中小學教育

國中生的AI課:從實作到思考,追上科技浪潮一點也不難!

梧棲國中教授人工智慧,更新學生對於科技的認知,培養程式設計的運算思維,與此同時,也給予學生探索世界的工具。圖為國小營隊推廣。 梧棲國中教授人工智慧,更新學生對於科技的認知,培養程式設計的運算思維,與此同時,也給予學生探索世界的工具。圖為國小營隊推廣。 圖片來源:本文圖片皆為作者提供。

論及近年最受矚目的新興科技,人工智慧(AI)首屈一指,無論在醫療、交通、安全等領域,人工智慧日新月異,帶動人們的生活產生改變。面對風起雲湧的科技變革,學校教育也不落人後,著手開發課程,協助學生建立基本觀念。

台中市梧棲國中積極發展科技教育,除了在資訊科技課程介紹人工智慧,更申請Google社區服務計畫,參與國中小機器人營隊;亦曾申請科技部培龍計畫,以STEAM機器人學習自動控制。此外,校內還有2個相關社團──機器人社與程式設計社。梧棲國中教務主任劉明合指出,正規課程受限於時間,能夠介紹的資訊有限,然而人工智慧一日千里,又與實務密切相關,很難以課本的內容一言蔽之,因此校方成立社團,鼓勵學生在課外時間延伸學習人工智慧。

國中營隊推廣。

用人工智慧導覽老街

蔡美岑同學是機器人社的社員,她當初加入社團是基於好奇。「老師會教我們寫程式,然後操作機器人給我們看,如果成功下達指令,機器人就會依照我們的指示動作,很好玩。」她口中的「機器人」要價不斐,梧棲國中家長會一口氣購買20套,作為引起學習動機的教材之一。

對於學生來說,「人工智慧」是個模糊概念,而「機器人」近在眼前,直觀且真實,又可拿來玩,顯然有趣得多。如何才能使機器人動起來?學生心中有疑問,自然踏上學習之旅,在試圖驅動機器人的路上接觸基礎程式撰寫,也進一步理解程式設計的運作原理。

魏亞芯同學當初被蔡美岑拉著加入社團,她自認是程式苦手,經常碰壁打結,要修改多次才能完成指令,但是相對地,成功時也會很有成就感。「我們之前操作過AI自走車,設定用它導覽梧棲老街,它會自動走到老街上的景點進行介紹,這個以後如果發展成熟,可能就不需要導遊帶路了!」

「梧棲老街之旅」是梧棲國中的社會與科技跨領域課程,學生事前學習老街歷史,為景點撰寫背景介紹,加上從小在當地成長,非常熟悉故鄉,能為老街規畫導覽路線。同學們於是結合程式設計,安排AI自走車依照路線前進。要讓AI自走車在正確景點停下,涉及影像辨識技術。學生蒐集景點照片,透過影像訓練平台訓練AI模型,直到自走車可以辨識在地特色圖卡為止。而在這過程中,儘管學生自身尚未察覺,「監督式學習」與「非監督式學習」的觀念已經悄悄扎根。

同學們安排AI自走車導覽梧棲老街,它能為老街規畫導覽路線,自動走到老街上的景點進行介紹。

實踐與理論相結合

對於初學者而言,具體實物比抽象概念更好理解,也更有吸引力,因此校方在設計人工智慧課程時,盡量以實務取代講解,讓學生先動手實作應用,再慢慢學習背後道理。在「監督式學習」與「非監督式學習」單元,教師帶領學生為校內花草拍照,累積大量影像資料,並且嘗試分類。學生前後採行兩種方法,一種是以二分法和決策樹人工分類(監督式學習),一種則是以智慧鏡頭直接辨識(非監督式學習),對比兩個方法的分類結果,發現整體架構高度相似。

由此課程,學生見證非監督式學習的特色,可以更快抓出脈絡,為群體分門別類,建置基礎辨識體系,而且不費吹灰之力。相較之下,由人類訂定規則的監督式學習乍看簡單,一旦涉及大量資料,卻禁不起重重考驗,容易出現自相矛盾的邏輯,讓系統運作陷入死局。

這般實際操作,讓學生縱使不深究理論,也明白人工智慧的作用,以及對於現況帶來的變革。有些敏銳的學生想得遠,認為依照目前的發展速度,人類未必能夠因應人工智慧造成的影響。事實上,越來越多案例也顯示,除了不斷精進AI技術,如何與AI和平共存,也成為一大議題。

學生在監督式學習課堂中,明白了人工智慧的作用。

學生見證非監督式學習的特色,可以更快抓出脈絡,為群體分門別類,建置基礎辨識體系,而且不費吹灰之力。

學生蔡宜佑舉例,許多機關單位將人工智慧視為工作助手,但也因此衍生許多未有定論的爭議。「人工智慧不是萬能的,尤其在隱私或生死層面,做決定更困難。例如人臉辨識,可以幫助警方更快找到嫌犯,但是如果因此必須蒐集所有人的臉部資料,就會有隱私上的疑慮。」

學生柯柏鳴則認為,人工智慧像是雙面刃,有好也有壞,人類使用AI的時候,應該適時保持警覺,或者採取保護措施。「上完這些課後,我發現人工智慧有點過於聰明,學習速度非常快,人類甚至不需要教它。所以我想,以後使用人工智慧的時候,可能需要加上一些合理限制,避免事情失去控制。」

梧棲國中校方期望以教育為橋梁,引進新科技與新知識,擴大學生的視野,也縮小城鄉之間的資源落差。

跨越城鄉科技差距:給予學生探索世界的工具

111學年度,梧棲國中申請教育部中小學校人工智慧教育計畫,延續社團模式的科技課程,持續引導學生認識人工智慧、使用人工智慧。隨著深入程度增加,學生的反省與思考也更進一步,超出科學領域,進入哲學範疇,學習成果不言而喻。計畫告一段落後,梧棲國中獲選績優學校。

劉明合說明,梧棲國中位於海線,鄰近台中港關連產業園區,居民以農漁工為主業,學生超過25%來自弱勢家庭。校方期望以教育為橋梁,引進新科技與新知識,擴大學生的視野,也縮小城鄉之間的資源落差,大部分家長都樂見其成,才會有家長會集資捐贈機器人一事。

有句廣告台詞是這麼說的:「科技始終來自於人性」。它的原文是「Connecting People」。梧棲國中教授人工智慧,更新學生對於科技的認知,培養程式設計的運算思維,與此同時,也給予學生探索世界的工具,開啟一扇全新窗戶,看見窗戶外頭的繽紛風景,甚至藉此團結親師生,打造共同願景,一同迎接風大浪高的科技狂潮。

(完整節目內容請聽教育電台Channel+教育新亮點

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