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【域外动态】学校如何教授人工智能与机器学习?

已有 779 次阅读 2020-1-8 11:14 |个人分类:域外动态|系统分类:论文交流

 

对于学生来说,理解和学习未来可能会对他们产生巨大影响的关键技术工具是必不可少的。以机器学习为代表的人工智能技术已经开始持续地影响我们的日常生活。例如当你在亚马逊这样的网站上购物时,系统会根据你曾经购买过或者想要购买的商品,推荐与之相关的商品给你,这就是一种基于数据分析的机器学习技术。


根据普华永道的一份报告《How will automation impact jobs?》所预测,由于人工智能和机器学习所带来的自动化,预计在2030年会有30%的工作岗位被机器或程序替代。这种对人类劳动力的替代会涉及多个领域,首当其冲的有金融服务和自动驾驶。在这些领域,机器可以做到更快、更精确。但与此同时,在另外一些领域,如医疗保健和教育行业,人工智能系统的引入也有可能会创造出很多新的岗位。因而,面对人工智能技术对人类工作的冲击,向学生教授人工智能和机器学习的知识,以应对未来社会的需求,便显得尤为重要。








创设氛围:在学校教育中运用人工智能系统




要让学生了解人工智能的好处,最简单的方法之一就是让他们切身感受到,人工智能是能够提高学习效果的工具。


国外Bolton学校目前同时使用了Century和HegartyMaths两种软件。这中软件使用人工智能引擎来分析学生的测试结果,以便通过发现现有知识与进一步发展之间的差距,来为个性化安排进一步学习提供依据。


像Class Charts这样的系统与Century和HegartyMaths类似,也可以通过分析学生的行为和成就数据来进一步制定更加科学合理的学习计划。如果你所在的学校也使用了类似的系统,那么这种系统将十分有利于学生基于自身以往经验进一步学习。


还有一种方式,就是将学生在YouTube, Netflix或Instagram等平台上的推荐内容与学生的日常生活联系起来,这些基于历史浏览记录的推荐内容可以在一定程度上反映学生的日常行为。教师可以使用青少年版的YouTube来了解青少年儿童学生的日常浏览行为,进而获取学生行为数据。








计算机思维:让学生学会机器的思考方式




一旦学生知道了人工智能和机器学习对于自身学习的益处,接下来就可以向他们介绍算法模型了,这可以让他们了解到机器是如何通过算法来运作的。

只有在算法的基础上,计算机才可以进行任务处理,各种设备才可以进行数据收集于分析,进而做出决策。这听起来或许还有些复杂,但只有让学生知道到算法的无处不在,事实上所有的程序任务都是一系列的步骤组合而成,才可以帮助学生真正理解计算机编程是如何工作的。例如,你也可以用编程的思维来让学生们理解自己“来学校学习”这件事:

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学习编程:用计算机思维来分析和解决问题




如果学生想要将来具备自己开发机器学习程序的能力,那么学习编程基础就是必不可少的条件。在最开始的学习阶段,基于模块化的编程应用,如Scratch (以及ScratchJr儿童版)、Tynker都是比较合适的,这种编程学习应用可以让学生利用这些预先设计好的模块来自主构建程序。预先设计好的模块有利于启发学生应用他们所学到的算法思维,通过使用这些简化的“前进”、“向左”等等的指令,学生可以设计自己的游戏和小程序。


当学生掌握了基本原则,可以熟练地运用基于模块的编程系统之后,接下来他们就可以开始尝试使用编程语言来进行探索。有些学校可能正在使用iPad等苹果设备来进行教学活动,其中的Swift Playgrounds应用程序就是一个十分有效的软件,可以帮助学生提升更加高阶的编程技能。在笔记本电脑上也可以实现相似的功能,Python就是一个易于上手的计算机语言,可以利用Python来构建简单的游戏和程序。


学习编程不仅仅是学习一项技能那么简单。无论通过哪种方式,基于模块的系统也好,编程语言也好,让学生学会自己编程都有利于实现一项国家课程目标,即“用计算机思维来分析问题,并通过计算机程序来解决该问题”。








动手创造——在机器上实现学生的想法




在学生具备了基本计算机思维,掌握了基础编程技能之后,下一步就是将学生所学到的知识运用到真实世界和真实环境中。这一步可以通过一些实体设备来实现,例如无人机、机器人(LEGO MINDSTORMS EV3)。


这些可以运用于教学的机器人通常会具备很多传感器,如色彩传感器、触摸传感器、超声波传感器、陀螺仪等。通过Python来进行编程,然后通过控制这些传感器来“教会”机器人对外界刺激做出反应。这为学生未来探索人工智能和机器学习打下了良好的基础。例如,Julie Townsend就利用乐高头脑风暴(LEGO MINDSTORMS EV3)制作了一个实体系统,经过编程之后的乐高头脑风暴可以自动沿着一条黑色、弯曲的路线行进,这在本质上就是一个简化了的基于机器学习的自动驾驶汽车(如下图)。

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在未来,从自动驾驶汽车到计算机算法,从所见到所听,人工智能和机器学习的发展最终会在许许多多的方面影响我们的生活方式,进而重塑我们的生活。如果我们希望我们的孩子能够参与这些创新,从这些创新中受益,那么仅仅是理解人工智能的原理,知道他们怎么运作是不够的。他们还需要学会基本的人工智能和机器学习技能,从而能够创造出自己的人工智能应用。


人工智能将会令我们生活中的许多方面变得越来越好,每一个学生都应当做好准备,成为未来人工智能创新的贡献者。












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