程馬峰

“輕量化人工智能教育”是指適應(yīng)于中小學(xué)教育層次的簡單、輕便、圖形化的以人工智能為學(xué)習(xí)研究對象的教育，它定位于對人工智能技術(shù)的普適教育，普及概念，了解原理，讓學(xué)生體驗和應(yīng)用文字朗讀、語音識別、機器翻譯、視覺偵測、人臉識別、機器學(xué)習(xí)等人工智能技術(shù)，為以后的深層次的人工智能技術(shù)研究打下基礎(chǔ)。

一、選擇圖形編程，降低教育門檻

1. 一體化的人工智能教育產(chǎn)品。這些產(chǎn)品一般含有圖像識別、人臉識別、物體識別等先進的人工智能技術(shù)，具有廠家的專業(yè)服務(wù)，成體系課程可供選擇，教學(xué)方便，安全可靠。如：果小聰、百度小布教育機器人。但是目前報價較高，一定程度上限制了普及使用。

2. 基于樹莓派人工智能套件。樹莓派能夠運行Raspbian、Windows IoT Core 等操作系統(tǒng)，深受開發(fā)者、極客、技術(shù)愛好者們的追捧和喜愛。樹莓派搭配各類開源的人工智能模塊就可變身為人工智能教具，但這一方案的實驗環(huán)境搭建對小學(xué)生能力要求較高，不易普及。

3. Scratch3.0. 這是美國麻省理工學(xué)院提供的一款軟件，支持文字朗讀、視頻偵測和翻譯等人工智能擴展，是青少年學(xué)生編程學(xué)習(xí)和人工智能學(xué)習(xí)的利器，免費易用，但其人工智能技術(shù)涵蓋內(nèi)容不夠豐富，人工智能模塊也不能脫機使用，不足以讓學(xué)生較全面了解人工智能技術(shù)。

4. 基于Scratch3.0的衍生編程軟件。Scratch3.0是一個開源平臺，很多廠商基于它之上，進行了二次開發(fā)，加入了很多的硬件支持和人工智能模塊。目前小喵科技出品的kittenblock就是其中的優(yōu)秀的代表。它支持圖形化程序的micro：bit，arduino等開源硬件控制，支持圖形化轉(zhuǎn)Python/ C++代碼等高級語言。在它的擴展中，把人工智能中的語音識別、語音朗讀、視覺識別、機器學(xué)習(xí)、TensorFlow等高級技術(shù)進行技術(shù)封裝積木塊嵌入其中，讓小學(xué)生都可以輕松使用。它還支持硬件人工智能模塊，實現(xiàn)脫機學(xué)習(xí)。在原有電腦機房上稍做更改，配上耳麥和攝像頭，就可以實現(xiàn)輕量化人工智能教學(xué)，適合普適教學(xué)推廣。

二、社團活動先行，研究普適教學(xué)

輕量化人工智能教育需實驗先行再推進推廣，社團活動時間是絕好的試驗田。筆者在社團活動中開展了30人的教學(xué)研究，對教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)組織、教學(xué)成果進行初步的驗證。社團活動的成功試驗為在自然班開展人工智能教學(xué)打下了基礎(chǔ)。

三、項目學(xué)習(xí)推進，激發(fā)應(yīng)用興趣

教學(xué)當(dāng)中，要從學(xué)生已有的經(jīng)驗出發(fā)，讓學(xué)生置身于真實的生活情景中，引導(dǎo)他們自主地進行問題分析與探究，通過制作作品來完成知識建構(gòu)，培養(yǎng)發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。如讓學(xué)生了解人工智能視覺識別時，以模擬建造智能停車場門閘系統(tǒng)為項目，研究學(xué)校停車場的自動門閘，分析門閘動作。學(xué)生在制作時遷移了以前樂高EV3套件的知識，探索出Mind+實時模式，用藍牙經(jīng)scratchlink控制樂高馬達，模擬出門閘動作升降，利用樂高小車掛上打印的車牌號模擬小車，讓攝像頭識別車牌號，判斷該小車是否已經(jīng)交費，播放回應(yīng)語音，然后升閘放行。這個項目的實施比起純粹的車牌識別顯示在電腦屏幕上來得更真實有趣。

