人工智能技術(shù)在科普教育中的應用探究

摘"要：在數(shù)字化時代，人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，改變了人們的生產(chǎn)生活方式和思維模式，社會進入了人工智能時代，以人工智能為代表的新一輪科技革命解放了人類的大腦，也意味著社會發(fā)展對人工智能的依賴與日俱增。科普教育的核心內(nèi)容就是聯(lián)系廣大公眾與前沿科學技術(shù)，在引導公眾正確認識和理解前沿科學技術(shù)的同時，也要使公眾有效利用科學技術(shù)，提高生產(chǎn)效率。在這個過程中，探索人工智能技術(shù)在科普教育中的應用，使人工智能與科普教育相互促進、相輔相成，提高科普教育的成效，也是科普工作者面臨的新一輪挑戰(zhàn)和機遇。

關(guān)鍵詞：人工智能；科普教育；應用

2020年9月，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)的《關(guān)于新時代進一步加強科學技術(shù)普及工作的意見》（以下簡稱《意見》）對科普工作提出新的發(fā)展目標，到2025年，科普工作和科學素質(zhì)建設(shè)體系優(yōu)化完善，全社會共同參與的大科普格局加快形成，公民具備科學素質(zhì)比例超過15%；到2035年，公民具備科學素質(zhì)比例達到25%，科普服務(wù)高質(zhì)量發(fā)展能效顯著，科學文化軟實力顯著增強，為世界科技強國建設(shè)提供有力支撐。2017年，國務(wù)院印發(fā)《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，強調(diào)支持開展形式多樣的人工智能科普活動，鼓勵廣大科普工作者投身人工智能的應用與研究。科普場館作為一種非正式教育形式，利用豐富的科普資源和獨特的學習環(huán)境為公眾提供教育服務(wù)，一直在努力提升公眾，尤其是兒童和青少年的科學素養(yǎng)，激發(fā)公眾的好奇心和探索欲，促進科學知識的傳播和文化的交流。近年來，隨著科技的發(fā)展，科普教育開始嘗試融合新技術(shù)，如增強現(xiàn)實技術(shù)（AR）和虛擬現(xiàn)實技術(shù)（VR）等，以提高科普展覽和教育的互動性、吸引力。然而，科普教育也面臨著多種挑戰(zhàn)，包括如何更有效地吸引公眾，如何利用新技術(shù)提高教育質(zhì)量以及如何在有限的預算下進行技術(shù)升級等。在當前的數(shù)字化時代，探索人工智能技術(shù)如何更好地應用于科普教育，利用人工智能技術(shù)來支持和增強科普教育的體驗，使人工智能技術(shù)與科普教育的發(fā)展互相促進、相輔相成，增強科普教育的成效，是科普工作面臨的挑戰(zhàn)和機遇。

1"研究現(xiàn)狀

1.1"人工智能發(fā)展現(xiàn)狀

1956年，達特茅斯會議上首次提出“人工智能技術(shù)”概念，幾十年間，這一技術(shù)迅速發(fā)展，應用于人類生活的方方面面，成為社會關(guān)注熱點［1］。2016年，人工智能技術(shù)實現(xiàn)了飛躍性發(fā)展，AlphaGo戰(zhàn)勝世界圍棋冠軍李世石，這一年被稱為人工智能再崛起的元年［2］。從2016年開始，對這一領(lǐng)域的研究熱度高漲，相關(guān)研究發(fā)文量也不斷增長，為人工智能技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。麻省理工學院的溫斯頓教授對于人工智能的定義為：人工智能就是研究如何使計算機去做過去只有人才能做的智能工作［3］。伴隨著計算機、互聯(lián)網(wǎng)、區(qū)塊鏈等新興技術(shù)的飛速發(fā)展和逐步成熟，社會進入了人工智能時代，認識和理解人工智能技術(shù)的原理、計算方式、創(chuàng)新模式，培養(yǎng)公眾對人工智能技術(shù)的理性認知和科學態(tài)度，都成為熱點話題。

