培養(yǎng)學(xué)生人工智能意識(shí)，讓技術(shù)服務(wù)生活

王兵

摘要：作者提出，在人工智能教育中，要從學(xué)生的角度出發(fā)，以親歷與了解為主，兼顧學(xué)生的個(gè)性發(fā)展，使學(xué)生能夠從生活中發(fā)現(xiàn)問題，并在解決問題的過程中學(xué)習(xí)新的知識(shí)技能，然后通過這些知識(shí)與技能解決問題，再通過問題的深入研究，迭代技術(shù)，最終達(dá)到新的高度。本文以三個(gè)人工智能項(xiàng)目案例為例，展示了作者所在學(xué)校輕人工智能教育的初步成果。

關(guān)鍵詞：輕人工智能;輕人工智能教育;人工智能意識(shí)

中圖分類號(hào)：G434 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?論文編號(hào)：1674-2117（2022）13-0009-02

筆者所在學(xué)校從2013年開始接觸創(chuàng)客教育，2018年結(jié)緣人工智能教育，2020年把人工智能教育并入信息技術(shù)（信息科技）學(xué)科常規(guī)教學(xué)，2021年提出“輕人工智能”的概念。（注：輕人工智能是指以智能感知為主要研究對(duì)象，將計(jì)算機(jī)視覺與圖像處理作為課程的主體內(nèi)容，學(xué)生在學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)的同時(shí)，感受人工智能在學(xué)習(xí)與生活中的應(yīng)用，嘗試應(yīng)用人工智能技術(shù)來改善學(xué)習(xí)與生活場(chǎng)景，提高學(xué)習(xí)與生活的效率）

筆者在日常教學(xué)中，注意培養(yǎng)學(xué)生的人工智能素養(yǎng)，使其能具備適應(yīng)終身學(xué)習(xí)和社會(huì)發(fā)展需要的品格與能力。下面，筆者借助具體案例談?wù)勅绾闻c學(xué)生一起做人工智能項(xiàng)目。

● 用技術(shù)輔助生活

人工智能意識(shí)，是指學(xué)生對(duì)人工智能應(yīng)用的敏感度與判斷力，學(xué)生能夠在日常生活觀察中自覺地思考是否可以運(yùn)用人工智能技術(shù)來解決相關(guān)的問題，能夠根據(jù)解決問題的需要，自覺、主動(dòng)地尋找恰當(dāng)?shù)娜斯ぶ悄芗寄芘c工具輔助解決，能夠?qū)σ延械娜斯ぶ悄芙鉀Q方案進(jìn)行批判性思考，并有一定的重現(xiàn)與改進(jìn)的思維過程。

2021年，兩位學(xué)生在商場(chǎng)購物時(shí)發(fā)現(xiàn)商場(chǎng)里所采用的結(jié)算方式大多為人工智能收銀臺(tái)或自動(dòng)收銀臺(tái)，需要逐一掃描商品條碼，導(dǎo)致消費(fèi)者排隊(duì)時(shí)間長(zhǎng)，由此，開始思考如何利用人工智能技術(shù)來解決這個(gè)問題。學(xué)生通過文獻(xiàn)閱讀，了解到國(guó)內(nèi)現(xiàn)有自助收銀設(shè)備基本是傳統(tǒng)收銀臺(tái)的升級(jí)，另外一種就是射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID）方案，但這些方案都需要逐一掃商品，效率低、成本高，因此，想出了利用圖像識(shí)別的方式，一次性進(jìn)行掃描檢測(cè)，節(jié)約逐一掃描的時(shí)間。

學(xué)生首先對(duì)目標(biāo)檢測(cè)算法進(jìn)行了學(xué)習(xí)，在精確度與速度之間進(jìn)行了折中的選擇，確定運(yùn)用YOLO算法進(jìn)行識(shí)別。首先選擇YOLOv2進(jìn)行檢測(cè)，效果沒有達(dá)到理想水平，后來又換成了YOLOv5進(jìn)行訓(xùn)練識(shí)別。通過訓(xùn)練之后，能夠做到100%正確識(shí)別出購物籃中的飲料瓶，達(dá)到了學(xué)生所預(yù)期的目標(biāo)。由此可知，人工智能應(yīng)用有時(shí)候并不需要有太復(fù)雜、太高深的技術(shù)支撐，只要學(xué)生能夠從生活細(xì)節(jié)中挖掘出問題，并用恰當(dāng)?shù)娜斯ぶ悄芗夹g(shù)創(chuàng)新性解決這個(gè)問題，就是不錯(cuò)的研究項(xiàng)目。這正是在中小學(xué)開展人工智能教育的重要價(jià)值。

● 用技術(shù)回饋社會(huì)

