人工智能教学之体验平台的使用

【摘要】2017年至今，全国各地很多中小学开设了人工智能课程。经过几年的探索与实践，很多专家和教师认为人工智能教学可以通过“感知体验”“原理探究”“创新实践”几个环节来进行，每个环节在教学过程中起到了不同的作用。对于刚接触人工智能的学生来说，“感知体验”环节能够帮助他们直观地了解人工智能技术的典型应用与价值，起到直观感知、初步了解以及激发学习兴趣的作用。本文将针对人工智能教学过程中的“感知体验”环节从作用、典型平台和教学案例几部分进行阐述，与老师们就应该如何进行人工智能课程中“感知体验”环节的教学工作做些探讨。【关键词】人工智能教学;感知体验;体验平台《普通高中信息技术课程标准（2017版）》在“人工智能初步”模块的教学提示中指出：“在引导学生发现问题、尝试用人工智能方法解决问题的过程中，让学生初步了解和体验人工智能的特点，感受智能技术对生活与学习带来的影响，进一步激发学生学习和探究新技术、新知识的积极性，提高他们综合应用信息技术的能力。”由中国教育学会中小学信息技术教育专业委员会发布的《中小学人工智能课程开发标准（试行）》指出：“中小学人工智能课程的开发，要选取贴近学生日常学习和生活经验的人工智能应用情景，让学生在环节体验和行动实践的过程中，感受、理解、掌握人工智能的原理、方法和技能;要让学生深入感知与体验智能情景，提升人工智能应用的敏感度和理解力。”上述两个标准中提到的一系列要求，均可通过“感知体验”环节初步完成。“感知体验”的作用与价值如今，人工智能技术在生活中被广泛应用，如机场安检、酒店入住等场景应用了人脸识别技术，学生家里的智能音箱运用了智能语音技术等。生活在智能时代，学生应该具备利用人工智能应用解决身边问题的能力，如逛植物园时遇到不认识的花卉可以通过识花软件识别，遇到不认识的单词时，可以使用翻译软件等。这些用于解决生活中实际问题的技能，可以通过“感知体验”环节来进行学习。学生的生活情境有限，有很多人工智能技术在他们的生活中不是经常应用。学生也可以通过“感知体验”环节接触更多的人工智能技术，了解它们的作用与价值，从而开阔视野、提升兴趣。学生还可以对人工智能技术的价值与可能存在的隐患进行探讨。体验资源的选择与使用范围体验资源既可以是硬件资源也可以是软件资源。如果选择硬件设备，笔者建议教师尽量选择贴近学生生活，在生活中已经被广泛应用，能够解决真实问题，且无需花费高昂价格购买的产品，如智能音箱、语音翻译笔等。如果条件允许，教师也可以搭建一间智能家居教室。这样学生通过体验，不仅能够激发兴趣，直观、快速地感受人工智能的价值与魅力，还能掌握其使用方法，当在日常生活中遇到相关问题时能够使用这些产品来解决，从而具备利用信息技术解决问题的能力，让技术服务于生活。如果无法提供硬件资源，教师也可以通过软件平台让学生进行体验。在选择软件资源时，教师要尽量选择学生在日常生活中方便使用的资源，如一些免费的App、微信小程序等。这样学生不仅能在課堂中进行体验，也便于在日常生活中使用。如手机中的语音识别、文字拍照识别等应用，既方便又实用。网络中也存在着一些以网页形式呈现，用于展示与体验相应功能的人工智能体验平台，对硬件要求（如手机、平板电脑等）相对较低，便于在传统的计算机教室中进行操作。不同体验资源的适用范围也有所不同。如真实的硬件产品或一些手机App、小程序等，除具备体验功能外，还能够解决实际问题。但这些产品封装得较为严密，较难看到其中的执行过程，可作为功能体验与实际应用的首选资源。网页版的平台对软、硬件要求低，方便操作，部分平台还能够初步展示相应原理，但由于其定位于体验，因此解决实际问题的能力有所欠缺，适用范围更多地定位于初步体验、感受技术的功能与效果，以及对原理进行初步探究。