在學(xué)習(xí)過程，學(xué)生不僅學(xué)習(xí)了視覺識別，還應(yīng)用了之前學(xué)習(xí)的語音合成等綜合知識。項目實現(xiàn)的過程提高了學(xué)生的知識水平和專業(yè)素養(yǎng)，經(jīng)過4個課時的努力，項目完成之時，學(xué)生的興奮難以言表。因此，人工智能教學(xué)應(yīng)盡量貼近學(xué)生生活環(huán)境，宜以智慧家居、智慧農(nóng)業(yè)、垃圾分類主題進行項目學(xué)習(xí)。

四、結(jié)合開源硬件，推動應(yīng)用創(chuàng)新

目前輕量化人工智能教學(xué)內(nèi)容核心有文字朗讀、語音識別、機器翻譯、視覺偵測、機器學(xué)習(xí)五大塊，如果純技術(shù)教學(xué)，5個課時即可完成，但是這樣不能讓學(xué)生深刻體會到人工智能巨大的產(chǎn)業(yè)作用。教育需要結(jié)合開源硬件，推動人工智能應(yīng)用創(chuàng)新，才有生命力。Kittenblock對開源硬件有良好的支持，如micro：bit、arduino或者基于這兩者之上的衍生硬件。這些開源硬件有非常多的傳感器和執(zhí)行器支持，如超聲波、人體感應(yīng)、紅外、光線、溫濕度、聲音等傳感器和舵機、馬達、步進電機、喇叭、LED燈等執(zhí)行器。在Kittenblock利用人工智能結(jié)合開源硬件搭配各種傳感器和執(zhí)行器，可推動人工智能進一步創(chuàng)新應(yīng)用，制作出一項小發(fā)明小制作，服務(wù)于生活與學(xué)習(xí)。如講語音識別時，結(jié)合arduino控制馬達就成為語音控制小風(fēng)扇，成為智能家居的一部分。這些小制作和小發(fā)明成了學(xué)生持續(xù)學(xué)習(xí)應(yīng)用人工智能的興趣點。

五、AIoT萬物互聯(lián)，提升應(yīng)用高度

人工智能（AI）+物聯(lián)網(wǎng)（IoT）成為現(xiàn)在炙手可熱的人工智能物聯(lián)網(wǎng)（AIoT），在小米生態(tài)中，通過自然語言命令小米智能音箱聯(lián)動物聯(lián)網(wǎng)子系統(tǒng)控制燈光、空調(diào)、窗簾開關(guān)，是AIoT應(yīng)用的典型代表?，F(xiàn)在很多物聯(lián)網(wǎng)廠商開放IoT接口，如EASY IOT、Azure IOT、onenet、阿里云等，可以用在教學(xué)中。為了便于教學(xué)，國內(nèi)的一些基于Scratch3.0的衍生編程軟件也開放出本地IoT，如Mind+提供SIoT，它是一個針對學(xué)校教育場景的開源免費的MQTT服務(wù)器軟件，可一鍵創(chuàng)建本地物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器，Kittenblock也內(nèi)置了本地IoT服務(wù)，做到了一鍵開啟，這些設(shè)計讓小學(xué)生都可以輕松上手物聯(lián)網(wǎng)。本地IoT在利用人工智能搭載開源硬件，配上物聯(lián)網(wǎng)IoT就立馬升級為AIoT。筆者曾在教學(xué)當(dāng)中，讓學(xué)生利用攝像頭、開源硬件配合傳感器聯(lián)接IoT服務(wù)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程入侵聯(lián)動語音報警，學(xué)生大呼神奇。

六、活用軟件教程，補充教學(xué)資源不足

小學(xué)階段的人工智能教育目前正處于起步階段，存在著教學(xué)資源不足的現(xiàn)象。一般的編程軟件為了教會用戶操作，都會配套一些技術(shù)文檔和基礎(chǔ)例程，這些例程文檔往往是針對軟件某種單一功能的介紹，熟悉后進行組合項目化運用，就是一份很好的教學(xué)資源，也可以提供給學(xué)生自學(xué)，一定程度上能緩解人工智能教學(xué)資源欠缺的困難。