巧用免費AI開放平臺 開展小學人工智能啟蒙教學

高冬平 項華

【摘 要】人工智能普及教育越來越受到社會重視，很多小學嘗試開設人工智能啟蒙課程。但在教學中，很難找到專供學生體驗各種人工智能技術的平臺。筆者在實踐中發現了百度AI、訊飛、阿里云、騰訊云等網絡開放平臺，它們提供了許多免費的人工智能演示功能，很適合學生實踐體驗。于是筆者借雞生蛋，從文字識別、人臉識別、語音技術、自然語言處理等方面引領學生操作體驗，感受人工智能技術，嘗試解決生活、學習中的問題，并探究這些技術的工作流程與原理，實現人工智能啟蒙教學。

【關鍵詞】AI;開放平臺;人工智能;啟蒙教學

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2020）09-074-04

當人工智能成為社會發展的新動力時，人工智能的研究與學習也越來越受到社會的重視，人工智能學習要從娃娃抓起的呼聲越來越響。2017年6月，國務院印發的《新一代人工智能發展規劃》提出在中小學開設人工智能課程;2018年1月，教育部把人工智能教學納入高中“新課標”。

作為一名小學信息技術教師，筆者也在積極探索小學人工智能課程教學。在實踐中遇到的最大困難就是“缺少實踐體驗”，即缺少供學生體驗人工智能技術的平臺。通過探索，筆者驚喜地發現百度AI、訊飛、騰訊云、阿里云等開放平臺具有許多技術演示功能，可以為學生提供良好的人工智能技術體驗。于是筆者嘗試從文字識別、人臉識別、語音技術、自然語言處理等方面開展教學實踐，深受學生喜歡，收獲頗豐。

文字識別體驗，感受識文斷字的本領

文字識別技術就是計算機識別字符的技術，在生活工作中有很多應用，如通用文字識別、手寫文字識別、車牌識別、票據證件識別等。在百度AI開放平臺中，提供了多種文字識別體驗。

1.我能認印刷字——通用文字識別

通用文字識別，指的是對印刷文字的識別。比如書本文字、廣告牌文字、包裝盒文字等。百度AI開放平臺的“通用文字識別”演示，提供了上傳圖片并識別文字的功能。

2.我能認手寫字——手寫文字識別

手寫文字識別，指的是非印刷體，即手工書寫文字的識別，因每個人書寫的字體不同，識別難度更高。百度AI開放平臺的“手寫文字識別”演示功能，提供了上傳手寫文字圖片并識別文字的功能。平臺能快速識別不同人、不同筆寫的手寫文字，雖然手寫文字差異很大，但識別準確率均在90%以上。通過上述體驗，師生再探究文字識別的過程和原理。認識到特征比對是常用的識別方法，基本原理是獲取字的筆畫、結構、交叉點數、輪廓等特征，與字符數據庫比對，識別出文字。在體驗分析后，學生對文字識別技術有了正確的認識。

人臉識別體驗，感受千人千面的技術

人臉識別就是利用計算機識別人臉的技術。它能根據人的臉部特征識別出不同的人臉，從而達到身份識別的目的。人臉識別技術已得到廣泛應用，如人臉檢測、身份驗證、人流量統計、駕駛行為分析等。百度AI等開放平臺提供了這些技術的演示功能，解決了學生體驗難題。

1.我能相面——人臉檢測

人臉檢測技術是通過一張照片能較準確地判斷出人的年齡、性別、情緒等信息。百度AI平臺提供了“人臉檢測”演示。通過體驗、討論、查閱資料，可以引導學生認識到人臉識別是計算機根據人臉特征點實現的。目前已發現10000多個特征點，因此人臉識別的準確度很高。

2.我能認人——身份驗證

刷臉解鎖、刷臉支付、刷臉安檢等都用到了人臉身份驗證，學生有一定的經驗，但對工作原理不清楚。百度AI提供的“人臉搜索”“人臉比對”演示功能可以呈現一定的工作原理。通過“人臉搜索”“人臉比對”的體驗，學生不僅明白了身份驗證的過程和原理，也了解到機器在人臉識別上采用了大量的人臉特征與算法，所以遠超人眼。

3.我能預警——駕駛行為分析

在交通違章查詢中，攝像頭抓拍已成為主要方式，這其中就用到了“駕駛行為分析”的技術。百度AI提供了“駕駛行為分析”的演示功能。在設計“駕駛行為分析”操作任務時，首先組織學生上網搜索各種駕駛行為的照片;然后上傳到百度AI開放平臺“駕駛行為分析”演示中查看判定結果。學生發現系統能準確地判定未系安全帶、使用手機、雙手離開方向盤等多種行為。通過在開放平臺中對“駕駛行為分析”的體驗，學生不僅對這些技術有了直觀的感受，同時在交流討論中明晰了技術的基本過程和原理，還能用科學的知識來解析日常生活中人臉識別的應用。

語音技術體驗，感受聽聲說話的能力

語音技術包括語音識別與語音合成兩種技術，也可理解成計算機聽聲、說話的能力。聽聲就是把語音轉化為文字，說話就是把文字轉化為語音。

1.我能聽——語音識別

語音識別能讓計算機聽懂人說話，把語音轉化為文字。該技術已在學習、生活、工作中廣泛應用，如語音輸入、語音控制、語音助手、聲紋驗證、語音喚醒等。識別效果快速準確，已成為人們必不可少的工具。

