從娃娃抓起：學習AI的最佳時機是初中時期

2020-09-17 讀芯術

全文共2616字，預計學習時長7分鐘


圖源：elearningindustry


人工智慧這場革命席捲整個世界，學習人工智慧和機器學習早已不再是計算機科學專業人員的專利，各個學科背景的研究生甚至高中生都在探索這個領域。這就引出了一個基本問題：開始學習人工智慧的最佳時期在什麼時候？


我們的猜想是，學生最好從小學習人工智慧，尤其是在初中時期。在今年夏天教了一門人工智慧/機器學習的入門課程後，我們意識到，雖然有一些點需要多注意一下，但初中生確實能夠理解人工智慧/機器學習。


先來介紹一下大多數初中生已經學會的知識。在編碼方面，一些六年級到八年級的學生都理解編碼的基本原理，不論是塊編碼，比如Scratch，還是實際語言，如Java。幸運的話，有些學生甚至知道Python。


只要學生能理解基本的編碼概念，如循環和if語句，他們就可以學習人工智慧的概念，因為淺顯地學習人工智慧並不需要深度編碼技能。


在數學方面，大多數學生需要學習基礎的代數概念，除非他們提前學過。大多數學生將了解坐標平面，如x-y軸和坡度，最好從這裡開始教。但這就意味著不能教授這些概念背後的真正理論，比如損失函數和梯度下降。我們最好淺顯易懂地解釋總體主題，展示如何在真實世界中應用這些主題。


大多數初中生的總體數學水平 | 圖源：作者viaDesmos


教學理念


積極強化和鼓勵是保持年輕學生積極性的最有效的方法，讓他們意識到自己理解了概念。


要向中學生介紹人工智慧，必須從最基本的知識開始。首先，我們要消除「人工智慧是一種可以完全獨立操作的可怕的機器人」這一觀念。從我們的經驗來看，大多數學生認為人工智慧是《復仇者聯盟：奧創紀元》的產物。我們需要先要澄清什麼是人工智慧，並給出精確、準確的例子。


我們介紹了人工智慧是如何充斥在他們的生活中的，從亞馬遜Alexa到Netflix的推薦，幫助他們更好地理解什麼是人工智慧。


大多數中學生眼中的人工智慧 | 圖源：《復仇者聯盟：奧創紀元》


最重要的是，想要保持學生積極性，就需要讓學生理解為什麼人工智慧對他們的學習很重要。他們需要明白，未來大多數的工作都會涉及到人工智慧，現在學習這些概念會讓他們在高中和大學裡佔據優勢。給他們提供一些正在轉向實用人工智慧領域的例子，如醫學和經濟學，將使學生產生各種不同的興趣。


人工智慧是一種模擬人類智能的機器，這些機器經過編程，可以像人類一樣思考和行動。


為了幫助初中生理解人工智慧或機器學習，我們的授課主題需要非常簡單直觀。我們的解釋是，機器將從自己的結果中學習，並運行數千個測試來改進自己。


但對於初中生來說，下面的例子更好理解：人工智慧是一個小嬰兒，它一遍又一遍地顯示正方形和三角形，直到它能夠分辨出正方形和三角形。我們以一種易於理解的方式解釋了為模型學習提供數據和標籤的基本概念。


這是你不應該教的 | 圖源：KDnuggets


與其試圖區分人工智慧和機器學習，不如簡單地說它們非常相似，本質上是一回事。試圖區分兩者只會讓已經困惑的中學生更加困惑。這與先教小學生0是最小的數字，然後等他們長大再告知他們負數的存在是同一個策略。


深度學習vs.標準機器學習


誠然，教授深度學習並不是最有效的舉措。從標準機器學習算法（如線性回歸和邏輯回歸）的基礎知識開始，將幫助學生脫離不知所措的狀態，輕鬆理解概念。如果一個學生學過代數，甚至懂得基本的線性方程（y=mx+b），他們就能理解線性回歸是如何運算的。同樣，積極強化可以讓學生保持積極性。


如果需要教授深度學習和神經網絡的話，那麼儘量簡單點。解釋一下神經網絡，它只是一個函數，就像ƒ(x)，其中ƒ是網絡，x是數據。函數的目標是使其輸出儘可能接近數據的實際標籤。在訓練過程中，方程不斷改進，以獲得正確的輸出。這讓深度學習看起來像是一個基本的代數函數，易於中學生理解它。


解釋人工智慧、機器學習與深度學習最簡單的方法 | 圖源：Edureka


項目與問題


同樣，由於目標群體很年輕，首要目標應該是保持他們的積極性和興趣。毫無疑問，做項目是最好的方法。通過編碼這些項目所獲得的實際經驗對於幫助他們理解每一部分是如何組合在一起的至關重要。


這也意味著這些項目應該儘可能的簡單且妙趣橫生。例如，一個乳腺癌分類項目非常受歡迎，因為許多學生認為他們在「治癒癌症」，這是一個極大的動機。


通常，代碼顯然比實際模型涉及更多內容，例如，語法和數據預處理。記住，目標是關注實際的模型，這意味著許多其他內容與教授學生機器學習的目標無關。最重要的是，教師在進行項目的過程中，要教給學生實際涉及到的機器學習知識。


開始一個簡單有效的項目 | 圖源：Author筆記本


結語


對初中生來說，真正重要的是幫助他們培養興趣。只要有足夠的熱情，任何人都可以在日後的學習中學習高級概念。


從經驗來看，對中學生進行人工智慧或機器學習教學是完全可行的，要儘早播種靈感的種子。然而，教給他們仍在發展的數學和編碼技能，避免懈怠是非常重要的。


在教一個中學生人工智慧的知識時，你的目標不是讓他們建立公司或進行研究。雖然看起來他們在短期內學到了更多，但從長遠發展來看，這種心態會阻礙他們的發展。我們的目的是激發下一代對人工智慧領域的興趣，並宣傳它的趣味性和重要性。過於複雜的情況會嚇跑學生，讓他們望而生畏。


更多的人工智慧工程師是未來發展的關鍵。為了吸引更多學生到這個領域來，確保他們對這些嚴謹的概念有堅實基礎是非常重要的。對中學生來說，真正重要的是幫助他們培養興趣，在年幼時期培養興趣和理解力無疑會讓他們走的更遠。


從以下連結中可以找到github課程組織：https://github.com/SiP-AI-ML

在以下連結中可以找到課程資料：https://github.com/SiP-AI-ML/LessonMaterials


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