人工智能技術(shù)在中職深度學(xué)習(xí)課程開發(fā)中的應(yīng)用

一、引言

人工智能的普及應(yīng)用，讓人們的生產(chǎn)生活和社交方式發(fā)生了變化，而深度學(xué)習(xí)作為人工智能技術(shù)的重要組成部分，在計(jì)算機(jī)視覺、語音識別等領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用。在深度學(xué)習(xí)技術(shù)被大量應(yīng)用的時期，此專業(yè)人才出現(xiàn)了大量的缺口。在中職深度學(xué)習(xí)課程開發(fā)中應(yīng)用人工智能技術(shù)，有利于豐富教學(xué)資源和提升教學(xué)質(zhì)量，進(jìn)而提升相關(guān)人才培養(yǎng)質(zhì)量。

二、深度學(xué)習(xí)的概念

在人工智能領(lǐng)域，深度學(xué)習(xí)在2006年被首次提出。其是指通過多層非線性特征學(xué)習(xí)和提取，對深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)問題進(jìn)行處理。相關(guān)研究中指出，多層隱含神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)的組成部分，通過數(shù)據(jù)訓(xùn)練的方式，完成模型的構(gòu)建，利用模型即可總結(jié)海量的數(shù)據(jù)信息，并把握其中的規(guī)律，其中，模型擁有學(xué)習(xí)能力和成長性，有助于人工智能目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

三、中職深度學(xué)習(xí)課程開發(fā)設(shè)計(jì)

（一）課程設(shè)計(jì)框架

1.課程目標(biāo)

在依托人工智能技術(shù)，開發(fā)深度學(xué)習(xí)課程的過程中，職業(yè)院校應(yīng)當(dāng)在明確深度學(xué)習(xí)發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用趨勢的基礎(chǔ)上，結(jié)合學(xué)校教育規(guī)律、學(xué)生身心發(fā)展特點(diǎn)、知識教學(xué)結(jié)構(gòu)層次需要等信息，設(shè)計(jì)既能滿足學(xué)生學(xué)習(xí)需要，又能與高等學(xué)校在教育標(biāo)準(zhǔn)上有效銜接的課程體系與教學(xué)方法，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)研究活動的進(jìn)行及市場選聘高素質(zhì)人工智能人才活動的開展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在實(shí)踐活動中，中職院校以布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)理論為基礎(chǔ)，細(xì)化課程理論與實(shí)踐教學(xué)目的、任務(wù)，教師能夠明確課程教學(xué)目標(biāo)，并合理應(yīng)用課程教育活動與教學(xué)評價(jià)手段，為學(xué)生知識、技能、情感等方面能力素質(zhì)的全面提升提供保障。

2.課程設(shè)計(jì)框架

在構(gòu)建課程設(shè)計(jì)框架的過程中，中職院校應(yīng)當(dāng)以布魯姆教育目標(biāo)分類學(xué)理念為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)包含教學(xué)主題、教學(xué)資源、教學(xué)活動、教學(xué)評價(jià)在內(nèi)的教學(xué)模塊，為教師組織教學(xué)活動提供參照。同時，為提高課程教學(xué)的質(zhì)量水平，教師在組織教學(xué)時，應(yīng)當(dāng)以發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)，將創(chuàng)設(shè)問題情境、激發(fā)探究欲望、檢驗(yàn)假設(shè)、引導(dǎo)分析驗(yàn)證的發(fā)現(xiàn)法步驟，融入教學(xué)各模塊當(dāng)中，幫助學(xué)生建立以人工智能為基礎(chǔ)的深度學(xué)習(xí)課程基本結(jié)構(gòu)。此外，為進(jìn)一步優(yōu)化課程教學(xué)水平，教師在組織教學(xué)實(shí)踐活動時，應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生建立以元認(rèn)知學(xué)習(xí)策略為基礎(chǔ)的認(rèn)知理論，在具體的知識學(xué)習(xí)過程中，使學(xué)生能夠通過自我計(jì)劃、自我監(jiān)督、自我調(diào)節(jié)、自我評價(jià)與指導(dǎo)的方式，掌控自我學(xué)習(xí)過程，為學(xué)生知識、動作與情感的全面提升提供幫助。