人工智能作為一種新興技術(shù)，不管是其發(fā)展速度還是深度，都已超出我們的想象，從速度來看，不到百年的時間，人工智能已經(jīng)覆蓋人們的生活；從深度來看，人工智能的算法層次達到千層，涉及參數(shù)以千億來計算［4］。人工智能技術(shù)是第四代工業(yè)革命的代表性和核心技術(shù)，使人們的生產(chǎn)和生活方式發(fā)生顛覆性變化，其發(fā)展階段一般分為：弱人工智能、強人工智能和超人工智能。弱人工智能只能在一定場景下，解決特定的問題；強人工智能具有意識、決策和學習的能力，能自主分析問題并制訂解決方案；超人工智能是全面超越人類水平的智能。目前，世界人工智能技術(shù)的發(fā)展處于弱人工智能階段［5］，但是以生成式人工智能為代表的新一代人工智能技術(shù)的發(fā)展，加速推動“弱人工智能”向“強人工智能”發(fā)展轉(zhuǎn)變［3］。

1.2"科普教育現(xiàn)狀分析

據(jù)統(tǒng)計分析，科普教育研究熱點的變遷大致分為3個階段，初期在2012年以前，突出科普教育在素質(zhì)教育中的育人功能，注重實踐探索；中期在2014—2018年，突出科普教育中影響因素的研究，有了大量的理論成果；后期從2019年至今，緊貼時代前沿發(fā)展，注重新興技術(shù)在科普教育中的應用研究［6］。科普教育本身是一個宣傳科學知識、理念、思維、精神的社會教育活動，不但是課堂教育的有力補充，還能給學生帶來不同的學習體驗與知識，參與者親自參與實驗操作、參加科普活動，作為志愿者參加科普宣傳，可以促進青少年全面健康地成長。人工智能技術(shù)極大地刺激了科普教育事業(yè)的飛速發(fā)展，如何讓公眾正確認識人工智能技術(shù)，以及有效利用人工智能技術(shù)開展科普教育活動，辯證地看待科學技術(shù)帶來的兩面性，仍然是科普教育的職能。

在科普場館中，中國科學技術(shù)館順應人工智能發(fā)展浪潮，率先對人工智能技術(shù)的科普和應用進行了嘗試，以“走進人機共融”為主題，在場館設(shè)置了“嗨！機器人”“身手不凡”“機智過人”“智能生活”“機器人大秀場”5個展區(qū)，進行人工智能科普展覽，公眾通過參觀和體驗了解人工智能；開展人工智能科普教育活動，通過科普講座、研學活動、人工智能課程和比賽等，搭建青少年交流平臺；組織人工智能教師培訓，邀請行業(yè)領(lǐng)域?qū)＜遥?lián)合全國各地科技館，通過專家講座、工作坊、實地參觀等方式，培養(yǎng)專業(yè)輔導教師［7］。但在活動開展過程中，依然面臨科普覆蓋面和影響力不足、師資力量薄弱、硬件設(shè)施有限等諸多困境和問題，在科普教育領(lǐng)域，人工智能技術(shù)依然有很大的發(fā)展空間和亟待解決的問題。

2"人工智能技術(shù)在科普教育中的優(yōu)勢

人工智能是一種基于計算機科學、數(shù)學、物理等多學科交叉的技術(shù)，它具有強大的生產(chǎn)力和創(chuàng)造力，會直接影響到社會價值生產(chǎn)、思想塑造等方面［8］，人工智能影響經(jīng)濟社會變革，引發(fā)思想觀念的改變，對人們的思維方式、價值觀念、行為選擇等產(chǎn)生深刻印象，影響人的認知判斷和價值取向，正確使用人工智能技術(shù)可以使科普工作的方式更為便捷多樣。

2.1"科普內(nèi)容制作更加豐富

科普教育以撰寫文字、拍攝圖片和視頻，通過剪輯制作形成完整的科普內(nèi)容為主，自由創(chuàng)作元素較少，導致內(nèi)容缺乏趣味性，創(chuàng)作人員難以充分將主題表達出來。在科普內(nèi)容形成過程中，除了原有的素材，還可以利用人工智能技術(shù)將科學知識生成為插圖、漫畫、動畫和游戲素材，各個領(lǐng)域的專業(yè)人士也可以加以視聽語言和各種修辭，使科普內(nèi)容更加多元、生動、形象，創(chuàng)作者也可以在作品生成過程中汲取靈感，甄選更貼切的主題，催化、派生出更多新穎、有趣的科普作品，使科普教育的形式和內(nèi)容更加完整和多樣化。

