巧用免费AI开放平台 开展小学人工智能启蒙教学

高冬平 项华

【摘 要】人工智能普及教育越来越受到社会重视，很多小学尝试开设人工智能启蒙课程。但在教学中，很难找到专供学生体验各种人工智能技术的平台。笔者在实践中发现了百度AI、讯飞、阿里云、腾讯云等网络开放平台，它们提供了许多免费的人工智能演示功能，很适合学生实践体验。于是笔者借鸡生蛋，从文字识别、人脸识别、语音技术、自然语言处理等方面引领学生操作体验，感受人工智能技术，尝试解决生活、学习中的问题，并探究这些技术的工作流程与原理，实现人工智能启蒙教学。

【关键词】AI;开放平台;人工智能;启蒙教学

【中图分类号】G434  【文献标识码】A

【论文编号】1671-7384（2020）09-074-04

当人工智能成为社会发展的新动力时，人工智能的研究與学习也越来越受到社会的重视，人工智能学习要从娃娃抓起的呼声越来越响。2017年6月，国务院印发的《新一代人工智能发展规划》提出在中小学开设人工智能课程;2018年1月，教育部把人工智能教学纳入高中“新课标”。

作为一名小学信息技术教师，笔者也在积极探索小学人工智能课程教学。在实践中遇到的最大困难就是“缺少实践体验”，即缺少供学生体验人工智能技术的平台。通过探索，笔者惊喜地发现百度AI、讯飞、腾讯云、阿里云等开放平台具有许多技术演示功能，可以为学生提供良好的人工智能技术体验。于是笔者尝试从文字识别、人脸识别、语音技术、自然语言处理等方面开展教学实践，深受学生喜欢，收获颇丰。

文字识别体验，感受识文断字的本领

文字识别技术就是计算机识别字符的技术，在生活工作中有很多应用，如通用文字识别、手写文字识别、车牌识别、票据证件识别等。在百度AI开放平台中，提供了多种文字识别体验。

1.我能认印刷字——通用文字识别

通用文字识别，指的是对印刷文字的识别。比如书本文字、广告牌文字、包装盒文字等。百度AI开放平台的“通用文字识别”演示，提供了上传图片并识别文字的功能。

2.我能认手写字——手写文字识别

手写文字识别，指的是非印刷体，即手工书写文字的识别，因每个人书写的字体不同，识别难度更高。百度AI开放平台的“手写文字识别”演示功能，提供了上传手写文字图片并识别文字的功能。平台能快速识别不同人、不同笔写的手写文字，虽然手写文字差异很大，但识别准确率均在90%以上。通过上述体验，师生再探究文字识别的过程和原理。认识到特征比对是常用的识别方法，基本原理是获取字的笔画、结构、交叉点数、轮廓等特征，与字符数据库比对，识别出文字。在体验分析后，学生对文字识别技术有了正确的认识。

人脸识别体验，感受千人千面的技术

人脸识别就是利用计算机识别人脸的技术。它能根据人的脸部特征识别出不同的人脸，从而达到身份识别的目的。人脸识别技术已得到广泛应用，如人脸检测、身份验证、人流量统计、驾驶行为分析等。百度AI等开放平台提供了这些技术的演示功能，解决了学生体验难题。

1.我能相面——人脸检测

人脸检测技术是通过一张照片能较准确地判断出人的年龄、性别、情绪等信息。百度AI平台提供了“人脸检测”演示。通过体验、讨论、查阅资料，可以引导学生认识到人脸识别是计算机根据人脸特征点实现的。目前已发现10000多个特征点，因此人脸识别的准确度很高。

2.我能认人——身份验证

刷脸解锁、刷脸支付、刷脸安检等都用到了人脸身份验证，学生有一定的经验，但对工作原理不清楚。百度AI提供的“人脸搜索”“人脸比对”演示功能可以呈现一定的工作原理。通过“人脸搜索”“人脸比对”的体验，学生不仅明白了身份验证的过程和原理，也了解到机器在人脸识别上采用了大量的人脸特征与算法，所以远超人眼。

3.我能预警——驾驶行为分析

在交通违章查询中，摄像头抓拍已成为主要方式，这其中就用到了“驾驶行为分析”的技术。百度AI提供了“驾驶行为分析”的演示功能。在设计“驾驶行为分析”操作任务时，首先组织学生上网搜索各种驾驶行为的照片;然后上传到百度AI开放平台“驾驶行为分析”演示中查看判定结果。学生发现系统能准确地判定未系安全带、使用手机、双手离开方向盘等多种行为。通过在开放平台中对“驾驶行为分析”的体验，学生不仅对这些技术有了直观的感受，同时在交流讨论中明晰了技术的基本过程和原理，还能用科学的知识来解析日常生活中人脸识别的应用。

语音技术体验，感受听声说话的能力

语音技术包括语音识别与语音合成两种技术，也可理解成计算机听声、说话的能力。听声就是把语音转化为文字，说话就是把文字转化为语音。

1.我能听——语音识别

语音识别能让计算机听懂人说话，把语音转化为文字。该技术已在学习、生活、工作中广泛应用，如语音输入、语音控制、语音助手、声纹验证、语音唤醒等。识别效果快速准确，已成为人们必不可少的工具。

讯飞开放平台的“语音识别”版块提供了体验功能，识别的准确率非常高，录入速度理论上能达到每分钟400多个，而且提供中文、英语、法语等几十种语言，以及广东话、四川话等十几种方言的识别。

