新科技与教育
NEW TECHNOLOGY AND EDUCATION
■人工智能■
普惠型人工智能课程的实施
----以Kitten block软件的校本课为例
□3彬斌 董立
【摘要】人工智能课程是一门综合性很强、具有战略 意义的综合学科。人工智能课程的实施存在着教什么 和如何教的问题。本文以基于Kitten block软件的体 验型人工智能校本课程的开展为例，以知现象、懂原 理、会还原、做创新为目标，通过前进与后退的小猫 (语音识别）、微笑检测仪（人脸识别）、石头剪刀布 (机器学习）三个课程案例，阐述人工智能校本课程 的实施和实施过程中重难点的解决。
【关键词】人工智能课；校本课程；Kitten b丨ock软件；语音识别；人脸识别；机器学习
【中图分类号】G434【文献标识码】A
【论文编号】1671-7384 (2021)05-062-03
人工智能课程的幵展与实施，是对一线信息技术教师实现自我价值的一次重大机会与挑战。但是现阶段实施人工智能课程面临两大考验：“无米下锅”和如何教的问题。“无米下锅”指很多人工智能项目动辄几千甚至上万元一套的设备成本。这就需要学校前期进行大量的课程资金投入。如何教，指很多人工智能项目需要以P ython为代表的代码程序进行人工智能课程的教学。小学或初中学生要学习人工智能课程，需 要前期进行编程课程的学习。
“无米下锅”与如何教，成为很多学校开展人工智能课程的拦路虎。而现阶段很多小学在信息技术课上经常使用图形化编程授课。能不能在图形化课程基础上，进行小投入的普惠型人工智能课程的开展呢？现阶段有很多图形化编程软件已经包含很多人工智能体验模块。通过使用这些人工智能模块，完全可以开展体验型人工智能课程的开展。
笔者以Kitten block软件为载体，开展了人工 智校本课程。下面将自己的一些经验与大家进行分享。
K itten b lo c k是一款免费的图形化编程软件。支持图形化程序控制M icro:b it、A rduino等 开源硬件，可以实现轻量化机器学习、语音识别/朗读、视觉识另丨J、Tensor Flow等人工智能项目。官方网址为 w w w.kittenbot/。
在开展人工智能课程的过程中，需要保证计算机处于连接互联网状态。轻量级人工智能模块的本质是本地计算机调用百度、讯飞等科技公司的人工智能接口完成数据解析与数据回传。教 师和学生在开展本课程前需要学习图形化编程的先导课程。Kitten block在界面上沿袭学生的使用习惯，学习成本比较低。
课程的实施过程
编程课的作用和意义人工智能校本课程的终极目标可以概括为十二字：“知现象，懂原理，会还原，做创新”。知 现象，就是让学生知道生活中，哪些设备用到了人工智能以及对应技术。懂原理，解决的是学生知其然，并知其所以然的问题。会还原，做到脑与手的统一，采用Kitten block软件对现实问题的
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简单实验还原。做创新，主要是让学生学会举一
反三，发散学生思维，同时培养学生独立思考的
能力。
如以语音识别课程为例，可以采用小米智能
音箱作为课程的引入点，抛出“语音识别”这一
人工智能技术点，然后图文并茂讲解语音识别的
技术原理。讲述完语音识别原理之后，教师可以
带领学生完成基于Kitten block简单案例的制作
过程，使学生掌握新知识的技术要点。以教师为
主体的讲授过程，可以高效地完成新知识的积累
过程。
教师授课新知识之后，进入以学生为主体的“做创新”环节，这一环节也是课程的重点环节。学生作为课程主体，发散自己的思维，结合新旧知识与自己的个人生活体验，完成“创造”过 程，实现知识的提升与升华。
基于Kitten block软件的体验型人工课程校本课，只是在授课过程中以Kitten block软件为 主要实施主体。
在上课的过程中可以依照现有条件，引入智能设备体验，如手机A p p程序等可以加强学生视觉感官的设备与设施。学生在视觉上受到新技术的震撼，能够增加学生学习的主观能动作用。
课程实施的难点解决
Kitten block软件中集成了语音识另ij、语言翻 译、语音合成、人脸识别、机器学习等人工智能项 目。下面就课程的实施难点提出一点解决思路。
