AI科学家眼里的青少年AI教育

大部分孩子都有长大后成为科学家的梦。那么,人工智能科学家是如何成长的?他们在做哪些有趣的科学研究?如何成长为像他们一样的科学家?为了让更多的读者了解人工智能科学家,来自温州科技高中的特级教师谢作如特邀上海人工智能实验室青年科学家白磊博士进行对话。白磊博士从事人工智能与地球科学领域的交叉研究工作,负责的“风乌”模型实现了10公里分辨率的全球气象预报,是目前分辨率最高的人工智能气象大模型。

走向国际共识的中小学AI教育

因为翻译的问题,“智能”“智慧”和“Intelligence”“Smart”这几个名词往往是混用的,如“智慧校园”对应的单词是“Smart School”,“智慧社会”则对应“Intelligent Society”。“智能教育”是指人工智能教育还是智慧教育?“智能设备”是指人工智能设备还是电脑类设备?语义的混淆给人工智能教育的内容和目标界定带来了困扰,也造成了“泛人工智能教育”(指把人工智能教育的边界泛化到机器人、编程、物联网等)的尴尬。那么,国际上对人工智能教育的认识和定位是怎么样的?中小学人工智能教育如何走出“泛人工智能教育”的误区并走向国际共识?本期对话邀请了温州科技高中的特级教师谢作如、清华大学毛勇博士和北京十一学校郑子杰老师,他们将围绕“国际共识”展开讨论。

让学生真正理解数据、算法和算力——谈新一代人工智能教育教什么和怎么教

本文在分析当前人工智能教育现状和问题的基础上,提出“新一代人工智能教育”这一名词,明确了教学目标和内容,并提出“融入信息科技课程”和“结合科创活动开展”两条实施建议,最后对现有的教学资源做了介绍。

让行空板变身为能识别方言的智能音箱

在当前的中小学AI科创项目中,涉及训练语音识别模型来解决问题的比较少见,训练出AI模型并部署在开源硬件上的更是凤毛麟角。本文先借助短时傅里叶变换(STFT)的方法从语音文件中提取特征,生成二维图像,然后采用卷积神经网络(CNN)训练AI模型,最终将模型转化为ONNX部署在行空板上,实现了方言短词语的识别。

借助AI模型预测障碍物方向

用机器学习来解决数学回归问题,是人工智能教育中的基本实验之一。本文以创客活动中障碍物方向测量这一问题为例,介绍了使用深层神经拟合复杂三角函数公式的过程。作者提出,学生在不了解三角函数知识的情况下,也能够用神经网络来解决真实世界中的数学问题,这为学生开展科创活动提供了新的思路。

2023,新一代人工智能走进信息技术课程

2018年,毕业于南京大学物理系的姜浩发布了一款AI应用,只要通过浏览器提交图片,它就能给出是否罹患乳腺癌的意见。这个免费的乳腺癌检测系统,诊断速度快,准确度还高于普通医生水平,一时间引来无数好评。我在感动于姜浩情怀的同时,注意到一个细节:从硬件搭建到模型训练和应用部署,这个乳腺癌检测系统全部由姜浩一人完成。作为一名业余程序员和非肿瘤专业医生的他,为什么能创造这样的“奇迹”?姜浩这个故事的大背景,实际上是人工智能在经历了两次寒冬后,因为“深度学习”的突破而掀起了第三轮浪潮。只要拥有算力、算法和数据。

当人工智能遇上青少年科技创新活动

近年来,人工智能技术发展突飞猛进,各种应用不断刷新人们的想象力。从识别准确度超过人眼的计算机视觉开始,人工智能逐步走向产业化。而以Chat GPT为代表的AIGC(人工智能生成内容)兴起则再次告诉人们,人工智能将必然成为推动科技跨越发展、生产力整体跃升的驱动力量。与人工智能的快速发展几乎同步,中小学人工智能教育也在受到越来越多关注。2017年发布的《普通高中信息技术课程标准》在必修课程中增加了“人工智能”的要求,《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》则将“人工智能”作为重要的学习内容。

让掌控板也能识别语音——对听障助手项目的进一步改造

本文对“AI助听器”项目进行深度分析,挖掘了掌控板内置麦克风的功能,设计了利用掌控板录音、行空板推理的工作方式,并给出了标准化的参考代码,以期为中小学AI科创项目的开发提供新方案。

在行空板上部署Web前端训练的AI模型

随着人工智能教育的普及,中小学的师生们不再满足于“体验”,而希望通过Web页面训练出来真正有用的AI模型,并部署到开源硬件搭建出AI应用。本文介绍了常见的Web前端模型训练平台和模型转换方法,并以行空板和ONNX为例,展示了一个完整的AI开发流程。

借助商业服务破解AI科创活动的算力难题

数据、算法和算力组成了AI时代的三大技术基础,而算力匮乏是当前中小学开展AI科创活动的主要困境之一。当真实问题涉及较复杂的AI算法和模型需要高算力支持时,购买算力服务是一种必然的选择。本文以训练一个音色转换项目为例,介绍了购买算力服务训练AI模型的真实经历,以期在算力方面为中小学AI科创活动开展提出可行的解决方案。

