人工智慧與運算思維

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學校日簡報

學校日簡報五年級下學期

單元一：人工智慧

人工智慧（AI）是指由人工製造的機器所表現出來的智慧。

AI 科技或 AI 技術，則是指透過電腦程式來呈現人類智慧的技術。

AI 的核心問題包括建構能夠跟人類似甚至超卓的推理、知識、規劃、學習、交流、感知、移物、使用工具和操控機械的能力等，目前距離成功仍然非常遙遠。「弱人工智慧」已經有初步成果，甚至在一些影像辨識、語言分析、棋類遊戲等等單方面的能力達到了超越人類的水平，因此從事某些特定領域職業的人類已經漸漸被 AI 取代。想要開發出具備統合思考能力的「強人工智慧」，至今仍然只是夢想，還需要更多的研究。「超人工智慧」也就是機器的思考能力超越人類，人類將受到機器統治的假設，目前是「科幻」而非「科學」。

人工智慧簡報

什麼是人工智慧？（高年級）

人工智慧體驗

請連結網址：https://storage.googleapis.com/tfjs-examples/webcam-transfer-learning/dist/index.html

用頭的移動或手勢來指揮小精靈玩遊戲！

請連結網址：https://teachablemachine.withgoogle.com/

機器的種類說明如下：

請選擇「Image Project」，預設只能辨識兩種圖像，請新增一個「Class」，然後將三個 Class 分別命名為「剪刀」、「石頭」、「布」。

先訓練「剪刀」Class，在攝影機鏡頭前拍攝自己，右手舉起在臉的旁邊比出「剪刀」，移動手的位置讓攝影機能拍到。

接著訓練「石頭」、「布」，訓練完成後，點擊最右邊的「Preview」檢驗訓練成果。

請連結網址：https://quickdraw.withgoogle.com/

點擊「開始塗鴉！」按鈕

電腦出題後，可以先思考一下怎麼畫，然後再按「我知道了！」開始畫圖，畫圖過程中，AI 會一邊辨識你的畫，一邊說出它認為的答案，繼續畫直到電腦認為你已經成功為止。

請連結網址：https://www.autodraw.com/

點擊「Start Drawing」按鈕，程式會自動幫你點選左側選單中的「AutoDraw」工具

請開始畫圖，AI 會自動判斷你畫的是什麼，然後你可以從工具列點選圖形範本。

點選左側選單中的「Select」工具，縮放或旋轉圖形

點選「Fill」工具可以著色。

其它繪圖工具讓你自己手繪，沒有 AI 協助。

機器學習專案

請連結網址：https://machinelearningforkids.co.uk/

這個網站幫助你：

請連結網址：https://makeredu.github.io/OSEP/app/ 或 https://e.meps.tp.edu.tw/OSEP/

這個網站讓你透過 Scratch 擴展套件直接建立和應用 AI 模型。

什麼是鑑別式AI?

鑑別式 AI，顧名思義是指 AI 能夠幫我們辨別事物，預測該事物是屬於哪一個「類別」。比方說，提供很多貓和狗的照片給 AI 進行訓練，它就能學會區分貓和狗的特徵，然後當你給它一張新照片時，它能告訴你這是貓還是狗。

人工智慧之所以可以辨別不同的事物，是透過「大數據」以及「深度學習」訓練出來的，而不是根據程式對資料的剖析去進行預測，鑑別式 AI 在我們的生活中有大量的應用，包括：汽車導航、文件辨識、臉孔辨識、語音助理、停車場繳費系統......等等。

什麼是生成式 AI？

以上所介紹的人工智慧應用，主要目的是用來辨識和解決問題，也就是說人工智慧根據輸入進行「分類」，來決定要對應到哪一個答案。這種「鑑別式 AI」必須要由人類提供所有可能的答案讓電腦進行匹配，而無法「無中生有」。那麼人工智慧有辦法進行「創造性思考」嗎？為了嘗試解答這個問題，人類開始設計「生成式 AI」。