2.2"科普傳播方式更加全面

在科普傳播過程中，電視、廣播、報紙是主流媒介，其后互聯(lián)網(wǎng)等新媒體被廣泛應用，大大增強了科普教育的成效和覆蓋面。如今借助人工智能技術(shù)的優(yōu)勢，科普傳播利用虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實、混合現(xiàn)實、三維全景等前沿技術(shù)，實現(xiàn)跨時空傳播，為科普宣傳和教育搭建了更為廣闊的平臺。如虛擬現(xiàn)實科技館，利用人工智能技術(shù)對實體科技館進行展示，觀眾只需要點擊屏幕，就可以足不出戶進行參觀體驗，還可以體驗實時講解服務(wù)，比在實體科技館參觀更為便利。利用人工智能技術(shù)實現(xiàn)的虛擬參觀空間，可以在沉浸式的參與互動中了解和學習抽象的科學知識，還可以實現(xiàn)人機互動，使科普傳播方式更加全面。

2.3"科普傳播主體更加多元

在科學傳播過程中，傳播主體范圍不斷擴大，從專職科普人員逐步擴大到兼職科普人員、科普志愿者、社會公眾，在這個過程中，人的主體性地位從未改變過，人工智能技術(shù)的出現(xiàn)將科學傳播的主體向多元化進行拓展。人工智能技術(shù)可以部分代替人的傳播主體地位，完成科學知識的傳播，同時利用深度分析技術(shù)，根據(jù)計算結(jié)果進行實踐，對傳播效果進行測控，為下一次活動提供數(shù)據(jù)支持。隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，機器進行傳播的主動性增加，例如，當用戶對某一主題進行搜索瀏覽之后，人工智能技術(shù)會進行識別，自主推送與之相關(guān)的信息，這種以“人+智能機器人”的模式在科普傳播中已經(jīng)普遍存在，使科普傳播主體更加多元。

2.4"科普教育對象更加精準

公眾對科學知識的需求因教育背景、所處環(huán)境、個人興趣等原因，區(qū)分了多個方向和層次，人工智能技術(shù)可以對收集到的信息進行資料整合和分析，以公眾需求為基礎(chǔ)，準確高效地定位公眾需求范圍，進行個性化科普教育，實現(xiàn)從大眾傳播到精準傳播。隨著人工智能技術(shù)的廣泛應用，科普教育可以采用更加個性化的方式，遵循科技和時代的發(fā)展，針對不同年齡段、不同學歷背景和不同環(huán)境的公眾，制定不同的教育目標，選擇更為貼切的主題和科普方法，更好地構(gòu)建個性化的科普教育模式。

3"人工智能技術(shù)在科普教育中的應用

對人工智能技術(shù)進行科普，正確認識和使用這一前沿技術(shù)，在培育人工智能專業(yè)人才、突破人工智能技術(shù)研究困境、占領(lǐng)人工智能技術(shù)高地、持續(xù)保持國際競爭力優(yōu)勢方面具有重要作用。科普場館是人工智能科普工作的重要載體，目前，我國人工智能主題展館或設(shè)置人工智能主題展區(qū)的科普場館很少，雖然對人工智能主題展示的規(guī)劃有所論述，但很少有該方向的研究總結(jié)［5］。人工智能技術(shù)也沒有廣泛應用于科普教育領(lǐng)域，在這方面還有非常大的發(fā)展空間。

3.1"開設(shè)科普展覽，學習理論知識

科普教育在應用人工智能技術(shù)的同時，要利用自身條件，對其進行科學普及，培養(yǎng)公眾正確的科技倫理觀念。邀請科研院所、高校、企業(yè)等人工智能技術(shù)領(lǐng)域?qū)＜遗e辦講座，開展相關(guān)培訓，進行人工智能技術(shù)應用案例講解，組織實地參觀等，讓公眾了解人工智能的現(xiàn)狀和未來發(fā)展方向，并在培訓中互相交流，分享經(jīng)驗，為人工智能在科普工作中的應用提供思路和方法。利用場館優(yōu)勢，開設(shè)以“人工智能技術(shù)”為主題的展區(qū)，選擇相對確定的知識內(nèi)容和經(jīng)典應用場景，如智能制造、智慧交通、智慧醫(yī)療、智慧農(nóng)業(yè)、智能安防、智能家居等。同時與人工智能企業(yè)和科研院所合作，通過舉辦臨展、巡展、成果展示等方式及時推出關(guān)于人工智能的最新成果，跟蹤人工智能技術(shù)的發(fā)展態(tài)勢，讓公眾在切身參觀與體驗中，了解人工智能對科技創(chuàng)新和科技發(fā)展的重要作用，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和能力，激發(fā)對科技的興趣和熱愛，樹立正確的科技倫理觀。

