高冬平 項(xiàng)華

【摘 要】人工智能普及教育越來越受到社會(huì)重視，很多小學(xué)嘗試開設(shè)人工智能啟蒙課程。但在教學(xué)中，很難找到專供學(xué)生體驗(yàn)各種人工智能技術(shù)的平臺(tái)。筆者在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)了百度AI、訊飛、阿里云、騰訊云等網(wǎng)絡(luò)開放平臺(tái)，它們提供了許多免費(fèi)的人工智能演示功能，很適合學(xué)生實(shí)踐體驗(yàn)。于是筆者借雞生蛋，從文字識(shí)別、人臉識(shí)別、語音技術(shù)、自然語言處理等方面引領(lǐng)學(xué)生操作體驗(yàn)，感受人工智能技術(shù)，嘗試解決生活、學(xué)習(xí)中的問題，并探究這些技術(shù)的工作流程與原理，實(shí)現(xiàn)人工智能啟蒙教學(xué)。

【關(guān)鍵詞】AI;開放平臺(tái);人工智能;啟蒙教學(xué)

【中圖分類號(hào)】G434? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【論文編號(hào)】1671-7384（2020）09-074-04

當(dāng)人工智能成為社會(huì)發(fā)展的新動(dòng)力時(shí)，人工智能的研究與學(xué)習(xí)也越來越受到社會(huì)的重視，人工智能學(xué)習(xí)要從娃娃抓起的呼聲越來越響。2017年6月，國務(wù)院印發(fā)的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出在中小學(xué)開設(shè)人工智能課程;2018年1月，教育部把人工智能教學(xué)納入高中“新課標(biāo)”。

作為一名小學(xué)信息技術(shù)教師，筆者也在積極探索小學(xué)人工智能課程教學(xué)。在實(shí)踐中遇到的最大困難就是“缺少實(shí)踐體驗(yàn)”，即缺少供學(xué)生體驗(yàn)人工智能技術(shù)的平臺(tái)。通過探索，筆者驚喜地發(fā)現(xiàn)百度AI、訊飛、騰訊云、阿里云等開放平臺(tái)具有許多技術(shù)演示功能，可以為學(xué)生提供良好的人工智能技術(shù)體驗(yàn)。于是筆者嘗試從文字識(shí)別、人臉識(shí)別、語音技術(shù)、自然語言處理等方面開展教學(xué)實(shí)踐，深受學(xué)生喜歡，收獲頗豐。

文字識(shí)別體驗(yàn)，感受識(shí)文斷字的本領(lǐng)

文字識(shí)別技術(shù)就是計(jì)算機(jī)識(shí)別字符的技術(shù)，在生活工作中有很多應(yīng)用，如通用文字識(shí)別、手寫文字識(shí)別、車牌識(shí)別、票據(jù)證件識(shí)別等。在百度AI開放平臺(tái)中，提供了多種文字識(shí)別體驗(yàn)。

1.我能認(rèn)印刷字——通用文字識(shí)別

通用文字識(shí)別，指的是對(duì)印刷文字的識(shí)別。比如書本文字、廣告牌文字、包裝盒文字等。百度AI開放平臺(tái)的“通用文字識(shí)別”演示，提供了上傳圖片并識(shí)別文字的功能。

2.我能認(rèn)手寫字——手寫文字識(shí)別

手寫文字識(shí)別，指的是非印刷體，即手工書寫文字的識(shí)別，因每個(gè)人書寫的字體不同，識(shí)別難度更高。百度AI開放平臺(tái)的“手寫文字識(shí)別”演示功能，提供了上傳手寫文字圖片并識(shí)別文字的功能。平臺(tái)能快速識(shí)別不同人、不同筆寫的手寫文字，雖然手寫文字差異很大，但識(shí)別準(zhǔn)確率均在90%以上。通過上述體驗(yàn)，師生再探究文字識(shí)別的過程和原理。認(rèn)識(shí)到特征比對(duì)是常用的識(shí)別方法，基本原理是獲取字的筆畫、結(jié)構(gòu)、交叉點(diǎn)數(shù)、輪廓等特征，與字符數(shù)據(jù)庫比對(duì)，識(shí)別出文字。在體驗(yàn)分析后，學(xué)生對(duì)文字識(shí)別技術(shù)有了正確的認(rèn)識(shí)。

