王玉

2017版《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)》[1]與舊版本相比大幅增加了人工智能內(nèi)容的比重。目前，高中人工智能教學(xué)處于起步階段，如何選擇人工智能資源用于教學(xué)，是當(dāng)前教學(xué)急待探索解決的問題，我就此談一些教學(xué)工作體會。

精選體驗(yàn)式資源，推進(jìn)AI教學(xué)

教學(xué)資源是一切能用于教育教學(xué)的物質(zhì)條件、自然條件、社會條件以及媒體條件。本文所指的體驗(yàn)式教學(xué)資源主要指在線資源，這種資源易搜集，也能使學(xué)生體驗(yàn)AI技術(shù)、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。

目前一線教師容易獲取的在線體驗(yàn)教學(xué)資源主要有以下3種：在線微視頻、具有AI功能的APP和微信小程序。

1.在線微視頻

在網(wǎng)上尋找專業(yè)團(tuán)隊(duì)制作的在線微視頻教學(xué)，有助學(xué)生準(zhǔn)確迅速了解AI基礎(chǔ)知識。如華東師大出版社《人工智能基礎(chǔ)（高中版）》第一章第二節(jié)“光輝歲月”[2]中有關(guān)圖靈測試的知識，選擇Knowing AI團(tuán)隊(duì)制作的“圖靈測試——機(jī)器會思考嗎？”視頻，一分鐘就能闡釋清楚圖靈測試基本原理。又如第五章“冰雪聰明：看懂視頻”[2]的引入，利用“一分鐘看懂計(jì)算機(jī)視覺”Knowing AI微視頻，能幫助學(xué)生快速了解圖像分類、物體檢測、語義分割、視頻分析四種計(jì)算機(jī)視覺核心概念。生動形象的微視頻引入，引起學(xué)生高度興趣，為后期學(xué)習(xí)做好鋪墊。

當(dāng)前，AI基礎(chǔ)知識介紹的微視頻資源廣泛集成在各類AI開放平臺上。如百度AI開發(fā)平臺的教學(xué)視頻。建議老師根據(jù)課程和教材要求精選并整理后用于教學(xué)。

2.有AI功能的APP

在人工智能教學(xué)中使用有AI功能的APP，引導(dǎo)學(xué)生感性直觀體驗(yàn)，激發(fā)探究AI技術(shù)好奇心和旺盛探索欲。

以科大訊飛語音識別APP為例，通過體驗(yàn)訊飛聽見、聽歌識曲及訊飛留聲等程序，學(xué)生能夠直觀了解語音識別技術(shù)與語音合成技術(shù)，引導(dǎo)歸納理解語音技術(shù)工作原理。

再如美圖秀秀APP具有將人像照片繪制成動漫形象的AI功能，此功能可運(yùn)用在課堂中幫學(xué)生體驗(yàn)人臉識別與AI數(shù)據(jù)分析，激發(fā)探索AI學(xué)習(xí)能力的好奇心。

各類具有AI功能的APP，形式新穎、內(nèi)容生動，合理使用能夠調(diào)動學(xué)生探究興趣、滿足人工智能體驗(yàn)教學(xué)要求，值得嘗試。

3.微信AI小程序

用騰訊AI微信小程序進(jìn)行人臉識別教學(xué)。在線體驗(yàn)：打開微信，掃描屏幕上的二維碼，進(jìn)入小程序體驗(yàn)。仿照例子畫出開心、悲傷和吃驚三種表情對應(yīng)圖形，之后體驗(yàn)“人臉分析”，兩人一組拍攝三種表情，判斷識別是否準(zhǔn)確。

通過在線體驗(yàn)及教師講解，學(xué)生可了解機(jī)器如何通過特征點(diǎn)描述并識別人臉;通過對不同表情識別，加深對機(jī)器通過特征點(diǎn)進(jìn)行人臉識別的理解。借助五官猜人、同桌“畫像”，體驗(yàn)微信AI 開放平臺活動，幫助學(xué)生理解人臉識別機(jī)制。[3]

利用騰訊AI、百度AI等微信小程序，體驗(yàn)并剖析，有助于啟發(fā)學(xué)生理解人工智能原理，發(fā)現(xiàn)人工智能應(yīng)用設(shè)計(jì)點(diǎn)，了解智能信息處理的進(jìn)步之處。

