基于開放AI云平臺的人工智能教學探究

劉浩軍

【摘 要】人工智能的快速發(fā)展引起社會廣泛的關(guān)注，為了滿足社會對創(chuàng)新人才培養(yǎng)的需要，《普通高中信息技術(shù)課程標準（2017年版）》更新了人工智能相關(guān)教學內(nèi)容。然而中學階段的人工智能教學還存在一些問題，如課程體系不完善、教學內(nèi)容未涉及人工智能核心領(lǐng)域、課程的培養(yǎng)目標不明確等。筆者通過實踐探索出一種基于百度AI開放平臺的人工智能教學方式，期望為一線教師開展人工智能教學提供借鑒。

【關(guān)鍵詞】人工智能教學;AI開放平臺

【中圖分類號】G434? 【文獻標識碼】A

【論文編號】1671-7384（2022）01-064-03

目前，不少中學教師開始嘗試開展AI教學。但由于缺乏相應(yīng)的課程資源、師資沒有得到足夠培訓、沒有合適的教學平臺等原因，中學階段的AI教學還存在一些問題，如課程體系不完善，課程的培養(yǎng)目標不明確，教師對AI缺乏深入、全面的了解，還不能完全勝任AI課程的教學。

人工智能平臺是人工智能教育開展的基礎(chǔ)環(huán)境。目前人工智能教學還處于探索階段，很少有教師根據(jù)教學實際需求和學生實踐所需開展課程。同時，任課教師缺乏對人工智能平臺的深入理解和掌握，沒有充分發(fā)揮出人工智能開放平臺的優(yōu)勢。

AI開放平臺有助于人工智能教學的開展

學生學習人工智能，需要了解場景中的應(yīng)用如何從技術(shù)中來，知道在高大上的技術(shù)表象背后蘊含著哪些基本原理，通過實踐感受技術(shù)之間的聯(lián)系。深入地學習人工智能需要很多的專業(yè)知識，如特征提取、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、機器學習等，這些對學習者的數(shù)學能力有較高的要求。但是，對大部分高中生而言還不具備這樣的能力，因此在教學中深究人工智能的算法和模型的建立、訓練及改進過程對學生而言難度較大。基于上述原因，需要找到恰當?shù)那腥朦c使人工智能的學習活動得到有效的開展。

目前，很多互聯(lián)網(wǎng)公司都有開放且可以免費使用的AI平臺，提供了支持不同功能的API開放接口，用戶在開發(fā)智能應(yīng)用時，可以直接調(diào)用平臺的代碼實現(xiàn)相應(yīng)的人工智能技術(shù)。因此，在教學中，教師可以通過項目學習的方式，基于一定的編程語言，結(jié)合具體的案例，如開發(fā)語音識別程序、開發(fā)人臉匹配程序等，讓學生體驗把人工智能變成現(xiàn)實的過程。學生在這一過程中，并不需要掌握復雜的算法，只需學會調(diào)用API接口的開源代碼，放在自己設(shè)計的程序的合適位置即可。教師還可以提供給學生半成品代碼，學生通過修改和完善功能模塊的代碼，體驗開發(fā)人工智能應(yīng)用的過程，理解不同模塊間的邏輯關(guān)系，并了解技術(shù)背后的生成過程。

百度AI云平臺介紹

AI Studio是百度推出的一站式開發(fā)平臺。它囊括AI教程、代碼環(huán)境、算法算力、數(shù)據(jù)集，并提供免費在線云計算的一體化編程環(huán)境。用戶打開網(wǎng)址http：//aistudio.baidu.com，就可以在AI Studio開展深度學習（圖1）。學習者運用AI Studio可以建立自定義的AI模型。AI Studio提供全套免費服務(wù)，包括計算資源、空間資源、項目托管、學習教程等。AI Studio強化了工程項目的概念，在平臺的AI學習項目版塊包括大量真實場景的工程項目，如圖像識別、情感分析、個性化推薦等，教師可以選擇適合高中生體驗的項目開展課堂教學。

AI Studio主要功能由公開項目、我的項目、樣例項目、共享項目等部分組成，有各種經(jīng)典數(shù)據(jù)集和自定義數(shù)據(jù)集，有詳盡的機器學習和深度學習的教程及視頻公開課等。進入AI Studio的主頁，用戶可以看到集成百度積累的經(jīng)典AI學習項目，新手入門項目和用戶分享的公開項目，自我項目管理及共享項目列表。整個平臺都是以項目為核心的，非常適合開展項目式學習。

而數(shù)據(jù)集則包括一些經(jīng)典的公開數(shù)據(jù)集，像MNIST手寫數(shù)據(jù)集、鳶尾花數(shù)據(jù)集、房價預(yù)測、車牌數(shù)據(jù)等，還有一些開放的百度數(shù)據(jù)（中文短文本語料，信息抽取數(shù)據(jù)），非常適合高中生在平時開展項目學習時直接引用。同時，用戶也可以上傳自定義數(shù)據(jù)進行模型開發(fā)。

