中學生設計 AI 作品

中學生設計 AI 作品

一直期待再次訪問樂善堂余近卿中學,記得去年他們在中一、中二已展開智能程式設計課程。歷經一年既有成果,教學團隊也更上一層樓,既實踐帶領學生淺嚐式 AI ,也預計展開落地的有商業級設計的機會。今期就由該校教學團隊分享學生學習成果。

樂善堂余近卿中學(簡稱余中)去年因應多元化發展,取得 I.T. 至專本地 STEM 教育大獎的「最佳 STEM 創意學校」。當時校長劉振鴻已明言學校將更新初中電腦科內容,並會實現跨科學習,務求讓所有初中學生均有 STEM 體驗,當中的目的之一,正是希望日後升學或於就業前曾有真正接觸科技的機會。

設計 AI 作品

余中在 17/18 學年已於課程實踐上述所言,更藉以獲得更多相關的參與機會,其中一項是 Project We Can 比賽,當日設計有 AI 元素的遊戲型回收箱,更獲得「最具創意」獎。學生方佳俊和高樂賢講解,他們一組人合力設計的智能回收箱有多個部分,有同學負責設計回收箱外殼,並用鐳射切割裁切及組裝;有同學負責電子硬件組裝及測試;有同學負責撰寫程式等。

樂善堂余近卿中學與中華基督教會扶輪中學製作遊戲機型回收箱。

樂善堂余近卿中學與中華基督教會扶輪中學製作遊戲機型回收箱。

同學續講解操作流程 ,當用家將物品放入垃圾筒後,回收箱會隨即拍攝一張照片,然後將照片上傳至 Google Cloud Platform ,利用其 Vision API 進行鑑別,該 API 會回傳物品的種類和特性字串,就可用機器便通過一系列字串中的關鍵字將物品分類,完成後就會有積分, 累積分數後就可進行遊戲。

遊戲型回收箱利用 Google Cloud Platform 的 Vision API 進行物品鑑別,同學們藉此運 AI 技術。

遊戲型回收箱利用 Google Cloud Platform 的 Vision API 進行物品鑑別,同學們藉此運 AI 技術。

課室內的一角有「 Smart Plus 」,它是另一款AI項目,採訪當日已連接電燈系統,經由語音辨識就可關燈,作用給予學生體驗。

課室內的一角有「 Smart Plus 」,它是另一款AI項目,採訪當日已連接電燈系統,經由語音辨識就可關燈,作用給予學生體驗。

運用 Google Cloud Platform

帶隊的馬基鏗老師講解學生能成功設計及製作出 AI 作品,正是學校對學生的培育成果。作為老師兼有程式設計背景的他,主要協助學生將整項任務化繁為簡,以程式層面為例,將程式計劃的部份分為程式設計行內常見的三層架構,包括雲端連接、 AI 運用和數據處理,讓學生按部就班細步的逐一執行,例如先連接相機硬件和測試程式,然後才進行撰寫或測試程式,上傳資料和運用資料回傳等部分。

馬老師表示 Arduino 外,目前也有使用 NodeMCU ,價錢更便宜。

馬老師表示 Arduino 外,目前也有使用 NodeMCU ,價錢更便宜。

回收箱內部的硬件架構不複雜,主要是運用 Raspberry Pi 、攝影鏡頭等。

回收箱內部的硬件架構不複雜,主要是運用 Raspberry Pi 、攝影鏡頭等。

副校長文可為續說, 從現時的 STEM 發展及培育成果,更能讓學校細緻地推行未來於新學年的計劃。中一會由身邊事物出發,讓他們設計智能長者或家庭產品,硬件方面會運用 Micro:bit 。中二就擴闊範圍,走入社區, 例如以智能城巿為題, 並轉用 Arduino 等硬件產品。中三會期望他們能利用較前瞻性的科技,如 Machine Learning 和 AI 技術等,讓學生學習判斷和更具前瞻性的視野,但當中更重要的是同時讓他們學習到資訊素養,理解私隱和道德等規範。

走出課室 製作智能草皮

智能回收箱外,有四位同學因應學校今年種植的草皮,合力設計出第一階段的智能草皮監測系統。學生介紹運用 NodeMCU 連接溫度及濕度感測器,就可取得數據上傳至雲端,於溫度太高或濕度不足時,自動進行補水的運作,從而讓草皮有最佳生長環境。此外,馬老師補充在教學設計過程中,眼見巿場上電子產品周期過短,因此同時也教授學生延續科技產品 Second Life 的觀念,例如該系統加入了巿場上退役的 Android TV Box 作顯示。

余中 STEM 教育團隊和學生,當中有學生們表示參與大型科技展後,對學習更有興趣。

余中 STEM 教育團隊和學生,當中有學生們表示參與大型科技展後,對學習更有興趣。

草地的一角安裝了學生們所設計智能草皮系統,現階段已可展示數據及作監測,日後也可作收集數據使用。

草地的一角安裝了學生們所設計智能草皮系統,現階段已可展示數據及作監測,日後也可作收集數據使用。

不過,智能草皮的設計不止於此,現時該草地也是一個真正的智能生態循環系統,由校董鄭良仁( Brian )設計及指導。過往余中校內有一個石地區域,但下雨天時會變得濕滑。早前因應 STEM 推動,適逢與校長討論教育發展,兩人遂商議出運用 Brian 專業,即工程及園藝設計能力,於校內建立系統之餘,藉此讓學生參與並學習當中會涉及的納米、生態循環等多項技術。

專業園藝藏 STEM 元素

Brian 講解實用的園藝設計能一物多用,過往就有在屯門公路上作隔音植物牆,既能減低 25 分貝噪音,也可減溫和美化,而隔音屏的上方也有生物工程。目前較佳的綠色設計,更會考慮 Recycle 、 Refuse 和 Reuse ,最終達致 Person health environment 。

以余中校內草地是零碳溢流組裝綠化草坪系統,並可移動和拆御,十分環保。主要分為五層,最底層是儲水植物盆及水流道管,當水超標時可流走而不會造成積水,並以格狀設計就可加強地面承托力,讓草根有足夠的空間向下伸展及吸水。中層有隔濾網既可防止沙泥淤塞,也可確保水淨。面層是專用的砂土,余中內所用的是淡水沙,配合甲殼質有機肥。甲殼質有機肥是沿自海洋生物的殼,可加強草的抗菌能力,並且肥料有防蟲卵孵化,並將將蟲卵變成營養液。砂的另一個優點是透氣過水,也就是不會積水,也方便除雜草。此外,工程前為了保護石地,先注入一層納米塗層( Nano Coating )保護膜,有點像人工面膜一樣。保護膜能滲透至石縫內,確保石縫不受水、油、酸等影響。完成上述工程後,就可以開始儲存數據。

余中庭園的草地,實際上藏著很多 STEM 元素,包括納米技術和生態系統。

余中庭園的草地,實際上藏著很多 STEM 元素,包括納米技術和生態系統。

草地系統就是運用圖中的物料,做到儲水和隔濾。

草地系統就是運用圖中的物料,做到儲水和隔濾。

上述只是在學校建立硬件,劉校長與 Brian 期望日後能於計劃中進行科研培訓及收集數據,包括管理和觀察草坪等,通過前人的經驗讓學生快速學習概要,而學生通過現場變化掌握細節。簡言之,余中所建立的是另類實習及學習架構,提早給予學生歷練的機會,通過此類模式能讓學生真正實踐相關的技能,應用到生活之中。