我上了一节小学AI课,发现四年级小朋友不仅懂AI,还学会了写代码

作者: 郭一璞 2019-12-23 09:54:30

本文经AI新媒体量子位(公众号ID:QbitAI)授权转载,转载请联系出处。

 “用最快的速度,从文件夹中所有的照片里找到这个人”

接到这个任务后,周涵迅速的启动了代码编辑器,熟练地输入了几行Python语句,调用了几个脑海中熟悉的函数,编译,运行。

接下来是等待时间了,1,2,3……她坐在电脑前读秒。

检测图片张数:128
耗时:19.82

虽然AI搜寻已经比人工一张张查找快了很多,但当周涵看到旁边小组耗时19.66的成绩,虽然只差0.16秒,但依然很不满意。

于是,她迅速调整重来,重新运行,1,2,3……

检测图片张数:128
耗时:19.38

周涵迅速的冲上台去,更新了成绩。

我上了一节小学AI课,发现四年级小朋友不仅懂AI,还学会了写代码

这下,没有其他团队更快了,她心满意足的回到了自己的机位,理了理身上的小学校服裙,坐在了板凳上。

是的,这是小学生的操作,读四年级的她,正在青岛崂山区第二实验小学的校舍里上人工智能课,量子位全程旁听了这节课。

我上了一节小学AI课,发现四年级小朋友不仅懂AI,还学会了写代码

在他们的课堂上,孩子们不仅要学原理,还要写代码实践,当堂编程运行,借助云端的算力跑出结果,思考AI技术的落地与应用,甚至还会安排考试。

像崂山二小这样开设AI课的学校,在青岛一共有100所,从小学、初中到高中,超过20000名学生在课堂上探寻人工智能究竟是什么。

四年级的AI课

在青岛,AI课程是校本课程必修课,学生从小学四年级开始上,每周安排一节课。到了临近毕业的时候,比如小学六年级、初中八年级,考虑到孩子们的升学压力,只会安排半个学期的AI课程。

我们听到的这节课,就是最低年级小学四年级的课程。公开课的地点选在了阶梯教室,上课的舞台上准备了3张圆桌,各摆了6台电脑。

领导讲话结束后,1位女老师和18名九岁左右的小朋友就来到了教室,这节课开始了。

我上了一节小学AI课,发现四年级小朋友不仅懂AI,还学会了写代码

由于本学期学生们已经上到了第8节人工智能课,了解过人脸检测是怎样的一项技术,因此这节课的主题是人脸聚类

课程开始,老师提到了一个现实中的问题:

刘彦凯同学要竞选大队委,需要做一个电子相册,但是老师将包括刘彦凯在内的学生们的照片都放在了一起,没有按照人名归类,所以需要在大量照片中找到刘彦凯的照片。

同学们在各自的电脑上手动试了几分钟后,没有人能在短时间内将刘彦凯的照片全部找出来。

于是,老师介绍了手机相册里的照片分类功能,可以按照每张照片上不同的人物主角,自动将照片分门别类,这便是人脸聚类的应用。

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之后开始了第二项活动,从一群同学的照片中,找到特定的同学。每当老师念到一个同学的名字,学生们总能迅速的从12张单人照中找到TA:“第X行第X个!”

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这项活动之后,老师引导学生总结经验,学生们说,他们是根据一个人的性别、外貌、五官等方面的特征,从12张照片找到特定同学的。

那么一个人有哪些特征呢?他们以授课老师为例,描述了老师的人脸特征:脸圆圆的、眼睛不大不小、鼻子刚刚好……

但是,仅凭这些描述,是无法认出特定的一个人的。

此时,课堂进入正题,老师向学生介绍了特征提取,根据相似度百分比进行人脸对比和识别、人脸聚类等过程,告诉学生们机器是如何根据相似度的判断,从而识别特定面孔的。

我上了一节小学AI课,发现四年级小朋友不仅懂AI,还学会了写代码

由于这是面向小学生的课,所以不会具体讲有什么模型、模型的每一层具体做什么这样细节的知识,更多是对机器完成一项功能大致过程的介绍。

不过令人惊喜的是,这堂四年级的课程中,竟然还有编程实践的过程,并且用的不是面向儿童的Scratch,而是在业界更为主流的Python,来解决开头那个从许多照片中找到刘彦凯照片的问题。此前学校开的机器人课上,学生们已经对Python语言有所接触。

当然,编程实践的难度不会有多高:

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程序运行结束之后,每个圆桌小组的同学汇报了自己的运行成果,并填在老师的PPT里:

一个组的孩子说:“我们先打开AI这个文件夹,然后将它运行,提取了人脸的特征,最后机器告诉我们用时19.66秒,检测128张照片。”

另一个组的孩子说:“我们先把软件打开,让软件识别人脸是什么样子的,最后软件告诉我们用时19.38,检测128张照片。”

而中间一组的女生周涵,甚至在运行速度被其他同学超越后再次运行,跑出更好的成绩,更新到老师的PPT里。小小年纪,就像做研究的大人们一样追求state-of-the-art(最先进的结果)了。

这里的运行过程,其实是在专门为AI课程搭建的云端超算中心上完成的,青岛市教育局为了给中小学生开AI课准备了4个超算中心,因为开课的学生非常多,这些计算资源也不够学生们同时使用,需要各个学校班级协调时间。

在知识教学和体验之后,到了“落地”环节。老师启发同学们讨论了身边的聚类应用,学生们争先恐后的举出了包括垃圾分类、超市产品分类,外卖分类配送,还有图片搜索、电商按图搜索产品、物流分拣等例子。

玩机器人的少年

按照6周岁上学计算,这些四年级的小朋友只有九岁、十岁左右。给他们讲特征提取、讲聚类,他们真的能理解吗?