在教學(xué)過程中，教師應(yīng)培養(yǎng)學(xué)生具有社會(huì)責(zé)任感，引導(dǎo)學(xué)生在面對(duì)社會(huì)上出現(xiàn)的一些問題時(shí)，能夠主動(dòng)地承擔(dān)起對(duì)應(yīng)的社會(huì)責(zé)任。具備社會(huì)責(zé)任感的學(xué)生，能夠自覺遵守智慧社會(huì)的法律法規(guī)，信守智慧社會(huì)的倫理準(zhǔn)則，能夠利用人工智能技術(shù)回報(bào)社會(huì)。

2020年，新冠疫情席卷全球，校園防疫成為重要的課題，如何找到重點(diǎn)目標(biāo)并對(duì)其進(jìn)行跟蹤，從中找到在過去某一段時(shí)間內(nèi)的密切接觸者，對(duì)密切接觸者及時(shí)進(jìn)行報(bào)警，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)疫情高效、快捷、及時(shí)的連鎖防控，是一個(gè)重要且棘手的問題。為了解決這個(gè)問題，學(xué)生在比較了相關(guān)濾波算法（DSST算法）和孿生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法之后認(rèn)為，孿生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以以犧牲運(yùn)算速度為代價(jià)，在目標(biāo)快速運(yùn)動(dòng)、嚴(yán)重遮擋、背景雜波、光照變化和長(zhǎng)期跟蹤等場(chǎng)景下具有較強(qiáng)的準(zhǔn)確性和魯棒性。因此，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中使用了AlexNet和CIRRes網(wǎng)絡(luò)（加入cropping-inside residual units的ResNet）作為孿生神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)核，使得系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確識(shí)別并跟蹤密切接觸者，達(dá)到了跟蹤已知目標(biāo)、搜索所有人臉、判斷和界定密切接觸者這三個(gè)既定目標(biāo)。方案實(shí)施流程如右上圖所示。

● 在實(shí)踐中迭代技術(shù)

基于真實(shí)情境的學(xué)習(xí)，能夠促進(jìn)學(xué)生對(duì)人工智能應(yīng)用的敏感性、對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的掌控力、對(duì)問題求解的思考力的發(fā)展。把項(xiàng)目產(chǎn)品化，要求項(xiàng)目能夠從一對(duì)一的作品變成一對(duì)多的產(chǎn)品，使項(xiàng)目能夠快速移植，這也要求學(xué)生對(duì)項(xiàng)目的思考更加全面。

2018年，一位學(xué)生在參加創(chuàng)客比賽時(shí)，用三軸加速度傳感器制作了一個(gè)利用可穿戴設(shè)備來檢測(cè)老人是否摔倒的裝置，裝置利用數(shù)據(jù)波動(dòng)算法來分辨老人動(dòng)作是正常運(yùn)動(dòng)還是摔倒。后來，因考慮到老人容易忘了充電或忘了戴上以及產(chǎn)品功能升級(jí)成本太高的問題，學(xué)生開始構(gòu)思利用人工智能技術(shù)，利用目標(biāo)檢測(cè)算法，通過識(shí)別到的人體框圖參數(shù)中的寬、高的比例，來判斷人當(dāng)前的狀態(tài)。但很快，學(xué)生就發(fā)現(xiàn)人體框圖的準(zhǔn)確性太低，經(jīng)過查閱資料，發(fā)現(xiàn)利用美國(guó)卡耐基梅隆大學(xué)開發(fā)的基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與監(jiān)督學(xué)習(xí)的開源庫OpenPose進(jìn)行人體姿態(tài)關(guān)鍵點(diǎn)的獲取，可以同時(shí)對(duì)大范圍人群進(jìn)行體態(tài)異常監(jiān)測(cè)，因此，將OpenPose得到的姿態(tài)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)訓(xùn)練和分類，區(qū)分出站、坐、蹲、躺、由站到坐、由站到蹲、由蹲到站、由坐到站、揮手求救、摔倒等10個(gè)不同的分類。通過姿態(tài)判斷及時(shí)地將信息傳回看護(hù)人員，可以在出現(xiàn)緊急情況時(shí)提供真實(shí)場(chǎng)景的狀況幫助看護(hù)人員決策，而且信息反饋及時(shí)，成本低，系統(tǒng)維護(hù)更加速度快。

從創(chuàng)客教育開始，筆者就希望學(xué)生能夠與大自然對(duì)話，通過傳感器來接收大自然給我們傳遞的信息，通過執(zhí)行器，把我們需要表達(dá)的信息傳送給大自然。到了人工智能教育范疇，筆者建議學(xué)生除了通過自己的眼睛來觀察世界之外，還要學(xué)會(huì)通過計(jì)算機(jī)的“眼睛”來觀察世界。正因?yàn)槿绱耍瑢W(xué)生在日常訓(xùn)練時(shí)所提出的項(xiàng)目，都是可以真實(shí)落地部署的項(xiàng)目，充分體現(xiàn)了學(xué)生在日常生活中對(duì)人工智能技術(shù)應(yīng)用的思考。

參考文獻(xiàn)：

梁錦明.輕人工智能：聚焦中小學(xué)生的智能教育[J].中小學(xué)數(shù)字化教學(xué)，2021（04）：19-22.