人臉識(shí)別體驗(yàn)，感受千人千面的技術(shù)

人臉識(shí)別就是利用計(jì)算機(jī)識(shí)別人臉的技術(shù)。它能根據(jù)人的臉部特征識(shí)別出不同的人臉，從而達(dá)到身份識(shí)別的目的。人臉識(shí)別技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用，如人臉檢測(cè)、身份驗(yàn)證、人流量統(tǒng)計(jì)、駕駛行為分析等。百度AI等開放平臺(tái)提供了這些技術(shù)的演示功能，解決了學(xué)生體驗(yàn)難題。

1.我能相面——人臉檢測(cè)

人臉檢測(cè)技術(shù)是通過一張照片能較準(zhǔn)確地判斷出人的年齡、性別、情緒等信息。百度AI平臺(tái)提供了“人臉檢測(cè)”演示。通過體驗(yàn)、討論、查閱資料，可以引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)到人臉識(shí)別是計(jì)算機(jī)根據(jù)人臉特征點(diǎn)實(shí)現(xiàn)的。目前已發(fā)現(xiàn)10000多個(gè)特征點(diǎn)，因此人臉識(shí)別的準(zhǔn)確度很高。

2.我能認(rèn)人——身份驗(yàn)證

刷臉解鎖、刷臉支付、刷臉安檢等都用到了人臉身份驗(yàn)證，學(xué)生有一定的經(jīng)驗(yàn)，但對(duì)工作原理不清楚。百度AI提供的“人臉?biāo)阉鳌薄叭四槺葘?duì)”演示功能可以呈現(xiàn)一定的工作原理。通過“人臉?biāo)阉鳌薄叭四槺葘?duì)”的體驗(yàn)，學(xué)生不僅明白了身份驗(yàn)證的過程和原理，也了解到機(jī)器在人臉識(shí)別上采用了大量的人臉特征與算法，所以遠(yuǎn)超人眼。

3.我能預(yù)警——駕駛行為分析

在交通違章查詢中，攝像頭抓拍已成為主要方式，這其中就用到了“駕駛行為分析”的技術(shù)。百度AI提供了“駕駛行為分析”的演示功能。在設(shè)計(jì)“駕駛行為分析”操作任務(wù)時(shí)，首先組織學(xué)生上網(wǎng)搜索各種駕駛行為的照片;然后上傳到百度AI開放平臺(tái)“駕駛行為分析”演示中查看判定結(jié)果。學(xué)生發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)能準(zhǔn)確地判定未系安全帶、使用手機(jī)、雙手離開方向盤等多種行為。通過在開放平臺(tái)中對(duì)“駕駛行為分析”的體驗(yàn)，學(xué)生不僅對(duì)這些技術(shù)有了直觀的感受，同時(shí)在交流討論中明晰了技術(shù)的基本過程和原理，還能用科學(xué)的知識(shí)來解析日常生活中人臉識(shí)別的應(yīng)用。

語音技術(shù)體驗(yàn)，感受聽聲說話的能力

語音技術(shù)包括語音識(shí)別與語音合成兩種技術(shù)，也可理解成計(jì)算機(jī)聽聲、說話的能力。聽聲就是把語音轉(zhuǎn)化為文字，說話就是把文字轉(zhuǎn)化為語音。

1.我能聽——語音識(shí)別

語音識(shí)別能讓計(jì)算機(jī)聽懂人說話，把語音轉(zhuǎn)化為文字。該技術(shù)已在學(xué)習(xí)、生活、工作中廣泛應(yīng)用，如語音輸入、語音控制、語音助手、聲紋驗(yàn)證、語音喚醒等。識(shí)別效果快速準(zhǔn)確，已成為人們必不可少的工具。