AI體驗(yàn)式教學(xué)資源貼近學(xué)生的生活與學(xué)習(xí)，鮮活生動、簡便易得。精選的AI體驗(yàn)資源，能夠提升學(xué)習(xí)興趣，引起課堂共鳴，事半功倍。同時用這類資源進(jìn)行教學(xué)也能培養(yǎng)學(xué)生計(jì)算思維、數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力，是培養(yǎng)核心素養(yǎng)的好方法。

遴選專業(yè)化平臺，實(shí)現(xiàn)AI作品夢

眾里尋他千百度，專業(yè)內(nèi)容要遴選專業(yè)工具。精心挑選專業(yè)化AI開發(fā)平臺，多角度整合教學(xué)內(nèi)容，協(xié)助實(shí)現(xiàn)AI作品創(chuàng)作夢想。

1.百度EasyDL工具

EasyDL定制工具，集成于百度AI平臺，無需機(jī)器學(xué)習(xí)專業(yè)知識，通過模型創(chuàng)建→數(shù)據(jù)上傳→模型訓(xùn)練→模型發(fā)布，全流程可視化便捷操作，最快15分鐘可獲得一個高精度AI模型。

以第六章“區(qū)分鳶尾花”[2]內(nèi)容為例，選用EasyDL定制檢測變色鳶尾花和山鳶尾花的圖像識別分類模型。

在定制中把花瓣長度和寬度作為特征向量表示在坐標(biāo)系中，結(jié)合介紹最鄰近規(guī)則分類算法KNN，使學(xué)生理解監(jiān)督學(xué)習(xí)和KNN算法。從數(shù)據(jù)集構(gòu)成發(fā)現(xiàn)監(jiān)督學(xué)習(xí)既有輸入數(shù)據(jù)，又有對應(yīng)的輸出數(shù)據(jù)，進(jìn)而認(rèn)識到預(yù)測量真實(shí)值反饋的重要性[3]。通過校驗(yàn)不同數(shù)據(jù)量的模型，了解有監(jiān)督學(xué)習(xí)中數(shù)據(jù)量的重要性。

通過EasyDL定制，了解“模式識別”技術(shù)應(yīng)用的基本過程，初步體會圖像“模式識別”的實(shí)現(xiàn)原理。在課堂內(nèi)，經(jīng)歷監(jiān)督學(xué)習(xí)過程，創(chuàng)造發(fā)布識別模型。

除了圖像識別定制外，EasyDL工具也可創(chuàng)作有關(guān)文本分類、聲音識別的高精度AI模型。老師們可以根據(jù)課程和教材，多角度創(chuàng)新使用EasyDL工具服務(wù)教學(xué)。

2.Codemao IDE源碼環(huán)境

以第六章“無監(jiān)督學(xué)習(xí)”[2]內(nèi)容二次開發(fā)課為例，選擇利用Codemao源碼編輯器（https：//ide.codemao.cn）積木實(shí)驗(yàn)室中的GameAI搭建監(jiān)督模式體驗(yàn)環(huán)境，創(chuàng)作AI游戲。

游戲規(guī)則：Flappy Bird穿越障礙水管，只要遇到上下水管、邊緣或地面就死亡。以上下水管與游戲主角Flappy Bird距離作為特征向量，搭建（有/無）兩種AI監(jiān)督學(xué)習(xí)。教師提供源碼半成品，學(xué)生分析神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)并搭建。在IDE環(huán)境完善半成品，對比有監(jiān)督學(xué)習(xí)和無監(jiān)督學(xué)習(xí)模式程序設(shè)計(jì)，對比向后傳播算法和遺傳算法，掌握兩類模式區(qū)別。

在Codemao IDE環(huán)境完善AI半成品，既有圖形化編程內(nèi)容對比，也有兩種模式作品對比，在感受AI編程中，體驗(yàn)不同AI算法對程序影響。機(jī)器訓(xùn)練完成后，師生共同歸納GameAI有/無監(jiān)督模式的異同。在Codemao IDE環(huán)境中創(chuàng)作，具有良好遷移性（即模塊可轉(zhuǎn)化為JavaScript/Python代碼），為主題模型、詞袋模型學(xué)習(xí)埋下“有趣”的伏筆。