体验平台的类型与使用基于上文中提到的原则，同时考虑普适性及课前准备等因素，笔者推荐学生能够方便找到，无需安装特定软件，具有一定实用价值的几个免费平台。如果在教学过程中可以使用移动教学终端，笔者推荐使用一些App或者小程序来进行体验。这类程序具有操作便捷、实用性强的特点，更重要的是，学生在进行体验和掌握使用方法后，可以直接用于生活之中。如在小程序中进行语言翻译的体验后，出国旅游时，便可以直接拿出手机完成语言翻译。1.百度AI体验中心这个小程序提供了“图像技术”“人脸与人体识别”“语音技术”“知识与语义”等多个模块（图1）。到目前为止，该小程序共有72个具体应用供用户进行体验与使用，还可用于解决手写文字识别录入、制作人像漫画等日常问题。在微信中搜索“百度AI体验中心”即可找到该小程序，点击栏目名称后，可以看到更加具体的应用。如想让学生体验手写文字的识别效果，可以点击“图像技术”栏目下“文字识别”中的“手写识别”，然后点击下方的“上传手写图片”按钮，拍摄或从相册中选择一张手写文字的图片（图2），就可以看到手写识别的效果。与“百度AI体验中心”类似的还有“腾讯AI体验中心”“网易AI体验中心”等，它们均包含了内容丰富的人工智能体验模块供用户体验与使用。除了这些综合类体验平台外，还有一些针对某一领域的技术进行深入体验的平台，可以让学生进行更为全面的体验，进而对相关技术了解得更为深入。2.讯飞AI体验栈该小程序更加注重智能语音技术的相关内容，除了有其他平台中常见的“语音识别”与“语音合成”外，还提供了“语音听写”“游戏场景识别”“医疗场景识别”“语音评测”“声音鉴定”“拍照阅读”等应用（图3），让学生进行体验的同时，还可以思考是否需要将智能语音技术像这样进行细分，每一个模块的应用场景和价值是什么等问题。如“语音评测”功能是利用智能语音技术帮助用户进行中、英文朗读的练习，判断用户的发音是否标准。点击“语音评测”选项，屏幕中央会出现文字内容，用户按住下方的“授权录音”按钮后即可朗读，可以进行中、英文内容的选择，也可以轻触屏幕，自由编辑文本内容进行朗读。朗读结束后，程序会对朗读是否标准进行评测，提示哪些词发音不标准。这个功能是对录音文件进行语音识别，目前这在大部分体验平台中是没有的。3.旷视AI体验中心该小程序更加关注人脸与人体识别相关技术的研究。因此它的体验平台中，人脸与人体识别的模块更加丰富，包含“人脸分析”“颜值评分”“情绪识别”“人脸对比”“人脸融合”“肤质评估”“多人脸检测”“人体分析”“多人体检测”“手势识别”等（图4）。教师可以利用移动设备具有摄像头的优势，让学生现场拍照进行体验，提升学习乐趣。如在主界面中点击“人脸融合”，然后上传两张照片后即可进行人脸融合，还可以点击“我要晒图”，将融合后的照片保存、分享，非常有意思（图5）。此外，还有很多关注特定功能的体验小程序，如“AI导诊”“AI拍照扫描翻译”“智能垃圾分类”“声纹识别”等。教师们可以根据教学需要选择使用。4.阿里视觉智能平台百度、腾讯、阿里巴巴、科大讯飞、旷视科技等公司除了提供微信小程序形式的体验平台外，还各自推出了网页版的人工智能开放平台，在很多技术介绍的模块中均提供了应用体验的内容，其中有一些内容是小程序中所没有的。网页版的优势在于直接使用计算机中的网页浏览器即可进行体验，非常方便。很多教材中的实践体验环节使用的也是这些平台。与小程序相比，网页版的体验功能并没有单独做成一个平台，而是“隐藏”在AI开放平台中，寻找起来稍微有些复杂。一般情况下，都在各大AI开放平台的“开放能力”“技术能力”或“能力广场”栏目中。