3.2"開展科普活動，理論與實踐結(jié)合

科普場館可以為公眾尤其是青少年提供具有情境性、互動性、探究性等特點的科普教育資源，通過多種教學方式開展人工智能科普教育。一是聯(lián)系高新企業(yè)、科研院所等，組織青少年開展實踐教育活動，讓青少年與前沿科技近距離接觸，了解其應用模式，引導青少年在生產(chǎn)生活中感受人工智能技術(shù)；二是開發(fā)互動游戲、計算機編程，讓青少年動手參與人工智能，直觀了解人工智能的科學原理和基本實質(zhì)，更有效地提升科普教育的有效性；三是組織人工智能產(chǎn)品制作、創(chuàng)意比賽，為青少年搭建起成果交流的平臺，培養(yǎng)優(yōu)秀后備人才。在上述活動開展時，需要針對不同類型群體，制定不同的活動目標、活動內(nèi)容、實施形式、評估方式等，讓各項科普教育活動相互促進、深度融合、資源共享，推動人工智能科普教育活動系統(tǒng)化。

3.3"進行科普創(chuàng)作，加強實操技能

人工智能技術(shù)有極強的實踐性，在應用于科普教育中時，要注重理論知識的學習，也要注重實踐應用。人工智能科普創(chuàng)作是通過技術(shù)對科學信息進行再現(xiàn)，對科學信息最醒目的特征進行提取，轉(zhuǎn)化為科普作品，應用人工智能技術(shù)，能夠多方式、多角度呈現(xiàn)科學內(nèi)容，并且智能編輯能有效提高科普作品的創(chuàng)作效率。利用人工智能技術(shù)創(chuàng)作課程資源包、科普音視頻、科普文章等科普作品，使青少年積極參與到真實情境的人工智能應用活動中，促進青少年的實踐創(chuàng)新。比如，制作科普短視頻，在選題策劃階段，人工智能可以對大量資料自動搜集與分類整理，還可以對解說詞進行文字識別和分析，將解說詞分解成腳本；在拍攝中，通過智能摳像將人物與背景融合在一起，不需要另外搭建外景，既節(jié)約成本，又提高效率；在視頻剪輯過程中，人工智能技術(shù)可以對素材進行智能管理，通過算法實現(xiàn)智能播報、智能配音、自動添加字幕等，避免創(chuàng)作人員大量的重復性勞動；在后期制作中，人工智能技術(shù)可以處理圖片或視頻中的瑕疵，避免人工逐幀處理，有效減少人們的工作量，還能對一些珍貴的歷史資料進行修復，帶來嶄新的視覺體驗。

結(jié)語

人工智能技術(shù)進入科普教育領(lǐng)域，成為提升和優(yōu)化科普教育活動的重要工具，科普場館要充分利用自身的特色和優(yōu)勢，進行人工智能技術(shù)的普及工作，同時將人工智能有效應用于科普工作，更好地全面提升公眾科學素養(yǎng)，奠定經(jīng)濟社會高質(zhì)量發(fā)展的良好基礎(chǔ)。

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作者簡介：趙昕（1993—"），女，漢族，甘肅武威人，本科，中級工程師，研究方向為青少年科普教育及科學傳播；趙金惠（1973—"），女，甘肅平?jīng)鋈耍T士研究生，科普師，研究方向為科普場館建設(shè)、科普展覽活動、青少年科學教育；康曉萌（1988—"），女，漢族，黑龍江望奎縣人，碩士研究生，甘肅科技館競賽活動中心職員，研究方向為青少年科普教育及科學傳播；牛瀅迪（1982—"），女，漢族，甘肅武威人，碩士研究生，甘肅科技館科學培訓中心副主任，研究方向為青少年科普教育及科學傳播。