巧用AI技術融入資訊課程,讓學生有興趣鑽研科學

資訊科技與文物的結合,數一數《清明上河圖》裡有幾個翠玉白菜精靈。

去(112)年6月,臺南市和順國中舉辦一場別開生面的畢業典禮,學生用自己訓練的AI智能車在迷宮中尋寶,相互較勁找到寶藏的速度與準確度,學生激動地為自己設計的AI智能車加油,場面相當逗趣。

跨域教學,提升學習興趣

和順國中很早便將AI人工智慧融入資訊課程,學校所規劃的課程設計及教案,很多來自「全國唯二」的教育部中小學人工智慧教育計畫「培訓教練」——林信廷。

「在我們的資訊課程裡,會利用這樣的自動駕駛車,讓孩子知道什麼是機器視覺,什麼是人工智慧。」林信廷擅長結合科技與生活,發揮創客與科學探究的精神,引導孩子去探究科技背後的原理,並把艱澀的科學轉化為有趣奇特的教案。包括備受學生歡迎的迷宮自走車、以YOLO技術辨識古文物,Scratch實作AI程式、STEAM+AI硬幣分類器,到影像辨識自駕車主題遊戲式課程,都是由他所一手打造。

「我的課程發想,都是為了想要解決生活中的問題。」學理化的林信廷想瞭解空汙有多嚴重,為了量化空汙指數,從零開始摸索,最後帶領學生發明各種空汙偵測器,開發出一系列的空汙課程,甚至打造出空氣清淨機,成為生活中的發明家。

因為想瞭解空汙的嚴重性,學生們自製空氣品質偵測器。

用AI改變教學現場

AI技術蔚為風潮以後,林信廷把AI技術融入資訊課程,開發出故宮魔幻列車教案:「跟著小翠穿越清明上河圖」以及「南薰殿的AI小畫師」,讓孩子接觸AI科技的同時,也能接受藝文的薰陶與洗禮。

「原先是想數一數到底〈清明上河圖〉裡有多少人,與故宮討論以後,誕生了翠玉白菜的精靈化身──小翠。」林信廷讓學生與AI進行競賽,比一比從〈清明上河圖〉中,誰能較快找出畫作裡藏在各處的小翠,以此瞭解AI辨識物件的技術與效率。

學生們先丟給AI一組小翠完整的圖像,進行AI模型訓練,再把小翠置入到畫作,由AI去進行辨識,只要AI模型訓練得越好,辨識出的小翠數量就越多。隨著小翠越來越多,課程也越來越難,學生要花更多的時間辨識,AI的快速辨識就會顯出優勢。

不過,林信廷也在畫作中埋下伏筆,有的小翠只露出半邊臉,有的躲在樹後,或是藏在隱蔽的角落等等,形狀不完整的小翠在AI眼裡,果然構成了障礙,這樣不但增加了AI辨識的難度,也使得辨識的準確度下降。「透過這些細節,可以讓學生瞭解AI在事前標記工作的重要性,我們現在享用很多的資訊科技,都是很多人辛苦累積的結晶。」林信廷說。

翠玉白菜化身的小精靈「小翠」(右一人物後面)穿越至「清明上河圖」中。

同樣的概念也可以應用在與生科老師合作的STEAM+AI探究課程,林信廷請學生事先標記不同面額的硬幣,做好AI標記,以便製作硬幣分類器。「課堂上觀察,學生對於資料的標記,出乎意料的隨便。」林信廷笑說,例如1元跟10元硬幣緊鄰,學生標記1元硬幣的框框範圍太大,已經跨到旁邊的10元硬幣,這樣隨便亂框的資料標記,就會讓AI判讀模型失準,也會影響到後面辨識的結果。而這個過程,也可以讓學生瞭解資料標記確實和細膩的重要性。

學生在標記硬幣範圍時若不確實,會造成AI判讀模型的失準。

科學創新來自生活

與故宮合作的教案「南薰殿的AI小畫師」則進階到生成式AI,讓AI修補學生的手繪塗鴉。課堂中不時穿插講解宋代人物服飾與歷史故事,整堂課程下來,學生不只瞭解到什麼是生成式AI,以及相關的應用,對於古代文物知識也做了深入的介紹,讓學生在實作中,同時學習現代科技並提升藝術素養。

學生先認識宋代人物服飾與歷史故事,然後利用AI修補自己手繪的帝后畫像。

林信廷巧妙融合新興科技與故宮古文物典藏,以新穎教案提升學生學習的興趣,除了善用以往的物理專長來發展跨域創客課程,也與歷史老師及生科老師進行共備,豐富課程的內容。

林信廷鼓勵老師多從生活中觀察,看看到底人們平時面臨或遭遇到什麼問題。「這件事情聽起來很簡單,但是其實很難,因為多數人不覺得自己有什麼問題需要解決,所以一切的變化,一定都是從察覺問題開始。」他舉自己為例,如果課堂上某個環節學生聽不懂,或是哪個部分教得不太順,他會回頭去察覺哪裡出了問題,再運用不同的科技與活動去讓學生體會,因此誕生了不少特色課程,相信老師們如果能細膩觀察生活細節,一定也能從生活中得到靈感,以此開發出更多有趣的教案。