生成式 AI 主要使用兩種不同的 AI 模型，第一種模型是「用於理解文章」的「大型語言模型」，另一種模型是「用於生成多媒體內容」的「生成對抗網路」。

大型語言模型

如果人工智慧能夠理解人類所使用的語言，可以帶來哪些好處呢？是不是能讓人工智慧更理解人類的要求，從而提供更恰當的幫助呢？想想看，如果人工智慧可以幫我們上網查資料，甚至可以幫助我們寫作業，那就太棒了！

目前大型語言模型的主要發展方向是「對話系統」的開發，如 chatGPT 以及由 chatGPT 衍生出來的網路搜尋工具「Bing Copilot」，用於輔助程式碼寫作的「GitHub Copilot」...等。

要有效利用 chatGPT  這一類的工具，就必須知道如何使用「提示詞」，另外針對 chatGPT 的回應，也要抱持懷疑態度小心求證，因為 chatGPT 提供的答案並非完全正確，chatGPT 也有可能提供帶有偏見的意見或捏造的事件，這些都是同學在使用 chatGPT 需要多加注意的地方。

生成對抗網路

「生成對抗網路」的構想來自偽畫鑑定，有兩個重要組件：生成器和判別器。

就像是一位畫家，它的任務是模仿別人的風格進行新的創作。它必須學習很多不同的繪畫技巧和創作風格，然後用這些知識來創作。不過，一開始生成器可能模仿的不太像，需要不斷的學習和改進。

像是一位鑑定專家，它的工作是判斷一幅畫作是否為真跡。判別器會試著檢查生成器創作的內容，找出其中的破綻和瑕疵，如果有找到就證明作品是假的。一開始，判別器可能很聰明，能輕易分辨出生成器的作品。但是生成器也很聰明，它會不斷學習，改進自己的技巧，使得創作越來越接近真實的樣子。

這就像一場有趣的遊戲，生成器和判別器互相競爭和學習。生成器試圖創作更逼真的內容，而判別器試圖變得越來越聰明，能更準確地辨別真假。隨著時間的推移，生成器逐漸變得更加擅長創作，而判別器也變得更難以分辨真假。生成式 AI 可以應用在很多有趣的領域。比如，它可以幫助藝術家創作出美麗的圖片，設計師製作獨特的模型，甚至幫助科學家研究和解決問題。

問題：這是一張AI生成的照片，請同學體驗一下，擔任判別器的角色，說說這張圖的問題在哪裡？

chatGPT 作詞，Suno AI 作曲、演唱，Midjourney 插圖，Runway 動畫

延伸思考一些生成範例：

1、AI生成文本與DeepFake。  

以上是由老師使用AI製作出的影片，影片中的人不懂日文，卻能生成日文演講的影片，你可以嘗試在影片中找到不自然的地方嗎？此製作軟體為heygen

2、三張照片生成跳舞影片。 

不懂舞蹈的人，三張照片可以生成出跳舞的影片，因為生成式AI，不懂畫畫的人也可以畫出心中的圖案；不懂作曲的人，也可以編出想作的曲
子，這樣對社會會有什麼樣的影響？


生成式 AI 有哪些應用？

生成式 AI 的應用主要可以分為以下幾個領域：

生成式 AI 體驗

1.ChatGPT 與 Bing AI 

2. AI 換臉 Faceswapper https://faceswapper.ai/

也可以試試反向操作

3. AI繪圖體驗：PlaygroundAI 網址：https://playgroundai.com/

PlaygroundAI正在建立一個圖像編輯器，它將人工智慧研究和產品設計結合起來，使人們能夠像專業人士一樣創建圖形，而無需成為專業人士。

Firefly AI 網址：https://firefly.adobe.com/

Firefly 教學影片

單元一作業：

作業一、夢想中的教室。     

作業說明：請使用生成式AI繪圖的功能，繪製出一張你夢想中的教室吧。

加分作業、無人的台北街頭。(可以使用PlaygroundAI) 

作業說明：請使用這張cc0圖片，使用生成式AI繪圖讓台北街頭上的路人及車輛消失，營造出無人台北美景。

下載上方的照片，參考右邊教學範例，將街道中的人車從照片中消失，完成作業。

單元二：自造拳擊機

認識單晶片控制器

是把中央處理器、儲存器（記憶體）、定時/計數器（timer/counter）、各種輸入輸出介面等都整合在一塊積體電路晶片上的微型計算機。與應用在個人電腦中的通用型微處理器相比，它更強調自供應（不用外接硬體）和節約成本。它的最大優點是體積小，可放在儀表板內部，但儲存量小，輸入輸出介面簡單，功能較低。