可别小看现在的小朋友。

正在这所学校上四年级的贾子墨同学就觉得学AI非常有用。他是一位机器人爱好者,从六岁半起就开始学少儿编程了,目前会用乐高的EV3编程(Scratch语言)实现简单的功能。另外他也正在学Python。

贾子墨是学校机器人社团的成员,他非常享受用各种命令去指挥机器人的过程,其中的各种传感器都会拿来研究一下,看看它们的功能是什么。

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同班的另一位同学孙可瑜也学了乐高机器人。孙可瑜说,除了他们二人之外,班里还有10名左右的同学也在学习机器人。

虽然AI有各种不同的应用,不过显然,会动的机器人是孩子们最喜欢的领域。这几名小爱好者除了校内每周的人工智能课、计算机课和机器人社团之外,还会去校外学机器人,以及参加比赛。

“最喜欢的一节课是老师用各种软件命令控制屏幕上的机器人行动。”孙可瑜说。

而贾子墨比她多学了一段时间,已经成为了小朋友中的“专业”玩家:“我最近参加一个青岛国际博览会的比赛,先做一个机器人,然后用一个很复杂的软件来编程。但是程序是老师写好的,然后我们需要调试它”。

谈起心爱的机器人,贾子墨滔滔不绝:“二年级、三年级的同学都去了,不过他们玩的是机械臂。我们班去的也有很多。”可见泛计算机类的知识和趣味活动,在小学生中有巨大的市场。

虽然现在玩的火热,但关于未来的发展和成长,小朋友们倒没有做太多功利而实际的打算。

贾子墨说,“当(AI、机器人方面的)专家倒是没大想过,因为我也有其他感兴趣的课,”另外他准备升学后参加竞赛。

孙可瑜则告诉我们说,她的父母觉得说不定将来学好了之后可以往这方面发展。

从小学到高中,AI课程教什么?

结合课堂本身和小朋友们的兴趣及认知水平,我们可以看出,其实面向小学的AI课程,几乎不涉及复杂的技术原理,更多是给孩子们实践感受的作用,揭掉神奇的面纱,让AI不再是电影里的超级机器人,而是确切的知道AI背后是有一定科学原理的,是计算机运行的过程。

或者说,这堂课并非强调AI原理知识或者AI工程技能,而是针对小学生的逻辑思辨和正确的认识世界的教育。

在这节公开课上授课的郭老师也说,人工智能课的教学重点在于让孩子们了解接收这些知识原理,而非单纯的编程或类似的技能课程:“主要是讲做事情的逻辑,如果我讲if语句、while语句,课程就失去趣味,孩子们就会失去兴趣。”

那么从全局来看,除了这节课讲的“聚类”,青岛目前在中小学教授的AI课程具体都讲些什么呢?

我们集齐了面向小学生的《人工智能启蒙》、面向初中生的《人工智能入门》和面向高中生的《人工智能基础》三个系列的书,准备 召唤神龙 为大家整体的揭秘一下这些课程的内容。

我上了一节小学AI课,发现四年级小朋友不仅懂AI,还学会了写代码

小学版:《人工智能启蒙》

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小学版的课本一共六册,这里展示的是第一册,只有117页,共12个章节,前半部分在说AI的一些基础方向和原理,包括计算机视觉、机器学习等,后半部分就到了应用环节,包括人脸识别、AR、识别音乐、智能修图、推荐系统等,中间穿插AI相关的伦理和价值观。

我上了一节小学AI课,发现四年级小朋友不仅懂AI,还学会了写代码
我上了一节小学AI课,发现四年级小朋友不仅懂AI,还学会了写代码
我上了一节小学AI课,发现四年级小朋友不仅懂AI,还学会了写代码
我上了一节小学AI课,发现四年级小朋友不仅懂AI,还学会了写代码

原理非常浅显,仅限于让小学生知道机器学习是通过大量数据掌握事物特征,计算机视觉需要让机器看大量标注过的图片,语音识别需要先识别声母韵母再连成单词或一句话,给孩子一些基本的常识。

当然,这些信息现在或许还不是广义上的社会常识,但10年、20年之后,这些一定是常识了。

因此,它也非常适合对AI的认知停留在电影黑科技阶段的成年人阅读,是一本非常浅显的通俗读物,考虑到小学课本都是插图,因此虽然有100多页,但成年人可能只要一两个小时就可以细细的看完它,建立从小白到常识的AI认知。