以阿里视觉智能平台为例，打开其网页（https：//），然后点击“能力广场”栏目，就可以看到内容丰富的具体技术名称（图6）。点击具体的技术名称后，就可以看到该项技术的具体内容，其中包括功能体验（具体体验操作在此部分进行）、相关代码、应用场景等内容。学生不仅能够进行体验，还能够利用这些内容进行深入的学习与思考。如点击“人脸检测与五官定位”即可看到产品体验、相关代码和应用场景等界面。目前常用的免费人工智能体验平台的相关信息如表1所示。体验平台在教学中的应用這些体验平台虽然内容丰富，但出于技术展示与体验的定位，功能相对简单，我们在教学过程中该如何使用这些平台，以达成教学目标呢？首先，我们需要对教学过程中的“感知体验”环节进行精准定位。通常情况下，“感知体验”环节的目的是让学生通过体验，了解人工智能技术相关应用，感受人工智能技术的价值，同时提升学习兴趣和解决生活中实际问题的能力。对于某些内容，在该环节还能够让学生理解其简单流程，便于思维方式的培养。在设计体验任务的过程中，教师最好设计与学生生活相关的真实任务，同时配以问题让学生进行思考。下面通过几个案例来说明如何利用体验平台实现以上目标。1.文字识别与翻译问题描述：出国旅游时经常会遇到无法看懂指示牌上内容的情况，如果遇到这样的问题，你该怎么办呢？能否使用人工智能小程序解决这个问题呢？问题分析：遇到这样的问题时，我们可以对指示牌进行拍照，然后通过文字识别功能识别出照片中的文字，然后使用机器翻译技术将识别出来的外文翻译成中文。体验平台：可以让学生使用文字识别与机器翻译的体验平台进行体验，尝试解决问题，并对应用效果进行评价。2.文字录入问题描述：有几份纸质文章，需要录入到计算机中变为电子版进行保存，请根据你的生活经验，并结合人工智能体验平台，说一说用哪种方式输入更为合适。问题分析：在选取纸质文字方面，可以选择简短的印刷体、内容较长的印刷体、内容较短的手写体等，让学生根据实际情况选择具体技术来解决问题。体验平台：本任务的目的是让学生了解目前可以解决文字录入的方法有哪些，以及每种方法更适合怎样的情况。如简短的文字直接使用键盘打字录入即可，内容较长印刷规范的纸质文章可以使用拍照后进行文字识别的方式进行录入，书写内容潦草，机器无法识别的文章，可以通过语音录入的方式完成。因此，可以使用文字识别平台及语音识别平台来完成该任务。3.人脸搜索问题描述：学校使用电子班牌进行人脸识别签到，请体验“人脸搜索”应用，说一说人脸签到的流程是怎样的，你还在生活中哪些地方见过“人脸搜索”的应用。同时体验“人脸对比”功能，说一说“人脸搜索”与“人脸对比”的区别，以及它们可以用在哪些场景、解决什么问题。问题分析：学生生活中亲身经历的场景有些采用人脸对比技术，如机场、火车站进站安检、酒店入住进行人脸识别等，也有一些应用了人脸搜索技术，如刷脸签到、手机刷脸解锁等。人脸对比是人脸搜索中的一个重要环节，为了更好地理解这些知识，需要对人脸搜索的流程进行体验。体验平台：可以选择包含“人脸对比”及“人脸搜索”功能的平台进行体验。体验平台使用过程中的注意点本文中介绍的体验平台均为免费平台，它们不是为人工智能教学专门定制开发的，因此在使用过程中会存在一些需要教师们注意的问题。在内容方面，这些平台的内容未能涉及人工智能课程的全部内容。教师们需要根据具体教学内容，有针对性地选择使用。同时，平台中的内容可能会随时调整，需要教师们在使用之前再次确认。在技术方面，小程序平台使用微信登录，每位学生的账号相对独立，暂未发现问题。只是有些小程序（如声纹识别）需要单独注册账号后才能使用。网页类平台的部分内容也需要注册账号，登录后使用。对于不需要注册、登录的体验功能，往往对同一个IP地址的并发连接数进行了限制，