目前比較流行的單晶片控制器有：micro:bit、Arduino、Respberry Pi。

單晶片控制器很適合用來開發解決實際生活問題的設備或機器，所以引進到 108 課綱之中作為生活科技領域的教具。

Micro:bit 單晶片硬體單元簡介

MakeCode 開發介面介紹

Micro:bit 感測器原理（使用英語解說） https://www.youtube.com/playlist?list=PLMMBk9hE-SeqDYtw9pGNPsQ10V_EGMyGe

認識micro:bit

溫度感測器

「輸入」中有許多感測功能可供選擇

「基本」中有顯示功能

計步器

步驟一：

步驟二：

抽籤機

更精簡的抽籤機？



拳擊機實作練習

步驟一：


科學小常識

引力或重力（gravitation/gravity）是造成所有具「質量」或「能量」的物質之間相互吸引的作用，屬一種基本交互作用；是地面上所有物體重量的來源。透過測量重力加速度，也可以推估該物體的質量，在這個單元裡，我們用這個方法來推估出拳的重量。

地球的引力也就是重力加速度，經過實際測量為 9.8公尺/每秒平方。我們把這一個數值當成標準，稱它為 1G。太陽的質量比地球大，約為 27.94G。月球的質量則比地球小，大約是 0.166G，約為地球的 1/6。也就是一個體重為 54 公斤的成年人，登陸月球後會只剩下 9 公斤，如果他在地球上可以跳高 1 公尺，在月球上則可以跳高 6 公尺，約為兩層樓高度，意思是他可以直接從地面跳到 3 樓。

加速度感測器如果設為 1G，可以感測 -9.8 ～ 9.8 公尺/每秒平方範圍的數值（負值代表減速），如果設為 8G，則可以感測 -78.4 ～ 78.4公尺/每秒平方範圍的數值。通常揮拳的動作速度會快於物體掉落的速度，所以測量揮拳速度建議使用 8G 的範圍（強度數值為 0 ～ 14400）。

步驟二：

步驟三：

共同討論：

大家得到的最高分是幾分呢？能不能讓大家的分數更直觀更容易比較呢？

1.改成滿分10分或100分。

2.改以LED燈號顯示。

3.利用程式直接判斷贏家。

如右圖，這樣的燈號所代表的加速度感測值又是多少呢？（假設最大值為14400）

參考答案

將最大值 14400 分配給 25 個 LED 燈，14400 除以 25 為 576，每當數值滿 576 就會多亮一個燈，圖片上總共亮了 10 個燈，換算成數值為 5760。

另一個算法：亮的 LED 燈為全部的五分之二，將 14400 乘以 2/5 = 5760。

測量出此數值表示剛剛拳擊的加速度位於 5760 ~ 6335 之間。因為到達 6336 時會多亮一顆 LED 燈。

補充教材：廣播遊戲

遊戲規則說明：

1.老師在遊戲開始前「私下」指派任務

ex:第一位同學傳送數字「3」，第二位同學將收到的數字「加1後傳出」，第三位同學將收到的數字「減2後傳出」，第三位同學將收到的數字「加3後傳出」，第一位同學收到答案後舉手訴老師答案（3+1−2+3=5）。

2.老師等待三組正確答案出現後，以小組平均傳訊速度計算名次。

共同討論：

每天放學時，總導護老師報告時，怎麼讓全校同學聽到老師想傳達的事項？

廣播

老師在廣播的時候，隔壁的建中會收到嗎？為什麼？

廣播頻率不同

我們的遊戲應該怎麼設計使用群組呢？

步驟一：


步驟二：


步驟三：


步驟四：



步驟五：


單元三：從遊戲學程式

CODEMONKEY

運用程式積木的組合來指揮主角通過關卡，請依照以下步驟闖關：

Blockly Games

運用程式積木的組合來指揮主角通過關卡，請依照以下步驟闖關：

「拼圖」關卡要完成物件的定義，包含屬性「腿」的數量和其他體態特徵。

其它 Hour of Code 活動的程式教育遊戲平台。