战“疫”中的新教研 | 浙江省开展高中人工智能网上研训教学活动

       2020年1月,浙江省教育厅教研室在德清组织了浙江省普通高中人工智能教学试点及人工智能技术研训活动,全省130余名高中信息技术教研员及高中信息技术骨干教师参加了培训,开启了我省高中人工智能教育的新起点。

       人工智能教育作为当前教育的新热点,我省中小学信息技术教师的持续学习热情很高。为了联合各方面力量,大力推进浙江省高中人工智能教育,在教育部人工智能科技创新专家组组长和国家教材委员会委员潘云鹤院士支持下,在浙江大学人工智能研究所的专家指导下,省基础教育课程改革专业指导委员会中小学信息技术学科组的专家们组织第一批受训教师成立了浙江省高中人工智能教育联盟。

       为了进一步提高受训教师的专业水平,巩固培训课程所学,为下一阶段的人工智能教育试点做好准备,联盟于3月23日-27日组织开展了“人工智能初步经典机器算法”研训活动。鉴于当前新冠疫情防控现状,本次活动采用了在线培训形式。活动借助钉钉直播、人工智能在线教育平台-Mo(https://edu.momodel.cn/),围绕高中《人工智能初步》教材中的“搜索、决策树、回归分析、贝叶斯分类以及神经网络学习”五个经典机器学习算法,采用算法原理与实例相结合的方法展开培训。

3月23日

       23日晚18:30,实训活动正式开始。第一节课程主题为“基于搜索的问题求解”。课程从熟知的生活场景入手,结合代码操作,仔细讲解了启发式搜索A*算法等内容。一个半小时的课程内容充实,得到受训老师们的大力点赞。尤其是以代码实训为核心的课程设计为老师们提供了动手实操的练习机会,形式新颖、互动性强,提高了老师们学习人工智能算法模型的兴趣。

A*搜索算法讲解过程

3月24日

       活动第二天,更多的老师报名参与到实训课程中。此次课程以“决策树”为主题开展教学。决策树是通过树形结构、采取“分而治之”思路进行分类的方法,也是一种基本的机器学习算法。课程中紧紧围绕决策树,从基本概念及构建方法出发,以游人观察天气情况来决定是否前往游乐场这一实例讲解决策树分类,中间贯穿“物以稀为贵”为理念所定义的信息熵和信息增益等内容,最后介绍如何使用Python的Sklearn工具包构建和训练决策树模型,强化对模型算法的理解。不少因为课程教学而无法收看直播的老师学习积极性强,专门抽出闲暇时间观看课程回放,并提出了自己学习中的疑问和困惑。

信息熵讲解过程

3月25日

       第三节课程如约而至。这一讲着眼于介绍回归分析的学习与应用。为了让老师们了解回归分析中“以史为鉴,可以知兴替”这一数据驱动建模思想,在讲解中以全球变暖这一现实问题展开,通过介绍如何刻画莫纳罗亚山地区年份和二氧化碳浓度之间的关系,引出回归分析这一定义,然后再介绍其基本流程以及模型参数求解。之后又以预测波士顿地区房价这一实例,细致介绍了如何运用回归分析来解决生活中的实际问题。

回归分析讲解过程

3月26日

       26日开始实训贝叶斯分类这一机器学习中的硬核算法。首先通过“烽火戏诸侯”这一例子,让老师们了解事件发生概率与人类从过往历史中的总结(即先验概率)有关,也与当前实际情况(后验概率)有关,两者缺一不可。应用这一思想,课程中详细讲解了广告电子邮件(垃圾邮件)识别和在线外卖订餐下单等生活中常见“分类”例子,从大数据中应用代码巧妙计算先验概率和后验概率,最终完成贝叶斯分类任务。

3月27日

       最后一天是介绍当前人工智能热潮中异常火热的深度学习基本模型“神经网络”,这是书本学习中较为难以理解的内容,因此迫切需要通过代码实训来对内容进行理解。在实训中,老师们在代码中通过定义不同的神经网络隐藏层层数、隐藏层中不同神经元数目,来感受神经网络这一“逐层抽象、层层递进”的仿脑机制,体会神经网络中“调金术”乐趣与艰辛,不断有老师由衷感叹“众里寻他千百度,蓦然回首那人却在灯火阑珊处”、享受算法学习中克服困难、理解算法的喜悦心情。

       整个活动过程中,不断有老师加入课程学习,每晚18:30,成为老师们固定听课、研讨时间。课程进行过程中,主讲人随时关注老师们提出的问题,即时解答,钉钉群、微信群都很活跃。老师们沉浸在搜索、数据建模、概率论、脑科学和神经网络等内容所构成的人工智能知识海洋,汲取知识营养,并且将一个个经典算法中的公式模型转变成一行行代码,观察代码结果,教、学、练、论、悟等相互渗透、相互结合,培养和践行“设计、构造、反馈、优化”等为核心的计算思维。

       短短5个晚上的培训,吸引了200多名老师参与到实训课程中,不少无法参加直播的老师,也在课后抽出时间观看课程回放,并能提出了自己学习中的疑问和困惑,参与课程群讨论。

       本次活动以网上实训这一新颖形式,使得老师们从“知其意,悟其理,守其则,践其行”角度来综合理解人工智能算法。今后联盟将持续性举办教师培训与相关活动,丰富教学资源、遴选教学案例、改革教学方式,提升我省人工智能教学水平。