书中还有很多实践环节,比如让学生体验形色智能识花App、讯飞语音输入法、小度语音助手、谷歌翻译等应用,感受人工智能到底能实现怎样的功能。

另外,为了解释一些AI技术到底有什么用,编者还放了百度搜索“珠穆朗玛峰的高度”和淘宝拍立淘作为例子展示,可以说整体非常生活化了。

初中版:《人工智能入门》

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相比前面的小学课本,定位初中教材的《人工智能入门》就非常硬核了。

硬核到什么地步呢?总共分为四本书,400页左右,而且从第二章开始就要学编程了。

先不看细节,感受一下目录:

第一章 人工智能概述

第二章 Python编程初步——用程序与小车对话

第三章 多传感器测距

第四章 图像处理基础

第五章 机器学习初探

第六章 自然语言处理——智能英文文章分析

第七章 深度图像理解

第八章 语言识别与人机交互

第九章 宝石采集:决策和规划

第一章还是人人看得懂的大众读物,除了语言表述不那么儿童化之外,跟小学课本没太大区别。

但到了第二章,仿佛是突然地文理分班,先是Python函数、变量、运算符,接着进入实际问题,有公式有计算,有例题有编程。

而之后的每一章,都是从实际生活、应用中的问题出发,介绍相关科学原理、图表函数和需要编程解决的问题,结构有些类似于中学的数理化课本。可以说,相比小学版,初中版是从科普到真正学知识和应用的跃迁。

不过,这套书整体非常工程向,你们感受下:

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真的好多题啊……如果想看看孩子有没有参加竞赛的兴趣和天赋,不妨来学习一下这本书。

高中版:《人工智能基础》

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高中版其实是出的最早的,当时也引起了一阵轰动。

量子位去年就读完了这本书,如果想看具体内容,可以点击查阅去年的报道。

在高中版的教材里,卷积神经网络、生成对抗网络、无监督学习等各种AI理论概念终于出现了,而且整体的原理讲述的非常细致。

如果说初中课本要培养未来的工程师的话,高中课本就更像培养未来的科学家了。当然,对于有一定数理思维基础的成年人来说,学习一下这本书也是深入了解人工智能的一个极好的途径。

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最后,在各地的实际教学中,三套书并不是严格对应小初高的顺序,各地会依情况决定使用哪一套。

其实,在青岛的AI课堂上,主导这些教学内容的是一家我们熟悉的AI公司:商汤科技。

青岛市教育局副巡视员姜林说,目前成体系出教材的只有商汤一家,此外还有平台支撑,有AI教育研究院落户青岛帮助培训教师,给孩子们教的内容有质量有标准。

当然,并非全部都是商汤完成的,商汤教育事业部总经理尚海龙介绍,从最初编写的高中课本到后来的小学课本,编写过程中需要商汤直接撰写的越来越少,教研员和一线教师参与的越来越多。

我上了一节小学AI课,发现四年级小朋友不仅懂AI,还学会了写代码

因为最初编写高中AI教材的时候,高中的AI教育全球都没有标杆,要确保讲的是真的AI,因此编写团队中一半是一线教师,一半是商汤的研究人员。

而到初中小学阶段,商汤的教授博士们很难降维到小朋友的水平,因此引入了大量一线教师,商汤的研究人员把基本元素界定好之后,具体教材的语言和组织逻辑是一线信息技术老师来编写,保证孩子们可以接受这样的内容。

另外,还要同步参考数学、物理等课程的进度,让学生们在学习相关AI课程的时候有一定的数理基础。

这些一线教师里,就有商汤就挖来的北京十一学校、上海星河湾双语学校等名校的老师,其中有《2018年人工智能教育(基础教育)发展报告》的核心编委,也有多年从事AP(美国大学预科班)计算机课程的教学工作的老师,此外还有许多知名高校的教授博士们来做导师,他们都曾经在计算机相关领域的教学中积累过经验。

甚至,AI课还有考试,包括一小部分知识测验,还有实践项目、自主创新的项目、交流展示会等等活动。

有了教材,还要考虑授课的老师。因为此前没有专门教AI的小初高老师,因此商汤人工智能教育研究院专门分五六批培训了300多名在青岛各学校授课的老师,并组织日常备课。

我上了一节小学AI课,发现四年级小朋友不仅懂AI,还学会了写代码

据青岛教育局介绍,这些老师中只有少数是AI相关专业毕业的,一开始只有计算机专业的老师参与,后来又有学物理、学数学的老师加入,甚至还有文科老师自学编程加入进来。

据商汤的工作人员透露,目前商汤AI基础教育已推广至青岛、上海、北京、深圳、晋中、香港、澳门、哈尔滨、郑州、成都、贵阳等17个城市,500多所学校。其中不乏成都七中、青岛二中、郑州二中、哈工大附中、上海市西中学这样的名校,而山西晋中更是已经在全市高中开设了AI课。

不过对于这群正在学AI的小朋友来说,实际能做出什么效果才是他们最关心的。

贾子墨说:“其实我觉得手动编程就很枯燥,但后面的结果让人很激动,如果将来到时候能让人工智能来自动编程、语音输入程序,不用电脑控制就更好了。”

文中周涵为化名。

AI 数据 人工智能
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