訊飛開放平臺的“語音識別”版塊提供了體驗功能，識別的準確率非常高，錄入速度理論上能達到每分鐘400多個，而且提供中文、英語、法語等幾十種語言，以及廣東話、四川話等十幾種方言的識別。

學生從語音輸入的任務中學習了語音輸入的方法，同時也感受到語音輸入速度快、準確率高的優勢。還可通過設計“比較聲波形狀”的任務，讓學生分析計算機是如何識別語音并轉化為文字的。在體驗分析中，學生認識到語音內容不同，聲波形狀也不同，聲波包含的音量、音調、音色等特征也不同。語音識別就是對這些特征的抽取與比對，進行識別，把聲音轉換成文字。語音數據庫越豐富，能識別的語言種類越多。

2.我會說——語音合成

語音合成就是計算機把文字轉化為語音。語音合成在生活中已有較多應用，如有聲朗讀、車載導航、排隊叫號、打車播報等軟件，也有兒童故事機、智能聊天機器人等硬件，都用到了語音合成。訊飛開放平臺提供了“語音合成”體驗。輸入一段文字，選擇“發音人”，就能生成這段文字的語音。而且有幾十個不同特色的發音人可供選擇，能適合不同的場景需求。

通過體驗，學生可以習得文字合成語音的方法。并認識到語音合成是語音識別的逆向過程，把文字通過聲學模型轉換成語音，從而實現計算機會說話的技術。為了讓學生理解聲學模型，還可以向學生演示“聲音復刻”的操作。打開訊飛有聲的“聲音復刻”功能。根據向導，朗讀提供的幾段文字。接著，等待計算機半小時“計算”，生成用戶“聲學模型”。然后，利用該模型朗讀文章，能感受到計算機的發聲很像用戶的聲音。

通過“語音識別”“語音合成”的體驗，學生不僅可以學會語音輸入、語音合成等方法，方便了學習生活，而且還能理解這些技術的原理和工作過程，促進其對人工智能的認識。

自然語言處理，感受對答如流的智慧

自然語言處理是指利用計算機分析和處理人類自然語言的技術。它的應用包括機器翻譯、機器對話、機器寫作等。

1.我是小翻譯——機器翻譯

機器翻譯是利用計算機將一種自然語言轉換為另一種自然語言的過程，機器翻譯已得到廣泛應用。訊飛開放平臺提供了機器翻譯的體驗功能，能實現中文、英語（如圖1）、法語、德語等100多種語言的互譯，甚至還有藏語等少數民族語言。

通過平臺的體驗，學生不僅感受到世界語言的豐富與神奇，也感受到機器翻譯技術的強大。在此基礎上，教師可以帶領學生分析并了解機器翻譯的原理與過程是借助了語言模型及大數據實現的。

2.我是小秘書——機器對話

機器對話已在生活中廣泛應用，能提供咨詢、導航、娛樂等很多服務。如移動客服10086、微軟小冰、訊飛靈犀等，智能音箱中也內置了機器對話功能。教師可以通過設計學生與某種智能語音對話的任務，讓學生感受機器對話能較準確地理解語義并做出回答的能力。此外，通過語音還能實現查詢信息、設置提醒、翻譯、速記等服務。此時，學生將對機器人是怎樣理解語義的產生濃厚的興趣。

訊飛平臺還提供了“文本糾錯”“語法分析”演示功能，從這些體驗中，學生可以感受到計算機理解語義是從“語法、情感、關鍵詞”等多個方面分析而得到的，在語義理解的基礎上，再做出合理的回答。

3.我是小作家，機器寫作

機器寫作也是自然語言處理的內容之一。微軟小冰出版了《陽光失了玻璃窗》的詩集;昆明報業寫作機器人“小明”，能寫多種內容的稿件，這些都是現實生活中機器寫作的應用案例。

例如，筆者在教學中設計了“生成藏頭詩”操作任務。首先，指導學生尋找網絡上“藏頭詩生成器”。接著，在生成器中輸入短語，如“我愛生活”。然后，生成藏頭詩“我從去年辭帝京;愛將蕪語追前事;生男埋沒隨百草;活與深深掘窖埋。”在藏頭詩生成器中，學生體驗了機器寫作，雖然詩文不太通順，但韻律整齊，有一定的意境。從機器翻譯、機器對話、機器寫作等體驗中，學生感受到自然語言處理的技術，給我們的學習生活帶來了許多便捷，也了解了自然語言處理的一些基本原理。

總之，百度、訊飛、阿里云、騰訊云、京東等人工智能開放平臺，給學生提供了親身感受文字識別、人臉識別、智能語音、自然語言處理等技術的體驗機會，是小學人工智能啟蒙教學非常好的實踐平臺。在教學中巧妙運用這些平臺，不僅能讓學生體驗到各種人工智能技術，還能幫助學生理解各種技術的原理，從而正確認識人工智能，實現小學人工智能啟蒙教學的目的。

注：本文系中國教育技術協會“十三五”重大項目“互聯網+教育背景下數字科學家理論與實踐研究”（課題編號：教技協研P116）子課題“小學人工智能普及課程的建設與實踐研究”（課題編號：P116SZKXJC093）研究成果

參考文獻

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