K-12 人工智能教学难？这些简单有趣的学习资源，老师可以收藏

发布者：cj_sfy   发布时间：2019-05-23 09:20:15   点击数:

我们活在一个被人工智能包围的世界，但很多人并没有察觉。

 

人工智能的一些常见用途，可能大家每天都在使用：

智能手机：当你打开美颜相机，一键清除杂乱的背景，换成夏威夷的海边，或者埃菲尔铁塔的脚下，这些活儿都是人工智能在后台干的。它帮你选择合适的设置，建议你使用不同的模式。但是它是怎么实现的，你知道吗，好奇吗？

音乐和视频：网易云音乐是国内较早使用AI推荐的音乐应用。它的“每日推荐”功能广受好评，很多用户曾表示，它比男/女朋友还懂自己。国外比较知名的使用AI推荐的视频应用当属Netflix，它在了解用户喜好方面投入巨大，使用了多种推荐算法，力求精准地成为用户肚子里的“蛔虫”。

 

智能家居设备：许多家庭都开始尝试安装智能家居设备，这是最容易让人们想到人工智能的应用场景，AI帮你开关窗帘，AI帮你调节室温……但是此AI还是上述两种AI吗？你在享用服务的时候，有好奇它是怎么做到的吗？

 

在线服务：从旅游到投资理财，从淘宝购物到在线娱乐……这些行业严重依赖人工智能，或使用聊天机器人，或通过算法，它跟踪你的支出，提供购买建议，防止欺诈，或者“引诱”你更快地完成交易。

 

人工智能快要像空气一样充斥我们的生活了，意志不坚定者，很容易被它牵着鼻子走。现在，越来越多的“觉醒者”，开始讨厌被AI安排得明明白白。他们一方面培养自我管理能力，争取更多选择权；另一方面开始大量了解人工智能的专业知识，以防未来被带有偏见的AI“蛊惑”。

作为老师，我们也有责任让学生尽可能多地接触AI知识，了解其对未来工作和学习的影响，以及又能发挥怎样的正能量。

 

二

 

然而，我们如何教学生人工智能？

 

2018年4月，人工智能公司商汤联合华东师范大学等机构发布《人工智能基础（高中版）》教材。它号称全球首本面向中学生的人工智能教材。

 

6月，苏州大学出版社又出版了“中小学人工智能系列丛书”，将AI受众面拓展到小学领域。

11月，网上一组《人工智能实验教材》的图片走红，这套教材由河南人民出版社出版，7月中旬首发，号称是“首套K12全学段全系列”教材，再次将AI受众面拓展到幼儿园层面。

与此同时，华东师范大学出版社也出版了一套K-12领域AI类丛书，其中《AI的幕后英雄——Python》的相关课程已经进入上海嘉定一中、交大附中嘉定分校试点。

 

至此，K-12领域AI教材已布局完成。

但是，教材在手，老师教得怎么样，学生学得怎么样呢？

 

前些日子，中国青少年科技辅导员协会人工智能普及教育专业委员会发布了一份《中小学阶段人工智能普及教育现状调研报告》（以下简称《报告》）。《报告》认为，学生对人工智能的理解程度还比较浅，师资不足正成为最大痛点。

 

45.4%的学生非常想学人工智能课程，但他们对人工智能的认识，还停留在比较流行的AI产品上，对背后的技术和相关算法了解不深。而63.6%认为自己无法胜任的老师，觉得自己人工智能实践经验不够丰富。即使能够胜任的近半数老师，也选择了“有过计算机专业背景”。

 

大家都知道，教AI普及课程，仅仅有计算机专业背景貌似是不够的。

有记者曾就《人工智能基础（高中版）》一书采访过部分高中生。其中，北京一七一中学一名学生表示，教材看着不太难，想学好却不容易，里面涉及了一些大学才学的知识。而一名清华附中的学生认为，自学的话额外成本会比较高，需要老师的辅导。

 

由于AI是一门全新的课程，受访学生均表示老师首先要接受一定的培训，然后再带学生一起学。

 

但是正如上述报告所提出的，许多老师认为自己无法胜任，亟需教师专业培训方面的资源。目前我们国内培训课程更多注重培养AI领域技术人才，而忽视了广大K-12领域计算机老师的焦虑与呼声。

在大洋彼岸的美国，他们在K-12教师AI专业培训方面，可能又稍微快了我们一步。

 

AI教师的专业培训资源

 

Rachelle是美国宾州Riverview Junior / Senior High中学的外语和STEAM教师。她未来一年的职业目标就是更多地了解人工智能。她最近参加了ISTE U提供的一门专业培训课程——人工智能探索及其在学校环境中的实际应用（Artificial Intelligence Explorations and Their Practical Use in the School Environment）。该课程由美国国际教育技术协会（ISTE）和通用汽车企业合作提供，并专注于K-12 STEM教育。

 

课程包括10个模块，重点关注人工智能和机器学习主题。在每个模块中，老师可以与不同形式的人工智能进行互动，相互讨论，查看视频，甚至创建聊天机器人和虚拟辅导员。课程还包括一个名为“Chatbots for Good”的IBM开发人员课程。最有意思的是，课程最终让老师来设计一个Capstone项目，作为PBL让学生使用，或指导学生进行AI探索。

这是提供给老师的学习资源，在提供给学生的学习资源方面，他们也有一些有趣的举措。

 

学生学习资源

智能观曾在《美国公立学校引入首个人工智能教育项目》一文中提到，美国匹兹堡的蒙托学区去年秋天推出了一个新的人工智能项目，为学生提供大量探索和体验人工智能的机会。该学区的学生可以获得当地知名大学卡内基梅隆（CMU）的资源，探索虚拟助手的使用，参与探究式学习，培养STEM相关领域中的技能，从而了解AI。