青少年AI教育为什么需要“算力”

“数据是燃料、模型是引擎、算力是加速器”,这个类比几乎已经成为AI领域的共识。但是在各地的人工智能教育经验介绍中,涉及算力设备建设和管理的寥寥无几。为什么青少年AI教育中很少有人提到“算力”?本期对话邀请了温州科技高中的特级教师谢作如、上海师范大学王龚教授和上海开源信息技术协会的章津楠先生,他们将围绕“算力”这一话题展开讨论。

用OpenHydra搭建本地人工智能教学平台

在中小学普及人工智能教育不仅需要合适的工具和课程,还需要本地的人工智能教学平台。各种人工智能实验的开展,都需要借助特定的软硬件环境支持。OpenHydra是在这一背景下推出的国产开源项目,用于搭建一个本地的人工智能教学平台。本文分析了中小学人工智能教学平台的核心功能,并介绍了在一台算力服务器上快速搭建OpenHydra的过程,最后对OpenHydra项目提出了新的期望。

设计一个低门槛的AI硬件交互活动

AI模型与开源硬件互动的内容,能够有效提升学生的学习兴趣。作者选择ESP32-CAM为Wi-Fi摄像头,以普通的麦昆小车为载体,为青少年的线下交流设计了一个AI硬件交互活动。这一活动内容有趣,形式新颖,加上其“低门槛”的特点得到广大教师的好评。同时,活动也为中小学人工智能教育提供了新的课程内容和开发思路。

用人工智能解决真实问题的技术地图

随着深度学习技术的发展,人工智能的门槛逐步下降,借助大量数据和开源算法即可获得相应的智能,已经成为人们的共识。本文以“解决真实问题”为核心问题,介绍了适合青少年使用的模型训练和部署工具,并以“害虫识别”为例,介绍了具体的工作流程和技术工具,形成技术地图。

设计一个有AI味的启动仪式道具

问题的提出2017年10月,在全国中小学校园创客嘉年华活动启动仪式中,笔者设计了一个名叫“汇·聚”的启动仪式道具,10多位国内创客骨干教师各持一块micro:bit(开源硬件),不断按下按键,每按一次都能在大屏幕上涂抹一个“点”的颜色,当“点”越来越多,就组成了活动启动的画面。2023年3月,在上海人工智能实验室主办的高校教育技术学专业AI课程建设高峰论坛上.

青少年需要怎样的AI通识课程

从今年秋季学期起,AI通识课程建设成为热点。全国多所高校面向本科生开设AI通识课,北京宣布市属公办本科高校AI通识课全覆盖,天津则面向全市高校全面开放首批3门市级AI通识课,而上海则更进一步,除了高校之外还要求中小学也全面实施AI地方课程。AI通识课程要学什么?联合国教科文组织在9月份发布了《学生人工智能能力框架》,将AI能力分为以人为本的心态、AI道德、AI技术和应用、AI系统设计四个方面。浙江大学推出的《大学生人工智能素养红皮书(2024版)》,则提出高校需要培养大学生了解AI、使用AI、创新AI和恪守人与人造物关系等综合能力。但是,用语言表达始终无法避免歧义:这里的“AI”到底指什么?

把机器人小车升级为无人驾驶小车

问题提出智慧交通是人工智能应用的一个重要场景,无人驾驶则是一种利用各种传感器、控制系统和人工智能算法实现对汽车自主控制的技术,是智慧交通的核心技术。在中小学开设无人驾驶课程,让机械结构、智能控制和深度学习等技术融合起来,是一门很有价值的跨学科课程。但无人驾驶课程开设难度较大,除了对授课教师要求较高外,还需要一系列硬件支持,比如内置支持模型推理能力芯片的小车价格往往达数千元。

青少年AI教育:从应用技术到引领未来

2023年的秋天,一位在教育基金会工作的朋友来徐汇西岸看我,当她了解到我现在专注于中小学AI教育时,脱口就问:你们开发AI伦理方面的课程了吗?这是一个很好的问题。我承认自己没有在AI伦理方面投入太多精力,但在课程设计中已经有意识地避免技术“滥用”。至于我为什么没有关注AI伦理,是因为AI发展太快了,而基础教育远远落在后面,对AI做正确的科普反而更紧迫。

走向“智能计算”时代的计算思维

2024年4月26日,孙凝晖院士在全国人大常委会专题讲座中提出“人类社会正进入智能计算时代”。对于“计算”一词,中小学信息技术教师并不陌生。《普通高中信息技术课程标准(2017年版)》将“计算思维”作为课程核心素养,《义务教育信息科技课程标准(2022年版)》则进一步强调了“计算思维”的重要地位。但是,“计算思维”一词中的“计算”与孙院士提出的“智能计算”中的“计算”含义是否一致?

从“学编程最好从汇编开始”说起

“学编程最好从汇编开始。”某位自称有计算机背景的领导在一次活动中对我们输出了这样的观点。真的吗?我估计绝大多数的信息科技教师都不会认可这一观点。但是,如果我把这个问题更换为“学编程最好从C或者C++开始”,估计有些教师就开始动摇了。