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      鵝廠用游戲教海淀學生機器學習?北師大評測:計算思維提升超80%

      發布時間:2023-09-11 08:53:54來源:博客園

        北京市中關村第三小學,這所海淀知名小學,搞 AI 啟蒙的畫風是這樣的:

        學生跟隨動畫故事到達未來世界月面都市,幫助喜羊羊、企鵝小Q等主角解決城市危機。

        全程不需要上機操作,在老師引導下,通過角色扮演、小組互助解決劇情中隱藏的一個又一個趣味任務,潛移默化理解機器學習原理——怎么給 AI 數據打標簽,AI 如何分類、識別數據。

        可能有人要問,這種方式能有效嗎?

        課程研發階段,北京師范大學曾用小規模教育實驗方式測試效果,最后評估得出:體驗過后,學生計算思維整體均值提升 83.9%,并對編程和 AI 產生了較高興趣。

        近日,中國人工智能學會發布的《中國青少年人工智能與編程啟蒙現狀調查報告》指出,接觸過人工智能和編程的孩子,在創造力、計算思維等能力方面表現更好。

        果然還是得看頂尖小學啊!

        其實,中關村三小這堂創新課是基于一個公益小程序的延展變形:騰訊“AI 編程第一課”。

        這個小程序能否幫更多城市甚至鄉村的孩子,啟蒙 AI 和編程?

        量子位進行了上手實測。

        實測體驗在此

        “AI 編程第一課”小程序,構建了一個動畫世界。

        在主人公企鵝小Q前往“夢想城”追夢、飛向“月球都市”解決城市危機的兩個故事中,引導小朋友一步步幫小Q解決遇到的實際問題,在其中初步理解編程和 AI 知識。

        小程序主要涉及“編程啟蒙”和“AI 啟蒙”兩個版塊:

        “編程啟蒙”側重培養計算思維和人機互助意識。

        編程基礎結構等知識概念被隱藏在故事情節中。比如,如何幫小Q和它的機器人朋友小 9 設計路線圖,在復雜城市地圖中找到清潔能源,順利運行汽車?

        青少年手動拖動“前進一步”、“向左轉”、“向右轉”幾個積木塊,就能設計行駛路線。

        小程序會直接根據小朋友設計的路線啟動運行,即使路線設計錯誤。這樣能讓青少年更直觀地判斷分析問題,做出相應調整。

        循環結構的編程知識同樣被隱藏在游戲互動中,讓青少年了解如何能提升效率。

        當下,GitHub Copilot 等 AI 編程工具輔助人類寫代碼,已成為最新興的一類人機協作。

        “AI 編程第一課”也設置了虛擬人機對話環境,讓孩子更好地理解,人類可以借助 AI 解決問題。比如,人類只用準確描述需求,就可以讓 AI 助手來編寫程序。

        進而利用“為小汽車編寫自動避障算法”的劇情任務,引導青少年向 AI 描述目標和需求。

        “AI 啟蒙”版塊,則設置了月球探險的故事,核心是引導青少年訓練 AI,從而理解機器學習原理。

        AI 特征學習、AI 輸入-計算-輸出等知識,都能在其中找到影子。

        比如,AI 特征學習“打標簽”這一技術過程,被設置成讓青少年教機器人學會識別目標物體來理解。

        模型的輸入、計算、輸出三步原理,則被隱藏在種菜解決糧食危機的故事情節中。

        孩子們需要選擇出合適的條件,讓計算結果達到標準,才能輸出模型。這讓孩子們對“構建 AI 模型”有了初步認識。

        利用騰訊天琴實驗室的“琴樂”一站式音樂制作、“MUSEAI 作畫”視覺生成等技術,實現的 AI 作畫作曲,能結合大多孩子們對音樂畫畫的天然愛好,激發他們體驗、探索 AI 的興趣。

        包括譜曲、編曲、混音,甚至演唱者也是虛擬人。這應該是國內首支 AI 原創的歌曲,也是利用 QQ 音樂 AI 技術實現。

        另外,依托自研的虛擬仿真實驗室,騰訊扣叮為“AI 編程第一課”打造高擬真學習場景與豐富的交互學習功能。在“純境”“夢想城”等章節中,課程結合動態場景渲染等游戲技術,讓孩子們在更擬真的環境中,運用 AI 與編程解決實際問題;在高精度實時渲染、高仿真物理規律模擬等游戲技術支持下,孩子們可體驗高仿真模擬機器人編程、搭建與運行過程。

        小程序全部體驗完需要 1 小時左右,每個章節大約 20 分鐘,結束后系統會提醒孩子們,該休息眼睛了。

        這種“玩中學”的啟蒙形式,已經被教育部校外教育培訓監管司等四部門聯合推薦,甚至走進小學課堂。

        我們找到騰訊幕后團隊,了解了他們的一些思考和行動。

        為什么要在“玩”中進行 AI 啟蒙?