 

卡内基梅隆是美国第一所提供人工智能本科学位的大学，该校AI相关专业位居世界前列，科技圈大佬李开复、张亚勤、沈向洋、陆奇、洪小文等都出身于此。

虽然国内AI本科专业、人工智能学院搞得如火如荼，但是海外反而比较低调，国外大学开办新的本科专业非常谨慎，目前美国只有卡耐基梅隆大学设有人工智能本科。

 

在四年的学习过程中，学生要学习包括数学和统计核心课程、计算机科学核心课程、人工智能核心课程、道德、AI细分方向、人文艺术、一般科学和工程学等大类的至少30门课程，分为以下七大版块：

而如此谨慎又多元的AI知识，他们的K-12学生也能早早接触到。我们曾在《为什么该让中学成为AI伦理讨论的中心？》一文中提到，每个中学生都应该研究人工智能的真正“含义”。这含义不该只是K-12AI 教材上的监督学习、无监督学习、图像识别、生成对抗网络、反向传播算法……它还包括伦理道德、人文艺术、认知科学，等等，正如我们曾撰文提过的，人工智能不是技术问题，而是社会研究问题。

 

中学生课业紧，AI教材更注重专业知识的传播无可厚非，但如果配套学习资源可以提供优质的大学AI本科教学资源，如清华、北大、南大的资源，辅助学生培养健全的“智能观”，那该有多好呀。

 

三

 

除了刚刚出版的那些教材，老师怎么才能让好奇的中学生，有更多机会了解AI？

 

AI这门学科应用性非常强，注定与其他传统学科的教学方法不同。Rachelle作为一线教师，也意识到这个问题。她认为，使用直接教学法简单地解释人工智能的概念，介绍相关例子，并不能让学生从更深层次上理解它。

她发现，更好地理解AI的方法是：

第一步，尝试与一些AI工具互动，了解它的功能，分析其背后的算法与技术。

第二步，参与AI实验，创建聊天机器人。

第三步，通过PBL，和学生一起思考如何完成任务，从而更好地理解人工智能。

 

上海交大附中彭禹老师（也是高中版人工智能教材的编者）也有类似的想法，他认为在教学形式上，AI的课堂主要还是以PBL为主，学生AI项目的设计逻辑、完成度都可以作为评价标准。

 

不过学校可能无法向学生提供如此完整的课程，但是现在有足够的在线资源可供教师在课堂上实施。

 

商汤AI实验平台

该平台用于《人工智能基础（高中版）》教材中的22套实验，还支持深度学习模型训练和算法的定制扩展。学生可以利用该平台完成各种课堂实验、作业、竞赛及自主创新项目。

 

彭禹老师表示，实验平台不是单纯做实验，也不是培养搭积木般的动手能力，而是让学生通过实验了解AI背后一套复杂的原理机制。

 

“趣AI”人工智能云平台

这是《人工智能实验教材》配套的实验平台，对电子版教材每半年实时更新一次。它提供人工智能实例体验，还支持TensorFlow，Caffe，CNTK等主流人工智能框架的学习，支持Scratch和Python从入门到进阶的语言学习。

 

其中Python的编程学习环境主要用于进阶的人工智能编程学习，集成了多个人工智能开发工具包，与专业软件开发工程师所用工具类似。

谷歌AI实验平台

谷歌AI实验平台提供数百种不同的实验，让学生探索人工智能、增强现实和虚拟现实。其中一款快速画图小程序游戏“猜画小歌”曾在国内一夜刷屏，学生可以选择这些AI游戏来了解它们背后的技术。此外，语义联想游戏Semantris也值得一探。

 

AI桌游CoderMindz

硅谷初创公司CoderBunnyz在2018年下半年推出史上第一款AI桌游，能够帮助任何年龄段的人学习基本的AI概念，包括神经网络，模型训练，推理，反向传播，自适应学习等。

 

根据官网介绍，学校也可以用CoderMindz来辅助教学，游戏结束后就可以教学生编写真正的算法。而且，家庭、学校、蒙特梭利幼儿园、STEM俱乐部、黑客马拉松等地方，都可以用。

 

值得注意的是，公司CEO名叫萨美拉（Samaira Mehta），是一个10岁的小女孩。她在6岁弟弟的帮助下，完成了这款游戏的开发。

Botsify

Botsify是一个受欢迎的FacebookMessenger聊天平台。它使用拖放模版创建机器人，老师可以用其在线教学生人工智能。通过创建聊天机器人，老师为学生提供了创新的学习体验，他们可以与聊天机器人互动，提问和回答问题，甚至通过聊天机器人提交测验。

 

一些AI学习工具

一些内嵌了人工智能技术的应用程序，可以扩大学生学习的机会。学生可以使用多邻国、有道云翻译等学习语言，并了解语音翻译、语义理解等技术；通过Skype为课堂提供的虚拟实地考察项目和谷歌实境教学Expeditions应用，上地理课和历史课，同时了解虚拟现实和增强现实技术。

 

网上还有一些自适应学习软件、个性化学习软件，如果在接触这些软件的同时了解其背后的运作机制，也能更好地辨别哪些软件更有利于学习。说不定哪天，一名中学生也能为教学软件构思出更好的AI解决方案呢！

四

 

在谷歌浏览器搜索“人工智能”一词，0.17秒内可以获得5.18亿的结果。

 

在百度浏览器搜索“人工智能”一词，2秒内呈现76页内容。

 

技术的发展，带来了知识的爆炸。

 

如果我们的学生能通过人工智能的学习，访问到高质量的虚拟辅导员，参加由优质的推荐算法推荐的在线课程，并且借助AI，有选择性的、在需要的时刻访问需要的资源，才是真正节省了时间，又不被别有用心的AI误导。

 

—完—