突破傳統教法 AIA校友率40位中學生打造「AI無人機」

108新課綱新上路一個多學期,面對新增的第八大領域-—科技領域,必修課程納入程式設計,其中還包含演算法原理與程式設計實作,對科學領域的教師們是個不小的考驗。為讓學生更加了解AI技術及應用原理,新北市光仁高級中學科學發明班主任陳懷德帶領40位科學發明班的學生,與中央大學資工系栗永徽教授及實驗室二位研究生合作,參與「新北教育局加速器計畫」,共同開發可用於統計集會人數的「AI無人機」,過程中更另外發展出一套關於AI資訊教育的模組教學,不只是學生,也讓一般大眾透過這個衍生的教具對AI相關技術有所了解。

光仁中學的科學發明班已成立4年,小小一間教室裡擺滿了學生們歷年來的成果,例如娃娃機、VR腳踏車,而用來估算人數的「AI無人機」,主要是利用無人機的高機動性與攝影能力,從空中拍攝集會人群,藉由影像分析計算出人數,該作品更曾前往韓國及美國矽谷參加國際發明展。

負責本項計畫的陳懷德是台灣人工智慧學校台北經理人第五期結業校友,他也是第一位報名參加人工智慧學校的中小學老師。由於 AI教育和他以往熟悉的科學教育不太相同,因而在這個專案的推動過程中,也讓他得到了和以往不同的創新啟發。例如,這個專案不同於以往一群學生配一堆電腦的教學模式,而是由學生們共同討論出概念,教授及研究生提供技術資源,指引學生一步步學會人工智慧原理。

陳懷德說,在和學生實作互動過程中,還另外發展出一套名為「手掌圖」的AI學習模式圖。這張圖以手掌為例,依序將人工智慧的整體架構拆分成五個步驟,分別填入口訣,讓學生容易理解與記憶。學習AI的過程從手掌的大拇指開始,圖片上頭標示著「學個語言先」,意指讓學生先學習程式語言的邏輯;接著食指上則寫著「學會找一找」,是希望學生在建構完成的神經網路中,透過適合的函式庫並建立自己的人工智慧。中指上頭寫的「學會標一標」則是人工智慧建立過程中,必須經過的資料標記與分類的訓練過程;無名指上的「學會校一校」指的是在經過初步的建構後,為了提升辨識的準確率,必須經過參數的修改及神經網路校正。最後,才會進入小拇指上頭所標示的「進入演算法」的階段。他們也設計了一個縮小版的集會示意模型作為人工智慧的教具,提供了更加生動的教學方案。

這項實作成果這項計畫能在短短一年榮獲「新北教育局加速器計畫」進階獎的肯定,其實是光仁科學發明班、科學發明社及中央大學、家長與台灣人工智慧學校等多方單位合作的成果。他認為,台灣人工智慧學校的課程,除了提供良好的師資與學習資源讓學員快速學習AI的最新知識與應用,更大的收穫是人脈連結,能夠認識不同領域的校友,共同分享跨領域的創新概念。

作為中小學第一線的教學者,陳懷德觀察到,目前國內中小學AI教育的定位問題仍不清楚。他進一步解釋,由於目前AI教育主要被定位為資訊教育的一個部份;而資訊學科又屬於自然學科中的科技教育;再早之前,則劃歸自然與生活科技學科中,因此,資訊老師當年所學習的知識與現今授課的內容可能有很大的落差。他認為,期待能從增加人工智慧教育的相關課程開始,才能讓AI成為教育場域的助力,並提高AI教育的成效。

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