【 人工智能 】CMU大师亲授课,带孩子探索机器人编程

CMU大师授课亲体验,看美国教授如何带孩子探索机器人编程

有幸同 卡耐基梅隆大学 计算机学院教授特雷斯基团队合作,举办第一届 Cozmo 人工 智能机器人 的拓展项目。经过一个月的精心准备,上周日,特雷斯基教授给来自世界各地的40个学生,完成了第一次授课。在所有同事的努力,以及卡耐基梅隆 人工智能 领域的专家们的热情和支持下,课程非常成功。非常感谢各位同事, CMU  特雷斯基教授 团队,以及学生,家长的支持。

我参与了授课全程,内心非常感慨,写一下自己的感受,也谈谈我对这个项目的目标和设置的理解。(文章末尾有实录视频分享,欢迎观看。)

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以 智能机器人 为工具的比赛,比普通创意赛先进了一个时代

这个项目一共有三周。第一次活动是重头戏,也就是12月3日周日下午 卡耐基梅隆大学 计算机学院特雷斯基教授在 厚仁 总部大教室里的面授。以后的三周里,学生们会利用 Cozmo 人工 智能机器人 ,以及和Calypso软件开发环境,做出各自的项目。在此期间,教授的两个 CMU 博士学生弟子和 厚仁 的两位老师,也会定期给以学生支持。在最后一天,12月23日,学生们展示自己的作品,教授和评委会评出前三名。

这个项目,以比赛的形式结束,叫机器人和人工 智能机器人 探索创意赛比较好。以往的机器人比赛,媒介工具主要是乐高Lego,就是积木。Lego 公司,专门有一套Mindstorm产品,提供给学生作为学习机器人的媒介。一位国际学校的校长来美国,特别请我们办公室同事帮助买了一大箱子乐高,为了组建他们学校机器人队的,当时那一箱子乐高花了5000多美金。

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而通过 Cozmo 和Calypso则不同, Cozmo 是第一个商业化的人工 智能机器人 ,有视觉,能识别,能行动,能发声。

每个队使用的工具包括有 Cozmo  人工 智能机器人  (价值200美元),亚马逊的Kindle Fire 平板电脑 (价值50美元),X-box游戏手柄 (价值60美元),Calypso的软件工作室(价值20美元,学员免费),加上自己的电脑,PC或者苹果电脑都可以,总的材料费用只有300美金。而学到,能做到的东西,却比只是有积木和移动马达组成的乐高媒介,要先进了一个时代。

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主要是因为使用了 Cozmo 作为核心的实现工具。 Cozmo 是由三个 CMU 博士发明的一个人工 智能机器人 ,用他的发明者Anki 的话来说,这是有自己思维的机器人 (The Robot Has a Mind of His Own)。至于 Cozmo  有多有名,多受欢迎,请自行谷歌一下就好。

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 CMU 计算机院院长的期待:让更多女生进入 人工智能 领域

这个项目的目标和设置,是直接通过 卡耐基梅隆大学 的计算机学院和 厚仁 教育一起协作和沟通而确定的。我们和 卡耐基梅隆大学 的几位人工智能领域的领导者多次见面,深入讨论,交换意见,包括计算机学院的院长,人工智能项目主任 (在卡耐基梅隆,人工智能是个跨学院的项目,不是科系),以及一些领域的专家,了解他们的想法,一起探讨如何实现这一前沿领域的教育。

在一次同 卡耐基梅隆大学 计算机学院的院长摩尔教授见面中,他特别提出了希望给更多的中学生开拓眼界,让他们对于计算机和人工智能产生兴趣。在 人工智能 方面的最先和主要的成果,都在在 卡耐基梅隆大学 提出的,这些世界上最领先的教授,非常关注如何能让人工智能的社会意义和教育意义,更容易地被人了解。

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特别值得一提的是,摩尔院长希望更多的女生进入计算机和人工智能领域。目前在计算机领域,女性占比12%,远远低于男性。而计算机和人工智能的重要性和对人类社会的影响,是需要女性的观点和贡献的。所以这个活动,我们特别多鼓励女生参加。

