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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
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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
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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。
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課程開發與執行流程
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開發團隊
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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
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教材取得
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探索課程列表
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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
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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
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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
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學習地圖
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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。
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二進位、位元與圖形儲存
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圖形的儲存 學生活動
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動機引起 – 這些都是8? 參考網址 ：
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電腦都能讀懂嗎?
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手寫數字辨識原理
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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
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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
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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
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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
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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）
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手寫辨識學習系統介紹
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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
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認識像素
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影像辨識 前處理 -灰階化
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影像辨識 前處理 -二元化
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影像辨識 前處理 - 擴張
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影像辨識 前處理 – 腐蝕
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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。
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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。
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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。
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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
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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。
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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~ ，最大區域手寫量部位在這三個部位出現的 頻率。
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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。
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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。
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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。
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手寫數字辨識系統教學示例
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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)
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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
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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
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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
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手寫數字辨識 - 活動一 使用『決策樹』辨識手寫數字”1”
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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
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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？
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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
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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”
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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
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綠色部分的意義?如何修正? 紅色部分的意義?如何修正?
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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
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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？
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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”
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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”
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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
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THE END THE END
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