訊飛開放平臺(tái)的“語音識(shí)別”版塊提供了體驗(yàn)功能，識(shí)別的準(zhǔn)確率非常高，錄入速度理論上能達(dá)到每分鐘400多個(gè)，而且提供中文、英語、法語等幾十種語言，以及廣東話、四川話等十幾種方言的識(shí)別。

學(xué)生從語音輸入的任務(wù)中學(xué)習(xí)了語音輸入的方法，同時(shí)也感受到語音輸入速度快、準(zhǔn)確率高的優(yōu)勢(shì)。還可通過設(shè)計(jì)“比較聲波形狀”的任務(wù)，讓學(xué)生分析計(jì)算機(jī)是如何識(shí)別語音并轉(zhuǎn)化為文字的。在體驗(yàn)分析中，學(xué)生認(rèn)識(shí)到語音內(nèi)容不同，聲波形狀也不同，聲波包含的音量、音調(diào)、音色等特征也不同。語音識(shí)別就是對(duì)這些特征的抽取與比對(duì)，進(jìn)行識(shí)別，把聲音轉(zhuǎn)換成文字。語音數(shù)據(jù)庫越豐富，能識(shí)別的語言種類越多。

2.我會(huì)說——語音合成

語音合成就是計(jì)算機(jī)把文字轉(zhuǎn)化為語音。語音合成在生活中已有較多應(yīng)用，如有聲朗讀、車載導(dǎo)航、排隊(duì)叫號(hào)、打車播報(bào)等軟件，也有兒童故事機(jī)、智能聊天機(jī)器人等硬件，都用到了語音合成。訊飛開放平臺(tái)提供了“語音合成”體驗(yàn)。輸入一段文字，選擇“發(fā)音人”，就能生成這段文字的語音。而且有幾十個(gè)不同特色的發(fā)音人可供選擇，能適合不同的場(chǎng)景需求。

通過體驗(yàn)，學(xué)生可以習(xí)得文字合成語音的方法。并認(rèn)識(shí)到語音合成是語音識(shí)別的逆向過程，把文字通過聲學(xué)模型轉(zhuǎn)換成語音，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)會(huì)說話的技術(shù)。為了讓學(xué)生理解聲學(xué)模型，還可以向?qū)W生演示“聲音復(fù)刻”的操作。打開訊飛有聲的“聲音復(fù)刻”功能。根據(jù)向?qū)?，朗讀提供的幾段文字。接著，等待計(jì)算機(jī)半小時(shí)“計(jì)算”，生成用戶“聲學(xué)模型”。然后，利用該模型朗讀文章，能感受到計(jì)算機(jī)的發(fā)聲很像用戶的聲音。

通過“語音識(shí)別”“語音合成”的體驗(yàn)，學(xué)生不僅可以學(xué)會(huì)語音輸入、語音合成等方法，方便了學(xué)習(xí)生活，而且還能理解這些技術(shù)的原理和工作過程，促進(jìn)其對(duì)人工智能的認(rèn)識(shí)。

自然語言處理，感受對(duì)答如流的智慧

自然語言處理是指利用計(jì)算機(jī)分析和處理人類自然語言的技術(shù)。它的應(yīng)用包括機(jī)器翻譯、機(jī)器對(duì)話、機(jī)器寫作等。

1.我是小翻譯——機(jī)器翻譯

機(jī)器翻譯是利用計(jì)算機(jī)將一種自然語言轉(zhuǎn)換為另一種自然語言的過程，機(jī)器翻譯已得到廣泛應(yīng)用。訊飛開放平臺(tái)提供了機(jī)器翻譯的體驗(yàn)功能，能實(shí)現(xiàn)中文、英語（如圖1）、法語、德語等100多種語言的互譯，甚至還有藏語等少數(shù)民族語言。