学生从语音输入的任务中学习了语音输入的方法，同时也感受到语音输入速度快、准确率高的优势。还可通过设计“比较声波形状”的任务，让学生分析计算机是如何识别语音并转化为文字的。在体验分析中，学生认识到语音内容不同，声波形状也不同，声波包含的音量、音调、音色等特征也不同。语音识别就是对这些特征的抽取与比对，进行识别，把声音转换成文字。语音数据库越丰富，能识别的语言种类越多。

2.我会说——语音合成

语音合成就是计算机把文字转化为语音。语音合成在生活中已有较多应用，如有声朗读、车载导航、排队叫号、打车播报等软件，也有儿童故事机、智能聊天机器人等硬件，都用到了语音合成。讯飞开放平台提供了“语音合成”体验。输入一段文字，选择“发音人”，就能生成这段文字的语音。而且有几十个不同特色的发音人可供选择，能适合不同的场景需求。

通过体验，学生可以习得文字合成语音的方法。并认识到语音合成是语音识别的逆向过程，把文字通过声学模型转换成语音，从而实现计算机会说话的技术。为了让学生理解声学模型，还可以向学生演示“声音复刻”的操作。打开讯飞有声的“声音复刻”功能。根据向导，朗读提供的几段文字。接着，等待计算机半小时“计算”，生成用户“声学模型”。然后，利用该模型朗读文章，能感受到计算机的发声很像用户的声音。

通过“语音识别”“语音合成”的体验，学生不仅可以学会语音输入、语音合成等方法，方便了学习生活，而且还能理解这些技术的原理和工作过程，促进其对人工智能的认识。

自然语言处理，感受对答如流的智慧

自然语言处理是指利用计算机分析和处理人类自然语言的技术。它的应用包括机器翻译、机器对话、机器写作等。

1.我是小翻译——机器翻译

机器翻译是利用计算机将一种自然语言转换为另一种自然语言的过程，机器翻译已得到广泛应用。讯飞开放平台提供了机器翻译的体验功能，能实现中文、英语（如图1）、法语、德语等100多种语言的互译，甚至还有藏语等少数民族语言。

通过平台的体验，学生不仅感受到世界语言的丰富与神奇，也感受到机器翻译技术的强大。在此基础上，教师可以带领学生分析并了解机器翻译的原理与过程是借助了语言模型及大数据实现的。

2.我是小秘书——机器对话

机器对话已在生活中广泛应用，能提供咨询、导航、娱乐等很多服务。如移动客服10086、微软小冰、讯飞灵犀等，智能音箱中也内置了机器对话功能。教师可以通过设计学生与某种智能语音对话的任务，让学生感受机器对话能较准确地理解语义并做出回答的能力。此外，通过语音还能实现查询信息、设置提醒、翻译、速记等服务。此时，学生将对机器人是怎样理解语义的产生浓厚的兴趣。

讯飞平台还提供了“文本纠错”“语法分析”演示功能，从这些体验中，学生可以感受到计算机理解语义是从“语法、情感、关键词”等多个方面分析而得到的，在语义理解的基础上，再做出合理的回答。

3.我是小作家，機器写作

机器写作也是自然语言处理的内容之一。微软小冰出版了《阳光失了玻璃窗》的诗集;昆明报业写作机器人“小明”，能写多种内容的稿件，这些都是现实生活中机器写作的应用案例。

例如，笔者在教学中设计了“生成藏头诗”操作任务。首先，指导学生寻找网络上“藏头诗生成器”。接着，在生成器中输入短语，如“我爱生活”。然后，生成藏头诗“我从去年辞帝京;爱将芜语追前事;生男埋没随百草;活与深深掘窖埋。”在藏头诗生成器中，学生体验了机器写作，虽然诗文不太通顺，但韵律整齐，有一定的意境。从机器翻译、机器对话、机器写作等体验中，学生感受到自然语言处理的技术，给我们的学习生活带来了许多便捷，也了解了自然语言处理的一些基本原理。

总之，百度、讯飞、阿里云、腾讯云、京东等人工智能开放平台，给学生提供了亲身感受文字识别、人脸识别、智能语音、自然语言处理等技术的体验机会，是小学人工智能启蒙教学非常好的实践平台。在教学中巧妙运用这些平台，不仅能让学生体验到各种人工智能技术，还能帮助学生理解各种技术的原理，从而正确认识人工智能，实现小学人工智能启蒙教学的目的。

注：本文系中国教育技术协会“十三五”重大项目“互联网+教育背景下数字科学家理论与实践研究”（课题编号：教技协研P116）子课题“小学人工智能普及课程的建设与实践研究”（课题编号：P116SZKXJC093）研究成果

参考文献

项华. 处处是创造之地，天天是创造之时，人人是创造之人——“数字科学家”课程的理想境界[J]. 中小学信息技术教育，2015（8）：38-41.

项华. ESP： 大数据时代科学教育整合的一种解决方案[J]. 中小学信息技术教育，2014（3）： 14-16.

詹泽慧，钟柏昌.高中人工智能教育应该教什么和如何教——基于四本《人工智能初步》教材的内容分析[J]. 电化教育研究，2020，41（6）： 68-74+82.

张会利. 小学信息技术教学中人工智能的运用研究[J]. 中华少年，2020（12）： 283+286.