中正高中「AI學程」學什麼？培養未來AI世代所需的4種能力
AI浪潮襲捲而來，學校教育如何塑造孩子的未來？從今年6月「台北市新科技教育發表會」上，或可一窺端倪。
中正高中「AI人工智慧學程」學生簡報「AI自動實驗室」專題成果，展示機器手臂運用視覺辨識，辨識實驗室器材、並依序放在對應位置，節省整理實驗室的人力。
另外一組學生則展示所研發的「捷運進出站人數預測App」。他們利用公開資訊做大數據分析，開發出預測台北市各捷運站人流的運算模組，乘客可以據此避開搭車人潮。
AI吃「大數據」長大，是好用的工具
中正高中108學年度開辦「AI人工智慧學程」，是台北市第一所投入AI教育的高中。校長江惠真認為，與其說AI會取代人類、搶走工作，不如將它視為契機，為人類帶來更好的文明發展以及生活方式。
「AI是很好的工具，」重點是，我們如何善用AI，用AI做什麼？也就是說，關鍵還是在於「人」，將來我們都必須學會善用、駕馭它。
江惠真指出，「AI是吃數據長大的工具，」只要我們把大量、有清晰標註的客觀數據餵進去，AI就會快速學習，進一步做出分類、判斷、預測和決策。
有感於AI是未來重要趨勢，江惠真接任校長後，不斷思考學校教育可以做出哪些改變？她對學生未來圖像的想像是，不僅具備創意、有原創能力，同時也擁有實做、解決問題的能力。
江惠真研究國內、外文獻後發現，無論是AI、機器學習或是深度學習，在在需要數學和邏輯思考能力。而這正好成為她辦學的一個重要切入點，「針對數理成績好的學生，如何幫助他們維持並發揮優勢能力？」於是她研發設計出AI學程，成為中正高中辦學的一大特色。
高一打基礎，結合大學和企業資源
AI學程每年招收30個數理專長的學生，為課後學習的專班，平均錄取率約五、六成。究竟AI學程在學些什麼呢？
江惠真指出，高一主要是「打底」基礎的能力，包括：數學、生活科技和資訊科技等三大領域課程。
「數學」部分，深化學習AI運算邏輯所需的關鍵能力，如統計、微積分等。「資訊科技」部分，教學生C++、Python程式設計。
「生活科技」部分，則是結合「工業4.0」（編按：智慧製造概念，將智慧數位技術引進製造和工業流程），讓學生實際操作設備、做中學，學習使用西門子的控制器，以及模擬如何使用控制器控制「AI智慧化工廠」的生產線流程。
除了西門子企業之外，AI學程也引進台北科技大學、淡江大學、廣達集團旗下達明機器人等產學資源。北科大電資學士班（整合電機、電子、資工、光電等領域之基礎課程）教學生深度學習、機器學習的課程；淡江大學商學院的課，則是教商業管理知識、商業化的應用。
專題製作訓練學生「設計思考」
高二學習的重頭戲為「專題製作」，運用AI改善或解決問題。以第2屆AI學程學生所做的專題為例，包括：AI視覺辨識自走車、AI智慧拼圖、AI自動實驗室、捷運進出站人數預測App等。發想靈感皆來自於對生活的觀察，如何運用所學，讓生活變得更好。
江惠真之前在南港高工當校長，對專題實作流程十分熟稔，因此，由她親自上陣授課，教學生如何做專題，從設定題目、展開規劃流程，到尋找方法和資源等，並且每個月關心各組專題的進度。
在這個過程中，培養學生創新、設計思考的思維。首先，思考你想要回答或解決生活中的什麼問題？而後思考如何達成？並進一步分析、展開數個子問題。如果要解決這些子問題的話，需要哪些技術能力，以及各流程需要多少時間和資源？像是需要電腦、電子小車，或是諮詢北科大教授或西門子工程師等。
學生初步完成專題計畫，學校會邀請大學教授和企業聽聽學生的簡報；去年就邀來工研院、陽明交通大學教授，提供回饋意見，而後學生再做修正。
培養未來AI時代所需的4能力
根據世界經濟論壇《未來工作報告》，未來工作者所需要的能力，包括：分析思維與創新、創意原創主動、複雜問題解決能力、推理構思、技術使用與監測、技術設計與編程等。
AI學程透過專題實作，除了培養學生未來所需的能力，也強化他們的學習動機和成就感：
1 分析思維與創新
AI學程開辦4年下來，江惠真觀察，學生看問題變得深入，不再只停留在表層的問題，而是會試著統整所有資訊和所學的知識，分析、了解問題的真正原貌。
像是有學生計畫做「魷魚價格的預測」，需要輸入大量的魷魚價格數據，建立預測模型。江惠真說：「他們會去通盤思考洋流、季風、雨量等狀況，將這些因素設為參數，分析它們是否會影響魚獲量，進而影價魚的價格。」
2 創意原創主動
在江惠真看來，這些年輕學生創意十足、創新能力強。今年有學生做「聲紋辨識」，輸入大量的聲音數據，AI就可以根據聲音辨識說話的人是誰。「若這個系統將來發展成APP的話，就能杜絕詐騙集團的勒索。」
之前，有學生做「智慧停車場系統」專題，需要測試通過紅綠燈。原本江惠真還很苦惱，是不是要商請南港高工的老師們幫忙、做一個縮小版的紅綠燈；結果學生們發揮創意，用紅色、綠色、黃色的紙，就成功讓控制器感應顏色。她忍不住感嘆：「這些學生腦筋靈活、思維創新，不像我們大人容易固著在以前的舊經驗。」
3 複雜問題解決能力
有學生觀察，同學們都討厭清洗、收拾實驗器材，因此，萌生「AI自動實驗室」專題的靈感，希望運用機器手臂的視覺辨識系統，機器手臂夾取燒杯、試管等實驗器材，依序放回置物櫃，節省人力和時間。
江惠真指出，學生原本以為只要程式寫得好，機器手臂就可以夾取實驗器材。但實際試過之後才發現，實驗器材有大、有小，根本夾不起來或是會掉下，十分棘手。他們找來西門子和達明機器人工程師協助，一起討論如何虛（程式）實（夾頭）整合，解決問題。
後來，學生發現環境的燈光變化，也會影響視覺辨識。光線亮或不亮，機器手臂夾取的成功率也不一樣；之前發表會上，有記者對著機器手臂拍照、開閃光燈，結果燒杯就掉了。「對學生來說，這些都是很好的學習，」遇到各種問題，不斷一一嘗試解決方案，不僅培養學生的分析思考能力，也練就不怕錯誤與失敗的精神。
4 技術使用與設計能力
實做專題過程中，學生們學習觸類旁通、不斷延伸，包括：物聯網（IoT）、資料探勘、演算法、機器學習、視覺辨識、程式設計等新興知識和技術。
從前2屆AI學程畢業生的升學路徑來看，大多念電機、資工系，也有人念化學、土木工程等系。「不管是哪個領域或產業，AI可以幫我們協作完成工作，尤其是重複性、危險、費時費工等工作，」江惠真說。
江惠真指出，以112年AI學程學生的學測成績來看，AI學程的確強化學生的數理能力，數學頂標及前標成績皆高於全國分數達兩級分之多。
在「軟實力」部分，她觀察，學生更懂得團隊合作、虛心受教，「也了解到很多事情無法如你原本預期，難免有挫折，在這個部分學生成長很多。」
照片提供/北市中正高中