目前各類人工智能IDE環(huán)境異彩紛呈，可謂“亂花漸欲迷人眼”，建議在使用時考慮作品遷移性，采用模塊化或Python語言為基礎(chǔ)的開發(fā)平臺和工具。

利用開源資源，搭建AI應(yīng)用

利用豐富的開源人工智能應(yīng)用框架資源，搭建面向?qū)嶋H生活的應(yīng)用場景。使學(xué)生在模仿中習(xí)得，在創(chuàng)造中創(chuàng)新。

1.開源人工智能框架

如在第三章第一節(jié)“溫故知新：基于手工特征圖像分類”[2]基礎(chǔ)上，二次開發(fā)的“卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”一課旨在讓學(xué)生了解人工智能前沿算法和技術(shù)的發(fā)展歷程及其概念，通過開發(fā)簡單的智能技術(shù)應(yīng)用模塊，如手寫數(shù)字識別、物體識別等，親歷設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)（訓(xùn)練及測試）并可視化簡單智能系統(tǒng)的基本過程與方法，增強(qiáng)利用智能技術(shù)服務(wù)人類發(fā)展的責(zé)任感。

教學(xué)可先用騰訊AI開放平臺黑盒，然后剖析其基本原理，搭建簡單“手寫數(shù)字識別”卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）。之后使用開源人工智能框架和API，如Keras，組合CNN五個基本模塊，搭建自己的“手寫數(shù)字識別”卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。也可借用“百度大腦”AI服務(wù)在線搭建各類識別模型，創(chuàng)建PaddlePaddle訓(xùn)練。

通過CNN架構(gòu)探究，了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)工具和平臺。通過案例了解這些工具的特點(diǎn)、應(yīng)用模式及局限性，培養(yǎng)自主學(xué)習(xí)與探究學(xué)習(xí)能力，激發(fā)學(xué)生創(chuàng)新思維。

2.開源硬件

例如：用開源硬件Microbit（外形小巧，內(nèi)置了多種傳感器，還可以外接硬件設(shè)備）制作隨亮度改變而變化音調(diào)的蜂鳴器。讓光亮傳感器朝向不同的光亮，試聽音調(diào)的變化。軟件用離線漢化版Makecode模塊化編程。

開源硬件模塊化編程，學(xué)生能夠快速掌握，課堂實(shí)踐效果好。在類似的軟硬件平臺下，還可為學(xué)生提供更多的應(yīng)用項(xiàng)目學(xué)習(xí)，如調(diào)速風(fēng)扇、計(jì)步器、遙控小車等[3]。

通過開源硬件及人工智能應(yīng)用框架，搭建簡單AI應(yīng)用，根據(jù)實(shí)際需要配置適當(dāng)?shù)沫h(huán)境、參數(shù)及自然交互方式等，提升了學(xué)生數(shù)字化學(xué)習(xí)與創(chuàng)新能力。

為了更有效遴選AI教學(xué)資源，建議對AI教學(xué)資源進(jìn)行多元評價(jià)。如借助學(xué)生訪談，調(diào)整教學(xué);通過測驗(yàn)，了解課堂學(xué)生收獲和教學(xué)資源不足等。

選擇AI教學(xué)資源是新課標(biāo)下高中信息技術(shù)教師迫切需要解決的教學(xué)難題。儲備人工智能教學(xué)資源是新課標(biāo)的要求，也是人工智能發(fā)展在教育上的體現(xiàn)。通過教學(xué)實(shí)踐，發(fā)現(xiàn)選擇使用簡便易得的在線體驗(yàn)式資源、簡便易遷移的專業(yè)化平臺和開源軟硬件是符合目前新課標(biāo)人工智能部分對教學(xué)改革新要求的。

參考文獻(xiàn)

中華人民共和國教育部.普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京：人民教育出版社，2018.

湯曉鷗，陳玉琨.人工智能基礎(chǔ)：高中版[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2018.

高士娟，曹恒來.《人工智能初步》教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中國信息技術(shù)教育，2018（24）.