3.課程內(nèi)容

現(xiàn)階段中職院校的深度學(xué)習(xí)課程內(nèi)容主要包含6個章節(jié)，共需要花費(fèi)32個學(xué)時，在設(shè)計(jì)深度學(xué)習(xí)課程內(nèi)容的過程中，中職院校應(yīng)當(dāng)以人才培養(yǎng)目標(biāo)、學(xué)生學(xué)習(xí)能力等信息為基礎(chǔ)，優(yōu)化課程內(nèi)容體系，降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。以《SET4Kid-AIL人工智能深度學(xué)習(xí)套件》這一課的教學(xué)內(nèi)容為例，在設(shè)計(jì)課程內(nèi)容的過程中，教師需要在引導(dǎo)學(xué)生完成理論知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上，組織學(xué)生開展智能垃圾分類項(xiàng)目制作實(shí)踐活動，為學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力的強(qiáng)化提供支持。為降低學(xué)生的學(xué)習(xí)難度，教師在授課前，可以將課程教學(xué)內(nèi)容劃分為深度學(xué)習(xí)算法的學(xué)習(xí)與實(shí)踐、感知與執(zhí)行、圖像識別與決策、電子藝術(shù)創(chuàng)新與設(shè)計(jì)這幾部分內(nèi)容，然后將深度學(xué)習(xí)項(xiàng)目分解為感知模塊、執(zhí)行模塊與決策模塊這幾部分內(nèi)容，在加強(qiáng)新

學(xué)知識與圖文編輯、程序設(shè)計(jì)人門、數(shù)字媒體技術(shù)應(yīng)用等已學(xué)知識之間聯(lián)系的基礎(chǔ)上，使學(xué)生能夠通過知識正向遷移的方式降低自身的畏難情緒，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

（二）課程教學(xué)資源

1.深度學(xué)習(xí)套件

本文研究中應(yīng)用的深度學(xué)習(xí)套件主要為SET4Kid-AIL人工智能深度學(xué)習(xí)套件。該套件中主要包含神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)建模、手機(jī)APP人機(jī)交互設(shè)計(jì)、單片機(jī)的感知與執(zhí)行等學(xué)習(xí)模塊。在應(yīng)用過程中，該套件可以幫助學(xué)生以圖像識別技術(shù)為基礎(chǔ)，開展人工智能技術(shù)探索與實(shí)踐活動。在引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)該套件的過程中，教師可以以人工智能領(lǐng)域廣受關(guān)注的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，引導(dǎo)學(xué)生將該技術(shù)融入日常生活場景當(dāng)中，加深學(xué)生對人工智能技術(shù)與日常生活實(shí)踐之間聯(lián)系的認(rèn)知，調(diào)動學(xué)生主動學(xué)習(xí)該學(xué)習(xí)套件應(yīng)用方法的熱情。

2.課程軟硬件平臺

在構(gòu)建包含人工智能技術(shù)的深度課程體系時，中職院校應(yīng)當(dāng)向課程配備包含深度學(xué)習(xí)算法EasyDL平臺、IAR單片機(jī)編程平臺、手機(jī)APP編程平臺等內(nèi)容在內(nèi)的軟硬件平臺，在滿足教師日常教學(xué)需求的基礎(chǔ)上，為學(xué)生創(chuàng)造性、實(shí)踐性思維能力的培養(yǎng)提供可靠的資源支持。

（1）深度學(xué)習(xí)算法EasyDL平臺

該平臺是一款A(yù)I訓(xùn)練和服務(wù)平臺，其中，EasyDL圖像可以提供多種服務(wù)，分別為圖像分類、物體檢測和圖像分割等。本課程可以借助平臺中的圖像分類功能，實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)算法，具體表現(xiàn)為以現(xiàn)有數(shù)據(jù)集為基礎(chǔ)，完成算法、訓(xùn)練、校驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕ⅲ⒃诖嘶A(chǔ)上發(fā)布模型。深度學(xué)習(xí)算法EasyDL平臺的功能較為完善，無須開展復(fù)雜的語言編程，即可使深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)，具有操作難度低，算法步驟清晰的特征。將其應(yīng)用于中職深度學(xué)習(xí)課程教學(xué)中，可以取得良好的成效。學(xué)生僅需利用平臺完成收集、分類、創(chuàng)建和標(biāo)注數(shù)據(jù)集等任務(wù)，并在此基礎(chǔ)上，創(chuàng)建和發(fā)布手動操作算法模型，即可參與深度學(xué)習(xí)算法實(shí)現(xiàn)的全過程，學(xué)習(xí)效果會顯著提升。