在项目的设置讨论中, 特雷斯基教授 指出,他最感兴趣如何让初学者理解人工智能,以及人工智能和机器人,如何能做出有社会意义的事情,也就是人工智能和机器人的社会责任。所以这个项目的最终成果展示,除了鼓励女性对人工智能的参与,也鼓励学生们能做出人工 智能机器人 在有社会责任感的情景中的思考和应用。

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早在2011年, 特雷斯基教授 在被问到机器人领域可以遇见的最大挑战是什么的时候,就回答到:最大的挑战是持续的人才供应。如何让学生对于STEM感兴趣,以及如何吸引更多学生进入机器人领域,非常重要。(https://www.eeweb.com/featured-engineers/interview-with-dr-david-s-touretzky)

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深入浅出寓教于乐,大师课程中融入了科学家独有的热情

因为第一次课程是大教授亲自讲解,而 特雷斯基教授 学术成就又相当卓越,加之以前和低龄中学生们接触不多,我们很担心教授高高在上,学生的阅历和理解能力跟不上他,让双方都感到不适,所以我们特别重点招收高年级的中学生,主要是9-12年级高中生,也有3个本地小学生,不过当教授带着他的两个博士学生( CMU 的博士学生也可千万不要小看,这都是将来年薪20万+的人,如果他们在意钱的话),下午一点钟一进到教室,我们就知道这个担忧是多余的了。

 特雷斯基教授 一进教室就直接走到每个组后面,帮助他们设置设备,耐心解答问题, 上课的过程中,特别重视每个学生的理解和进度。

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他的两小时课程中,一直和孩子们互动,给孩子们讲解,提问,并给孩子们时间来动手实践。几个年纪最小的小学生,反而是回答问题最积极的。

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教授还风趣地对一个总举手的学生说,你理解地很好,我们听听其他同学的回答。后来又说,你做得真棒,你现在有工作吗?针对每个学生的教学和师生关系,课堂互动,学玩结合,也都是在美国的教育中的重要部分。

参加课程的学生几乎覆盖了匹兹堡地区所有的好学校,以国际学生居多。有几个从外地来的学生专程来参加,一个9年级的男生,和爸爸一起专门从波士顿飞来,上午9点飞机落地匹兹堡,晚上7点飞机飞回波士顿。

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还有一个男生从附近的城市Johnstown 来,要坐2个小时的火车到匹兹堡火车站,然后再坐公车来到办公室。远程的美国学生,可以看到课程线上同步直播,如果是在国内的学生,因为时差问题,课程播出时是国内周一的凌晨,需要第二天看录播。

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 特雷斯基教授 先给孩子们介绍了人工智能和机器人的历史和发展,然后讲 Cozmo 的历史和功能,最后用比较多的时间,给孩子讲了如何通过新发明的一种语言Calypso,来了解 Cozmo 这个人工智能机器人,并且编程让 Cozmo  行动。

世界名校 卡耐基梅隆大学 的大师课,只有短短两个小时,作为旁观者的感觉,如果用我们中国人熟悉的成语来形容这位大师,真是举重若轻,深入浅出,寓教于乐,良师益友。

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要知道,人工智能,机器人, 编程 ,这都是非常复杂的领域,能在短短两个小时里,让学生们对这个领域有理解是非常不容易的。而且教授还通过让学生亲自动手,同机器人互动,了解 Cozmo 机器人,并用特别的计算机工具来了解机器人所看到的世界,给机器人发指令,让机器人前进,后退,举手,做决定,让学生们完全没有觉得这是枯燥的课题,而是百分百的投入其中。

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机器人视觉和决策策略,探索人工智能中最复杂的领域之一

在这个课程中,机器人视觉又是人工智能中最复杂的领域之一,但是通过 Cozmo ,可以很容易地通过视觉地图来展示。在Calypso的环境中,有一个视觉地图,能清楚了解机器人当前看到的景象,比如是否有特别的目标,比如人脸,或者是 Cozmo 方块,然后识别目标并且做位置的记录,就好比是一个人进入一个陌生地区之后绘制的地图。

