AI落地到教育领域,需要哪些必备条件?

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本文以教育机器人为例,来实际探讨如何让教育机器人,逐步成为中小学AI技术课程和综合实践课程的良好载体。

信息技术的迭代发展不断推动着教育的变革创新,随着人工智能技术的发展,AI在教育领域的落地亦逐渐成为趋势,越来越多的AI企业或者教育企业开始积极探索人工智能在教育领域的应用场景。而AI技术如何真正走进课堂,需要哪些先决条件,要应对哪些实际问题?

以教育机器人为例,我们来实际探讨如何让教育机器人,逐步成为中小学AI技术课程和综合实践课程的良好载体。

机器人教育是指通过设计、组装、编程、运行机器人,完成预定的任务,激发学生学习兴趣,培养学生综合能力的一种新兴教育方式。机器人技术融合了机械原理、智能传感器、自然语言处理、计算机视觉等众多先进技术,涉及到人工智能的多个领域,可以说引入教育机器人是AI技术落地教育领域的优秀平台。

近几年,机器人应用范围不断扩展,很多机器人企业都将教育领域视为一个不可或缺的市场领地。但在实际应用过程中,面对硬件支持、教学教材、师资配备等方面依然存在很多问题。

教育机器人应视作一种辅助教学设备,它是将智能机器人设计成一个通用的AI教学平台,从而帮助学生学习各类相关学科知识,参加各类科技创新比赛活动以进行实践操作。

通过机器人,学生可以比较全面地了解机械、电子、传感器、计算机软硬件、仿生学、人工智能等诸多领域的先进技术。而在获取科学知识的同时,结合机器人在生活学习中的实际应用场景,可以培养学生的想象力、创造力及实际动手能力。

因此,在教育领域要想实现机器人的全面落地应用,要结合目前教育环境下的学校情况以及按照学生所处不同年龄阶段,从几个方面做出准备,第一是机器人本身的硬件支持以及技术支持;第二是教学教材的设计;第三是校内实际授课场景的考虑;第四是师资力量的准备。

首先说机器人本身的硬件及技术支持。

教育机器人是应用于教育领域的机器人,机器人的学科教学,应将机器人视作一门科学,以专科专教的方式,帮助学生掌握机器人学科的基本知识与基本技能。

在教学目标上应将机器人的硬件结构、拆卸组装、软件工程、机械原理、电子技术等作为基本知识;将机器人的功能与应用作为拓展知识;通过机器人程序设计与编写,自主开发软件控制机器人,最终使学生具备一定的动手能力和创造能力。

然而目前教育领域的机器人教学,人工智能教育工具和教学方案大量涌现,因各种条件限制表现的良莠不齐,包括很多巨头在内的公司和机构都没有落地场景做支撑。

要么是电子积木式的简单硬件以及元器件的搭建组装,无法承担复杂化的人工智能技术教学;要么是价格昂贵不说,接口功能单一并且固定式的外接端口设计不利于外围组建的使用与拓展,更不用说能够承担稍微复杂一点的场景功能设计。

因此,教育机器人的软硬件设计应以普及人工智能技术知识、激发学生学习兴趣、培养学生动手能力为目标。它除了机器人机体本身之外,还要有相应的控制学习软件。

从硬件角度讲,机器人在外观设计上应该符合学生群体的喜好,同时要考虑在学校环境下如何方便快捷的拆卸组装。硬件选型时应该为教学考虑做适当开放的模块化设计,技术上要考虑到平台的开放性,实现资源可重构端口,通过与MCU联动,实现同一个控制器外部输出端口的多种接口类型自定义功能。让学生可以根据自己的创意需求自由配置端口资源类型。在保证接口通用性的同时,还应增加硬件平台的应用灵活性和可扩展性。

从软件来讲,应配备设计优良的控制系统,同时可以通过自身的智能编程软件让机器人依照指令完成各种任务。主要包括系统引导程序、人机交互程序、可视化编程软件等。

其次教材。

目前市场上机器人教学的“教材”质量普遍不高,大多属于“产品说明书”或“用户指南”式,缺少课程与教学专家的参与和指导。此外,针对小学、初中、高中机器人教学的分阶段划分不够明确和合理,导致相关教材的区分度低,特色不强。

机器人是高度复杂的人工智能技术综合体,如何才能向学生传授到位,做到授人以渔?