1. 程序模块的加载方法
Kitten tDlock可以支持若干开源硬件及人工智能模块的编程，它默认展示基本的Scratch功 能，其他程序模块通过扩展的方式进行加载。加 载扩展程序的方法很简单，点击程序左下角的扩展按钮，在展开的扩展程序界面点击相应的功能名称，即可完成相应模块的加载（图1)。
2. 语音识别项目的干扰问题
在语音识别项目中，结果准确率是困扰大家
图1Kitten block加栽妒展程序按钮
的一个普遍问题。提高语音识别准确率，可以从以下几个方面入手：（1)尽量使用外接麦克风。有些电脑内置麦克风设备，但电脑运行过程中可能会产生一定的电磁干扰。在实施语音识别项目时若出现识别成功率低的问题，可以尝试使用外接麦克风。（2)环境噪音干扰问题。环境噪音干扰，也是语音识别率低下的重要因素。在语音输入实现过程中，尽量要保持环境处于安静状态。在课程的开展过程中，会有多组学生实施语音输入实验。各个不同输入者，也存在互相干扰的问题，应保持错峰有序输入。（3)实验实施者语音语速问题。在语音输入过程中，要尽量语音正确、语速适中，尽量使用普通话进行语音输入。
3.接受体验型项目的局限性
在体验人工智能项目时，需要接受程序的局限性。主要体现在“按键事件”的唤醒机制，即 人工智能项目还需要按键盘唤醒。如以语音识别的“前进与后退的小猫”程序为例（图2)。本程序需要使用“Baidu A i”拓展模块，实现语音前进、后退控制小猫向右走和向左走。但是需要使用空格键实现语音的输入过程。图像识别、机器学习等项目也存在这个局限性。
4.人脸识别项目的图像问题
Kitten block的“Face All”模块可以通过人脸检测实现年龄、性别、表情等人脸特征分析。
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图2 “前进与后退的小猫”程序
但初学者开展本项目时，常常遇到不知道如何开 启摄像头的问题。其实解决方法也很简单，只需 在使用前加载并开启“视频侦测”模块。讲授人工智能课程的同时，可以渗透情感价 值观的教育。如以“微笑检
测仪”程序为例（图 3)。这个程序不仅涉及人脸识别的程序模块，同 时还希望学生保持乐观向上的精神，多多微笑。 编写程序时，先引入微笑、平静、愤怒三个角。 在背景中进行人脸识别程序的编写，程序执行 时，点击绿旗，开始摄像并开启人脸检测功能，
当空格键被按下，进行人脸检测。当检测到人脸 时，执行微笑率检测程序，然后根据微笑率的数 值范围发送不同的广播。相应的角收到广播之 后，显示两秒之后隐藏。图3 “微笑检测仪”程序5.机器学习的实施机器学习是研究如何使用机器来模拟人类
学习活动的一门学科。机器学习的重要环节是
完成模型训练的过程。Kitten  b lock 软件中，
可 以进行轻量级的机器学习程序设计。如以“石头
剪刀布”机器识别程序为例。这个程序实现了人 与电脑的对战过程，如果训练得当，机器胜算的
概率几乎是100%。其实现思路是绿旗子被点 击时，初始化特征库。然后通过A 、S 、D 三个按 键分别完成手部锤子、剪刀、布特征的提取，最
后当空格被按下的时候，完成人机对战过程。其 成功率的高低，取决于特征模型的精确性。大 家录制锤子等手势时，需要尽量保证摄像头视 野内无杂物，且尽量让摄像头从多个角度拍摄 锤子手势。开展人工智能课程的学习，可以开阔学生的
视野，提高学生的认知层次，完成看得见摸得着 的实际作品，更能实现学生手与脑的联动。Kitten block
软件对A rduino 、M icro :bit 开源硬件及拓展 传感器有着良好的支持。同时，它还能支持KOI 锦鲤等离线型人工智能模块。学生完全可以结合 开源硬件课程完成人工智能型创客作品。
实施普惠型人工智能课程只起到敲门砖和 抛砖引玉的作用。如果想完成更加强大和高阶的 人工智能课程，需要深入研究代码编程与人工智
能框架结构。为了在人工智能时代，自己不落伍，
需要大家更艰辛的付出。囤
作者单位：北京宏志中学北京市通州区槨县中学64 中小学信息技术教育
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