 人工智能 和机器人的决策策略,也是核心的领域。 Cozmo 面对多个目标,到底如何取舍呢?是奔向最近的,还是一定图形的。教授都让学生们通过Calypso自己实验,然后举手发言,表达自己的意见。

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另外,教授作为一个教育者的热情也让我很感动。 特雷斯基教授 的研究领域,包括了人工智能和机器人方面最前沿的部分,他这个学期,还在 CMU 开设了三门课程,包括计算模型和神经系统 (Class 15-883: Computational Models of Neural Systems, Fall 2017 ),听起来就是难度高的课。实际上,早在2006年,他就开设了人工神经系统(Class 15-486/782: Artificial Neural Networks Fall 2006) ,可能这就是人工智能在那个时代的名字吧。

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创意比赛,从拥有一个超酷的队名开始

这次课程和创意比赛,目前一共有20个队报名参加,每个队2-3个人。因为这次活动有比赛的成分,所以各个队都起了自己的名字。

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比如有一个队叫 Big Bang 大爆炸,意思是思维大碰撞。指导老师马上说,机器人是公司财产,借给各个队使用,可不能把大碰撞机器人给搞坏了;有一个队叫Ménage a trois,这是法文,学生解释是三人队,就是两个队员加上机器人,一共三人。

后来我查了一下才发现,这是三人家庭的意思,是多人婚姻的一种。学生都在快速发展的年龄,吸收的信息量非常大,也都想酷一些。

今天还有一个学生告诉我,说在考虑一个新的队名,希望能更酷。

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试错和探索,让孩子们学会面对挫折

最后聊聊我所观察到的,学生们的参与状况。

第一个,是学生们手机和即时沟通工具的管理。

通过观察我发现,课堂中进度快和学到东西多的组,都是专心的学生。他们电脑上没有其他程序和网站,没有微信,也不玩手机。有的学生,在教授讲解的空隙时间,看微信,甚至玩手机上的游戏。

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我也因此决定以后对上课的学生要要求手机必须放到书包里。学生的专注力,是成熟的重要部分,直接影响他们能得到多少收获。手机和游戏造成的注意力分散,夺取了对其他东西学习的机会和兴趣,也是当前国际学生面临的主要问题。

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第二个,是学生们面对挫折时的态度。

这次有来自匹兹堡私立名校的两个女生,发现软件的环境非常卡,可能是因为Calypso软件开发环境对于不同型号和设置的个人计算机还不是很完美, 所以一些步骤,进行得比较慢。虽然后来我们几个助教,包括教授都提供了帮助,她们还是没有觉得满意,觉得软件应该更加平稳和完善。

教授虚心听取了他们的意见,而且临走时还告诉我们说,他从 厚仁 办公室离开就立刻会去 CMU 的图书馆,借几台苹果电脑再测试一下环境的稳定性。要知道,这已经是周日的下午4点多了。我也很感慨,有教授这样的热情,才能在一个领域里做出超人的成就吧。然而很多学生,在当前的教育和家庭环境中,似乎拥有的选择太多,所以一旦面对挫折,如果兴趣又没有建立,就很可能会难以坚定前行,突破瓶颈。

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这两位女生,临走也没有拿走他们队的一套机器人设备,晚上两人都要求退出项目。我想,这可能也是摩尔院长提到的计算机和 人工智能 领域,女生不多的一个原因吧,女生希望圆满,而STEM需要试错和探索。

如果能通过业界领袖,教育实践者的努力,减少学习的障碍,不被硬件和设置而干扰,让学生能更容易产生兴趣,让参与的女生能跨过基本设置的障碍,掌握基本技能,而达到能深入体验的程度,以她们追求圆满的天性,在人工智能和机器人领域,以女生的视角,能产生更多有社会责任感的应用和创新,大概这就是摩尔院长和 特雷斯基教授 所期待的吧!

【最后说明,本周第一次指导和答疑课程将在周末进行。经过教授同意,第一周中,还可以增加10个远程团队的报名。我们的助教会协助环境的设置,也提供课程的录像和指导。匹兹堡还有三套设备,预留给新的团队。】

 


(欢迎点击观看活动现场实录视频)

 

(Pictures Credited to WholeRen Education)

文:陈航

微信ID:陈航说留美

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