要做到这些,同样需要大量的技术支撑,比如:

系统的知识点拆分。人工智能是一个庞大的知识体系,涉及的分科知识很多,人工智能的普及教育,应该以技术为主导,利用拆分知识点,精准给出知识点盲区,针对这些盲区做讲解、专项练习以及专题测试。

以机器人教育为例,在课程的设计上应主要涉及内容:

  • 机械感知:让学生了解机器人的概念和工作方式,让孩子们自己可以动手拆卸、组装机械装置,在拆装的过程中认识机械原理,机械结构,电子技术等,并且可以自己动手改造和创新,为进一步学习机器人技术的有关知识打下基础。
  • 人工智能技术的分类别学习:机器人学科教学,是指把机器人学看成一门学科,在分级分类教育中,以专门课程的方式,使所有学生普遍掌握关于机器人学的基本知识与基本技能。这其中包含机器视觉,自然语言处理,深度学习,大数据,模式识别‘自动控制等。

例如学习“自然语言处理”,语音识别技术的基础认知,把语音转化为文字,并对其进行识别、认知和处理;语音识别的应用则包括语音书写、电话客服、语音声控等;结合生活的语音识别实践,例如输入法中的语音转文字功能,例如机器人的语音声控功能等等。所有的技术类别学习,都应按照 “基础知识学习——功能应用解读——生活场景实践” 的步骤进行。

  • 对学习能力以及学习方法进行拆分。机器人教育是结合生活学习场景的全景反映,有不同于其他类别教育的学习特点,在课堂学习中必须结合实际出发,注重学习过程的自主合作探究;机器人教育的个性化教学,应该围绕课程学习、实践操作、评估体系和个性化推荐四大模块组成。整个教学过程围绕“测、学、练、测”的动态模式进行,全面实时掌握学生知识点掌握动态。
  • 机器人教育应以实践为主。机器人教育注重多学科的综合运用,需要融会贯通多门类知识,在提高孩子的综合素质的同时,还应注重培养孩子的动手搭建能力、创造能力。随着人工智能技术的长足发展,机器人已经开始更广泛地应用于服务、教育、医疗、工业、农业等多种行业,构成人类生活的重要组成部分。学以致用,是机器人教育中以技术教学为主,以设计学习和实操练习为主要特征的课程方式,其核心教学理念应当是“做中学”和“学中做”,让学生亲手操作,亲历情境,亲身体验实践项目,进而使学生获得基本的设计方法和操作技能。

以传感器教学为例,常见的触碰式传感器,红外传感器等,对于学生而言,在生活中并不陌生。这时在传授传感器基础知识的同时,结合传感器在生活中的常见应用,通过实物具体观察和分析,通过几个简单的传感器组合成应用场景,例如红外线光控小夜灯,类似的小实验将会让学生亲身体验科技带来的神奇魅力,在教学上可以起到事半功倍的效果。

未来社会,机器人必将参与到我们生活和学习的方方面面,而结合实际的生活、学习场景,从技能训练入手,动手实践,帮助学生学以致用,潜移默化的体验到学习的乐趣,提高孩子对科技的兴趣和热爱,则能帮助他们具备机器人时代所需要掌握的知识与能力。

再说说针对校内实际授课场景的考虑,这部分内容是更为细致和繁杂的工作,在机器人教育应用到学校之初,要切实的考虑实际应用过程中可能会出现的问题,比如应该考虑机器人在课堂出现的形式,是作为主要教学媒体和工具进行教学活动,还是既充当助手、学伴、环境或者智能化的教具?比如整个学校是否只具备开办一间机器人教室的条件?一堂课多少个孩子参与?应该配备多少台机器人?一周有多少个班级,什么阶段的学生来上课?

类似的问题将会很多,这直接影响到教学内容的设计,教学时长的设定,课堂互动的软硬件规划;甚至乎,还涉及到教学平台以及学生平台的后台管理等等。

比如一堂课多少个孩子参与,涉及到教学后台要开放多少个机器人使用权限;一间机器人教室是否是轮班授课,涉及到老师和学生的账号系统设计和管理等等;而机器人管理教学又指机器人在课堂教学、教务、财务等教学管理活动中所发挥的计划、组织、协调、指挥与控制作用,这部分内容同样不能缺少。

最后,我们说说师资力量的准备。

机器人教育要想全面落地到教育领域,一定离不开教师的全面参与,而很多学校的AI课堂都是由科学老师或者计算机老师兼任,这个过程就需要对教师的知识结构进行升级。

对于广大教师来说,要想与机器人更好的配合,顺利完成教学任务,这也是一个庞大的工程,同时还需要老师具备一定的AI知识以及编程知识。在教学初期可以由机器人厂家做技术指导以及培训支持,然而从长远来看,仍需要学校配备自己的专科老师。

科学和技术的发展,一定会推动教育的加速进步,而教育的发展也会倒过来推动科技应用的进步,到底是AI赋能教育还是教育赋能AI?

我看一切皆有可能,让我们拭目以待。

(文中各项内容仅代表笔者个人观点,仍有很多地方没能完善到位,欢迎大家批评指正。)

 

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题图来自Unsplash,基于CC0协议

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  1. 关键在于政策

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    1. 现在整个政策趋势扶持力度都挺大,难得还是落地。

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