        “AI 編程第一課”與非營利組織 code.org 發起的項目 Hour of Code 有異曲同工之妙,都是讓學生在 1 小時“玩中學”的過程完成與編程的第一次親密接觸,而非提升少兒具體的編程技能。

        騰訊邀請北京師范大學做學術指導單位,組團全球多所頂尖高校的專家一同參研,拍板定下通過“玩中學”,為零基礎青少年啟蒙 AI 編程。

        用香港大學教授王敏紅的話來說,“玩”是一種可感知、可觸摸的方式,能夠培養學生的計算思維能力,同時引導學生與人工智能協作解決問題,“值得推廣”。

        在“玩中學”理念下,參研專家團隊為“AI 編程第一課”提供了清晰的底層邏輯。

        先說內容設計的科學性。

        盡早接觸 AI 和編程,在國內外都是大勢所趨。但要想達到更好效果,應該優先考慮孩子的興趣所在和接受能力。

        “AI 編程第一課”,就是通過給定趣味情景思考任務,先“玩”,循序漸進讓孩子學會拆解并解決問題,將“學”的結果置于其中,達到啟蒙目的。

        參研專家團隊層層把關,讓其中每一個互動體驗、每一個詞匯概念在學術層面都立得穩,同時兼顧平衡了孩子的興趣點。

        一個簡單例子,項目負責人凌琪斌提到,機器人小 9 這一角色,是根據專家建議特意增設的。

        小Q和機器人小 9 在探險過程中互相學習和幫助,強化這樣一個角色,能幫助孩子們更好理解“人機協同”的概念。

        其次,就是讓人大附中信息技術教研組組長袁中果點贊的特色和優勢:沉浸式、游戲化、大 IP 帶入。

        “沉浸式”和“游戲化”帶來的是趣味情景化的主動性學習,“大 IP 帶入”則指向喜羊羊、灰太狼等經典角色的吸引力和陪伴。

        “AI 編程第一課”全程以生動形象的方式呈現抽象的概念,讓孩子更易理解和接受,并始終積極參與其中。

        最后,一個值得關注的問題,如何判斷孩子通過 1 小時體驗,有沒有被啟蒙?

        北師大根據計算機教學學術理念,設計了讓效果可評估、可量化的標準,供老師和家長參考。評估標準涉及 4 個維度:計算思維的基本能力、問題的基本解決能力、編程與數字基本素養、人工智能基本素養。

        至于為什么要助推 AI 編程啟蒙,項目組給出了自己的考量。

        ChatGPT 爆火后,家長對 AI 和編程教育有了更高關注度。

        凌琪斌介紹,騰訊一直在關注青少年編程公益教育。在新時代背景下,我們希望可以聯合專業、頂尖學術機構,讓家長能擁有一個可信賴的家庭啟蒙助手,幫助孩子初步認識 AI 和編程,激發主動探索的興趣。

        “純公益、不賣課”

        今年,ChatGPT 高潮讓世界相信,下一個時代屬于 AI。

        在這樣的時代背景下,了解、掌握 AI,就成為全社會的新命題。

        但是結合現狀看,我國青少年編程和 AI 啟蒙還停留在很早期的階段。還有以下幾點不足:

        普及不夠全面

        地區差異大

        校內課程仍需提升

        《中國青少年人工智能與編程啟蒙現狀調查報告》顯示,學校信息科技老師和家長,普遍認同“未來掌握編程和人工智能的相關知識極為重要”,但超半數青少年尚未接觸過相關知識。

        學習過編程課的,大部分首次接觸編程都是通過校外培訓機構。其中一二線城市家庭中子女接受過編程教育的比例,明顯高于其他地區。

        “AI 編程第一課”是騰訊解答時代命題的一次嘗試。

        從自身定位出發,騰訊用技術打造了小程序這種人人可體驗的平臺,讓 AI 編程啟蒙更快速、便捷走向全國青少年。

        學校教育當然要發揮主導作用。當下,相關政策不斷在推動校內外資源充分整合,鼓勵社會力量為青少年提供更優質的科學教育。

        在教育部校外教育培訓監管司指導下,騰訊定制了“AI 編程第一課”校園版,將走進全國各地小學,成為大多數青少年 AI 編程第一堂課。

        昨天中關村三小的創意課堂,是進校第一站。9 月內,還將在北上廣深、南京、成都等一二線城市中 20 多所學校落地試點。

        “從 10 月起,‘AI 編程第一課’就會陸續走進陜西、湖北、江西、重慶等省市地區鄉村中小學,幫助教育資源相對欠缺地區的青少年接觸 AI 編程。”凌淇斌介紹項目計劃時難掩興奮。

        考慮到部分地區硬件設備有限,鵝廠特意設計了“無屏教學”模式的 AI 啟蒙課,也就是開篇中關村三小師生體驗的互動課堂。

        中關村三小課程部副主任郝石佩在課后反饋,不插電的互動課程,是新課標的重要方向,也完全調動起了學生的主觀能動性。

        騰訊也會為各省市地區小學教師開展線上培訓活動,幫助他們更好地教學。

        “AI 編程第一課”正式發布前,騰訊曾定向邀請一些鄉村的小朋友進行體驗。

        一位一年級同學寫下了自己的課后感受:

        我還不太會操作電腦,但是覺得動畫片很有意思。

        正是這種“有意思”,讓電腦操作尚不熟練的孩子,越過壁壘,和 AI、編程有了直接觸碰。

        就像凌琪斌期待的,為全國各個地區的更多孩子種下 AI 和編程的興趣種子,生根發芽,與 AI 時代快樂共處。

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