AI Studio不僅有機器學習、深度學習方面的視頻課程和文檔教程，而且包含了大量的各個方向的深度學習實例，如圖像分類、詞向量、個性化推薦、情感分析、語義角色標注以及機器翻譯等，不僅從原理層面進行深入淺出的講解，更提供模型代碼逐行進行實操。樣例項目都是一些機器學習經(jīng)典應(yīng)用場景，以Notebook的形式提供，用戶可以把這些樣例項目復制到自己的項目下進行學習開發(fā)。對于零基礎(chǔ)的高中生來說，這個模塊可以幫助他們快速上手。AI Studio也提供項目共享功能供大家互相學習。

AI Studio編程環(huán)境主體由Notebook形式組成，熟悉Jupyter的學生可以無縫銜接，比傳統(tǒng)的Notebook優(yōu)越的一點是項目的數(shù)據(jù)集會以列表的形式展示在Notebook左側(cè)，可以很方便地一鍵獲取數(shù)據(jù)集路徑（圖2）。該編程環(huán)境菜單欄更簡潔，運行、增加代碼、增加注釋等基本功能都具備，可以保存為ipynb格式文件，支持Python2.7和Python3。

百度AI平臺在項目教學中的應(yīng)用

1.學情分析

高二學生在學習本項目之前，已具備一定的Python學習基礎(chǔ)。學生在本項目中，將基于Python編程語言，通過修改和完善百度AI開放平臺的開源代碼模板，體驗開發(fā)智能程序的過程。

2.項目學習過程

（1）項目選題。教師在介紹了人工智能在人臉識別方面的應(yīng)用后，確定項目學習主題，請全班學生找出自己的學籍照片，通過調(diào)用百度AI人臉識別庫實現(xiàn)單人或多人的人臉搜索。

（2）理論知識介紹。教師引入人臉識別技術(shù)，說明其是基于人的臉部特征，對輸入的人臉圖像或者視頻流，提取每個人臉中所蘊涵的身份特征，并將其與已知的人臉進行對比，從而識別每個人臉的身份。人臉識別技術(shù)包含三個部分：人臉檢測、人臉跟蹤和人臉比對。

（3）項目探究。百度AI人臉庫模塊：使用百度賬號登錄百度AI平臺，選擇人臉識別;創(chuàng)建應(yīng)用，通過創(chuàng)建應(yīng)用可以獲得一個AppID，每個AppID可創(chuàng)建相對應(yīng)的人臉庫，在人臉庫下可以創(chuàng)建用戶組，每個用戶組下可添加用戶UID;創(chuàng)建應(yīng)用后會配到AppID、APIKey和Secretkey，通過調(diào)用接口獲取認證字符串AccessToken。人臉圖像采集終端模塊：本模塊涉及圖像獲取和編碼，學生下載本人的學籍照片，借助教師提供的圖像BASE64編碼工具先對照片進行編碼，通過http請求的方式，將編碼后的圖像和學生基本信息發(fā)送給百度AI人臉庫模塊，正常會返回成功標識，并顯示學生基本信息。人臉搜索模塊：人臉搜索也稱為1：N識別，在指定人臉庫中，找到最相似的人臉。學生已經(jīng)通過第一步人臉庫模塊將自己的學籍照片加入到了人臉庫，并且指定了UID，這一步將利用攝像頭實施拍照，通過調(diào)用百度AI人臉搜索函數(shù)實現(xiàn)人臉識別，并返回相似度。

（4）完善項目實現(xiàn)視頻流人臉識別。為了使程序滿足實際用戶的需求，學生需要進一步完善項目，解決在實際應(yīng)用場景下，用戶通過攝像頭實現(xiàn)動態(tài)畫面人臉識別，以及多人人臉識別。教師引導學生學習opencv庫的基本用法和百度API文檔，完善項目代碼。

（5）項目展示和評價。學生以小組為單位通過攝像頭采集其他成員的人臉照片，展示各自的人臉識別作品。采用教師點評和學生互評的方式對作品以及學生在項目學習中的過程性表現(xiàn)進行評價。

3.基于百度AI平臺項目教學實施反思

由于人工智能算法對學習者的數(shù)學和編程基礎(chǔ)有較高的要求，在項目教學設(shè)計時，以百度AI人臉識別模塊作為編程環(huán)境，可以繞過復雜的算法學習，又可以探究人工智能的技術(shù)實現(xiàn)流程。

在項目式學習過程中，并不像一般的課程教學按章節(jié)來教學，這樣會存在一個問題，有些知識點本來在后面的章節(jié)才重點學習，但本項目就已經(jīng)涉及了，如百度人臉識別結(jié)果是以Json格式返回的，但是學生還不會解析Json數(shù)據(jù)。因此，教師在做項目式教學設(shè)計時需要做充分準備，為項目式學習的實施提供資源支撐。

學生在項目式學習過程中表現(xiàn)出了積極的一面，但存在的問題是如果學生的自主學習能力不強的話，學習的效果就很難保證。這就要求學生有較強的學習自主性，要求老師在開展項目式教學時要時刻關(guān)注學生的動態(tài)。

筆者在高二年級借助百度AI開放平臺開展人工智能教學，取得了較好的效果。該年級不僅開設(shè)了人工智能體驗式課程，還在AI Studio環(huán)境下加載數(shù)據(jù)、選擇機器學習算法、進行模型訓練，深入探究機器學習的過程，從而培養(yǎng)學生的創(chuàng)造思維和實踐能力，實現(xiàn)學生信息素養(yǎng)的提升，為高中人工智能模塊教學提供了借鑒。

作者單位：廣東中山市桂山中學

參考文獻

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