大於4 狹長度小於4

45.3 1.8 1.1 2.3 1.3 2.1 1.6 2.5 2.2 2.4 臨界值 = 2 狹長度＜2 狹長度＞＝2

實驗單元一 使用學習單，了解「狹長度」基本概念， 更知道如何利用「狹長度」去區分數字。 資訊科學主題式應用與技術探索

手寫數字辨識 - 活動一 使用『決策樹』辨識手寫數字”1”

活動一 步驟一：點選”數字辨識”單元 步驟二：先選數字”1”並讀圖100張 步驟三：決定狹長度，以1,3為界限 步驟四：觀看結果

問題 未分類的1總共______個，應該如何修改決策樹呢？ 此決策樹所採用的特徵值「狹長度」，是否需要兩個臨界值？

手寫數字辨識系統學習 封閉區域個數 封閉區域位置 請依據手上的學習單之實驗單元二 於系統上進行學習並回答相關問題

手寫數字辨識 - 活動二 活動二 使用決策樹辨識手寫數字 ”1” , ”4”

活動二(續) 步驟一：先選數字”1”及”4”並讀圖200張 步驟二：決定狹長度，以2,4為界限 步驟三：觀看統計結果

綠色部分的意義?如何修正? 紅色部分的意義?如何修正?

活動二(續) 步驟三：在”2<=狹長度<4”的節點，加入『封閉區域個數』之特徵判斷 步驟四： 觀看結果

問題 未分類的1總共______個，應該如何修改決策樹呢？    手寫數字「4」的封閉區域個數只有可能為1個嗎？還是有其他可能呢？

手寫數字辨識 - 活動三 活動三 使用決策樹辨識手寫數字 ”6” , ”9”

手寫數字辨識 討論並記錄決策樹 活動四 使用決策樹辨識手寫數字 ”1” , ”6” , ”9”

資訊選修課程未來展望 誘因 課程安排 教材教法 單向口授與對話思考 主動合作與被動接受 具體與抽象 完整與發展過程 完美與不完美

THE END THE END