（2）IAR單片機(jī)編程平臺

該平臺屬于現(xiàn)階段被普遍應(yīng)用的單片機(jī)開發(fā)環(huán)境，相較于同類開發(fā)環(huán)境，該平臺在編譯速度和效率方面的優(yōu)點(diǎn)較為明顯。該平臺擁有多項(xiàng)功能，如程序編寫、編譯、調(diào)試仿真、語法檢查等，且在使用程序燒錄功能時，無須對其他程序和軟件進(jìn)行使用，即利用該平臺即可完成全部的操作。在課程項(xiàng)目中，學(xué)生需要使用STM8單片機(jī)外設(shè)的擴(kuò)寬項(xiàng)目功能，開發(fā)相應(yīng)的系統(tǒng)程序，便于學(xué)生充分發(fā)揮和實(shí)現(xiàn)自身的想象力。

（3）手機(jī)APP編程平臺

其作為免費(fèi)的手機(jī)軟件編程平臺備受好評，程序編寫需要依靠積木式拖放組件實(shí)現(xiàn)，在網(wǎng)頁上便可設(shè)計(jì)APP作品，無須安裝專業(yè)軟件，相較于其他平臺，該平臺更加便捷，且充滿趣味性。在課程項(xiàng)目中，決策部分由此款軟件實(shí)現(xiàn)。通過此平臺，可以調(diào)用深度學(xué)習(xí)算法API，同時，與單片機(jī)相互通信，實(shí)現(xiàn)制作人工智能深度學(xué)習(xí)項(xiàng)目的目標(biāo)。手機(jī)APP編程平臺擁有圖形化的界面，與中職階段教學(xué)需求極為匹配，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。

3.微信公眾平臺

為降低學(xué)生學(xué)習(xí)知識的難度，中職院校可以依托微信公眾平臺，構(gòu)建融入學(xué)習(xí)實(shí)踐活動，讓學(xué)生可以在課余時間開展與人工智能相關(guān)知識的學(xué)習(xí)實(shí)踐活動。在構(gòu)建微信公眾平臺的過程中，中職院校應(yīng)保證該微信公眾平臺具備深度學(xué)習(xí)課程評價(jià)、軟硬件資源與作品展示等功能模塊，保證學(xué)生在日常學(xué)習(xí)活動中，能夠依托該線上平臺完成資源查找、問題發(fā)布與解答、自主學(xué)習(xí)制作深度學(xué)習(xí)小項(xiàng)目等工作[2]。

四、人工智能技術(shù)在課程中的具體應(yīng)用

（一）準(zhǔn)備

課程實(shí)際教學(xué)前，為充分發(fā)揮人工智能技術(shù)應(yīng)用實(shí)效，教師應(yīng)做好全方位的準(zhǔn)備工作，切實(shí)了解學(xué)生基礎(chǔ)知識掌握的情況，并明確學(xué)生學(xué)習(xí)需求及學(xué)習(xí)特點(diǎn)。如此方能有針對性地確立教學(xué)目標(biāo)、制定教學(xué)內(nèi)容，并基于具體項(xiàng)目教學(xué)，合理設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)施流程。在此準(zhǔn)備階段，教師還需整合理論知識以及所學(xué)的操作技能，發(fā)布課前預(yù)習(xí)作業(yè)，令學(xué)生提前了解并明確所學(xué)課程內(nèi)容，為課程實(shí)際教學(xué)奠定基礎(chǔ)。基于深度學(xué)習(xí)課程實(shí)踐教學(xué)，展開教學(xué)項(xiàng)目準(zhǔn)備時，應(yīng)嚴(yán)格遵循發(fā)展區(qū)原則，以調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性為主，加強(qiáng)學(xué)生人工智能技術(shù)的掌握應(yīng)用。而在進(jìn)行教學(xué)項(xiàng)目設(shè)計(jì)時，教師應(yīng)根據(jù)中職學(xué)生現(xiàn)階段學(xué)習(xí)需求，合理設(shè)計(jì)。例如，基于深度學(xué)習(xí)課程，開發(fā)“SET4Kid-ALL人工智能深度學(xué)習(xí)套件”，在此套件支持下，令學(xué)生完成“智能垃圾分類”項(xiàng)目學(xué)習(xí)制作。而此套件亦可為學(xué)生提供較多學(xué)習(xí)支持。

其一，通過電子制作與藝術(shù)創(chuàng)作功能融合，完成電子藝術(shù)項(xiàng)目制作；為其他項(xiàng)目制作提供PCB印刷版，讓其他項(xiàng)目電路制作具備趣味性；亦可結(jié)合制作作品屬性，合理設(shè)計(jì)貼切外觀，對于提高學(xué)生創(chuàng)造力及想象力有著