通過平臺(tái)的體驗(yàn)，學(xué)生不僅感受到世界語言的豐富與神奇，也感受到機(jī)器翻譯技術(shù)的強(qiáng)大。在此基礎(chǔ)上，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生分析并了解機(jī)器翻譯的原理與過程是借助了語言模型及大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)的。

2.我是小秘書——機(jī)器對(duì)話

機(jī)器對(duì)話已在生活中廣泛應(yīng)用，能提供咨詢、導(dǎo)航、娛樂等很多服務(wù)。如移動(dòng)客服10086、微軟小冰、訊飛靈犀等，智能音箱中也內(nèi)置了機(jī)器對(duì)話功能。教師可以通過設(shè)計(jì)學(xué)生與某種智能語音對(duì)話的任務(wù)，讓學(xué)生感受機(jī)器對(duì)話能較準(zhǔn)確地理解語義并做出回答的能力。此外，通過語音還能實(shí)現(xiàn)查詢信息、設(shè)置提醒、翻譯、速記等服務(wù)。此時(shí)，學(xué)生將對(duì)機(jī)器人是怎樣理解語義的產(chǎn)生濃厚的興趣。

訊飛平臺(tái)還提供了“文本糾錯(cuò)”“語法分析”演示功能，從這些體驗(yàn)中，學(xué)生可以感受到計(jì)算機(jī)理解語義是從“語法、情感、關(guān)鍵詞”等多個(gè)方面分析而得到的，在語義理解的基礎(chǔ)上，再做出合理的回答。

3.我是小作家，機(jī)器寫作

機(jī)器寫作也是自然語言處理的內(nèi)容之一。微軟小冰出版了《陽光失了玻璃窗》的詩集;昆明報(bào)業(yè)寫作機(jī)器人“小明”，能寫多種內(nèi)容的稿件，這些都是現(xiàn)實(shí)生活中機(jī)器寫作的應(yīng)用案例。

例如，筆者在教學(xué)中設(shè)計(jì)了“生成藏頭詩”操作任務(wù)。首先，指導(dǎo)學(xué)生尋找網(wǎng)絡(luò)上“藏頭詩生成器”。接著，在生成器中輸入短語，如“我愛生活”。然后，生成藏頭詩“我從去年辭帝京;愛將蕪語追前事;生男埋沒隨百草;活與深深掘窖埋?！痹诓仡^詩生成器中，學(xué)生體驗(yàn)了機(jī)器寫作，雖然詩文不太通順，但韻律整齊，有一定的意境。從機(jī)器翻譯、機(jī)器對(duì)話、機(jī)器寫作等體驗(yàn)中，學(xué)生感受到自然語言處理的技術(shù)，給我們的學(xué)習(xí)生活帶來了許多便捷，也了解了自然語言處理的一些基本原理。

總之，百度、訊飛、阿里云、騰訊云、京東等人工智能開放平臺(tái)，給學(xué)生提供了親身感受文字識(shí)別、人臉識(shí)別、智能語音、自然語言處理等技術(shù)的體驗(yàn)機(jī)會(huì)，是小學(xué)人工智能啟蒙教學(xué)非常好的實(shí)踐平臺(tái)。在教學(xué)中巧妙運(yùn)用這些平臺(tái)，不僅能讓學(xué)生體驗(yàn)到各種人工智能技術(shù)，還能幫助學(xué)生理解各種技術(shù)的原理，從而正確認(rèn)識(shí)人工智能，實(shí)現(xiàn)小學(xué)人工智能啟蒙教學(xué)的目的。

注：本文系中國教育技術(shù)協(xié)會(huì)“十三五”重大項(xiàng)目“互聯(lián)網(wǎng)+教育背景下數(shù)字科學(xué)家理論與實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：教技協(xié)研P116）子課題“小學(xué)人工智能普及課程的建設(shè)與實(shí)踐研究”（課題編號(hào)：P116SZKXJC093）研究成果

參考文獻(xiàn)

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