較大作用。

其二，通過學(xué)習(xí)套件，可制定針對智能生活場景的特色解決方案。學(xué)習(xí)套件具備擴(kuò)展接口，通過接口可實(shí)現(xiàn)智能家居、交通及教育等生活場景展開控制，對于中職學(xué)生而言，可為其學(xué)習(xí)人工智能技術(shù)應(yīng)用，提供有效參考方向。

其三，學(xué)習(xí)套件適應(yīng)中職階段整體教育結(jié)構(gòu)，可以為智能化硬軟件平臺教學(xué)提供支持。學(xué)習(xí)套件主要利用深度學(xué)習(xí)算法EasyDL平臺，生成深度學(xué)習(xí)算法過程指導(dǎo)手冊。并以單片機(jī)硬件和程序?yàn)榛A(chǔ)，加強(qiáng)前后課程之間的聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上，利用手機(jī)APP展開算法調(diào)用，實(shí)現(xiàn)交互界面的人機(jī)交互，以此提高學(xué)生邏輯思維能力[3]

（二）內(nèi)容開發(fā)

基于深度學(xué)習(xí)技術(shù)，展開教學(xué)課程內(nèi)容設(shè)計(jì)時，應(yīng)合理設(shè)計(jì)三個模塊。

第一，感知與執(zhí)行部件設(shè)計(jì)模塊。該部件主體功能可實(shí)現(xiàn)相關(guān)信息采集，例如，采集濕潤度、圖像，并驅(qū)動執(zhí)行相關(guān)指令。而感知和執(zhí)行部件的具體設(shè)計(jì)，主要包括軟件設(shè)計(jì)、智能化硬件制作、聯(lián)合調(diào)試等。并確保智能硬件存在外接接口，以此可外接相關(guān)指示燈藍(lán)牙或OLED等相關(guān)設(shè)備，從而為中職學(xué)生學(xué)習(xí)拓展功能奠定基礎(chǔ)。

第二，深度學(xué)習(xí)算法設(shè)計(jì)模塊。由于該模塊設(shè)計(jì)是深度學(xué)習(xí)課程核心教學(xué)內(nèi)容，因此，應(yīng)根據(jù)課程項(xiàng)目需求，整合收集一定數(shù)量的相關(guān)信息，如可回收、廚余、其他垃圾的圖片，導(dǎo)人系統(tǒng)內(nèi)并分類標(biāo)注，使其成為數(shù)據(jù)集，將其作為基礎(chǔ)，創(chuàng)建深度學(xué)習(xí)模型，并加以訓(xùn)練，在后續(xù)對模型訓(xùn)練效果進(jìn)行評估，在發(fā)布后，設(shè)計(jì)API接口，用于后續(xù)使用。

第三，決策部件設(shè)計(jì)模塊。其作為統(tǒng)籌項(xiàng)目的部件，承擔(dān)重要的職責(zé)，該模塊通過手機(jī)APP編程，對深度學(xué)習(xí)算法API接口進(jìn)行調(diào)用，使算法模型應(yīng)用具象化的目標(biāo)達(dá)成，同時，還能開發(fā)數(shù)據(jù)收集和命令發(fā)送等功能[。

在內(nèi)容開發(fā)完成后，由教師指導(dǎo)學(xué)生制作項(xiàng)目，并在實(shí)踐中，幫助學(xué)生加深對深度學(xué)習(xí)課程的認(rèn)知。本項(xiàng)目的實(shí)施步驟如下所述：

① 設(shè)計(jì)項(xiàng)目總體框架;② 對項(xiàng)目應(yīng)用方向進(jìn)行明確，建立深度學(xué)習(xí)算法

模型；③ 焊接執(zhí)行結(jié)構(gòu)硬件，并對程序編程控制功能予以

調(diào)試，確保功能可以正常使用;④ 實(shí)現(xiàn)決策功能；⑤ 設(shè)計(jì)作品外觀。

五、結(jié)束語

綜上所述，作為人工智能技術(shù)的重要組成部分，深度學(xué)習(xí)已經(jīng)在人工智能領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用，屬于新一輪科技革命的代表技術(shù)。雖然我國十分重視人工智能教育的發(fā)展，但中職院校人工智能教育卻暴露出諸多方面的不足，具體表現(xiàn)為就業(yè)難度大、技能水平低等。為此，教師應(yīng)基于深度學(xué)習(xí)課程的特點(diǎn)，采取行之有效的教學(xué)措施，并通過人工智能技術(shù)的輔助，開發(fā)適合中職學(xué)生的深度學(xué)習(xí)課程，以提高教學(xué)質(zhì)量和學(xué)生的技能水平。

作者單位：徐建軍江蘇省如皋中等專業(yè)學(xué)校

參考文獻(xiàn)

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