教育部AI教學示範例(高中)

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(2) 序言. 早在AlphaGo打敗圍棋棋王以前，「AI」已經逐漸進入我們生活周遭，例如手機上的語音助理、自駕車，甚至是以演算法預測顧客的喜好以提供更適切的商品，AlphaGo不過是這場AI大戲中較引人矚目的一個角色。當AI從研究室走入產業界、走入你我生活，成為不可忽視的存在，教育部認為不該只著重高階研發人才的培育，也應該向下扎根。讓中小學生有機會體驗 AI、知道 AI 的應用與對自己未來及生活的影響；並針對AI 原理及技術有興趣的學生，提供進階學習的資源及管道。基於這樣的理念，我們邀請計畫團隊依十二年國民基本教育課程綱要、教師執教經驗與中小學學生相關數理觀念建立情形，編纂《和AI做朋友》這套教材。編輯團隊依據學生回饋修正教材，也將這些內容編輯成教案，做為其他教師後續實施參考的依據。《和AI做朋友》是教育部為有興趣學習與教授AI的學生及教師鋪墊的第一步，是想一窺AI奧秘的師生們的參考教材。後續將陸續發展不同主題的課程內容，以及相對應的數位課程、實作課程與融入式課程等等，以提供師生們更多元的學習需求。謹向過去一年辛苦投入編纂《和AI做朋友》的所有教師與助理團隊致敬及致謝，相信我們的努力終將能提升臺灣回應AI時代挑戰的競爭力。. 教育部部長. 謹誌中華民國108年8月.

(3) 編者的話為推廣人工智慧教育並於中小學奠基，培育學生成為未來引領AI世代的科技人才，教育部籌組學者專家團隊，執行「人工智慧技術應用與人材培育計畫—中小學分項：中小學推廣教育計畫」(以下稱為本計畫)，發展中小學人工智慧教材教案示範例。編輯團隊為中小學設計適合的人工智慧教材，需要考量各年段學生的數理知識程度以及所要傳遞的人工智慧內涵，以適當規劃教材所要涵蓋內容的深度及廣度。計畫辦公室邀請相關領域的大學教授提供人工智慧的知識性內涵，並邀請教育現場第一線的教師，將上述人工智慧的內涵轉化為適合中小學學生及能配合十二年國民教育基本課程綱要的教材及教案。教材教案編輯團隊成員包括來自國立臺南大學、中華大學、國立成功大學、國立臺灣科技大學和南臺科技大學等大學教授，以及桃園市笨港國小、國立臺灣師範大學附屬高級中學國中部、國立臺南第二高級中學等現場教師共同合作，產出國小、國中、高中三階段的人工智慧教材教案。. 為什麼是示範例？人工智慧領域涵蓋的範疇甚廣，依據十二年國教課程綱要，資訊科技科目列為國、高中必修科目，其授課時數在國中階段每週1節、高中階段為2學分，高中可以選修方式列入課程，國中可採融入課程方式，國小則可於彈性課程實施或採融入方式進行教學，但以如此有限的時數要教授如此廣的內容確有其難度。團隊經過不斷思索研議後，決定先挑選具代表性的機器學習主題發展教材教案，若第一線教師有意願將此教材引入教學中，並在使用後覺得設計理念符合教學所需，願意投入後續發展，本計畫將逐步擴大教材發展團隊。這是「示範例」的第一個概念。.

(4) 這波全球人工智慧熱潮大爆發起因於，Google的人工智慧圍棋軟體AlphaGo 打敗世界棋王的新聞事件，進而讓AlphaGo背後的「深度學習」技術為世人所關注，並成為人工智慧的代名詞。事實上深度學習是機器學習的一個分支，機器學習歷經多年發展，體系相對完整，因此本計畫先以機器學習及深度學習兩主題發展教材教案，並預計在下一階段中，發展搜尋演算法及資料探勘等主題。這是「示範例」的第二個概念。. 我們選擇的主題因人工智慧範疇廣袤且分支眾多，團隊依據運算資源及硬體設備、核心技術面、應用面等三個面向大致劃分出人工智慧現有範圍，以支持人工智慧運作最基本需求的運算資源及硬體設備為基底，向外延伸出機器學習、深度學習……等核.

(5) 心技術面，而最外圍則是依據上述基礎所發展至生活中的各項應用。本團隊考量高中學生已經具有足夠的數理基礎，所以著重介紹四種機器學習類型，包含：監督式學習、非監督式學習、增強式學習與深度學習。至於國中和國小教材，考量到學生的數理程度，著重於引起學生學習興趣並介紹人工智慧於生活中的應用，因此，除了簡介人工智慧及提供背景知識之外，主要課程內容是機器學習領域中最具代表性的監督式學習及非監督式學習介紹。. 編輯理念說明本計畫利用引、問、例、釋、操、練的順序設計教材，先導入多媒體來「引」發學生的學習興趣，再以提「問」的方式引導學生思考，並透過範「例」的講解，讓學生歸納重點後進行原理解「釋」，藉由互動性教具的「操」作強化理解，最後提供「練」習題目以深化學生的學習成效。. 除了發展核心知識教材以外，我們也發展實作教材，提供高中學生開發人工智慧應用程式的機會，讓高中學生能透過實作對人工智慧有更深一層的體驗。實作教材使用Jupyter Notebook為執行環境，可以直接在Google Colab平台操作；學習完成實作教材的學生，若想藉由製作更大型人工智慧專案，以求更深入鑽研人工智慧技術，可透過指導老師申請使用教育部建置的AI虛擬雲端平台。另外，為提升國中及國小學生的學習興趣與成效，國中及國小階段教材有搭配實體教具，.

(6) 讓學生能以動手操作的方式體驗機器學習的運作流程。此外，本教材也提供目前在中小學使用率較高的程式設計語言Scratch範例，讓學生進行操作演練。. 給教師的話對人工智慧感興趣的教師夥伴們，想將人工智慧融入教學中卻苦於始終找不到著力點嗎？本團隊除了開發高中、國中、國小各階段的教材之外，也依據教材開發出相應的教案，提供給對人工智慧教育感興趣的教師使用。所有階段的教材教案皆經過本團隊於現場實施教學後，檢討回饋再加以修正。依據團隊實際實施教學經驗，若是教師想要於現場進行教學，提供以下建議：高中階段教材所編撰的內容較深入，且教材的內容單元有搭配相應的上機實作教材，可採列入多元選修課程實施教學；國中階段教材可於彈性學習課中實施教學，並建議於國一或國二開設，若是上課時數不足，可以挑選數個活動任務，融入各領域課程之中，以符合跨領域（科技領域）精神，也可以開設一個學分的社團活動課程，挑選其中 18小時進行一學期的AI人工智慧體驗課程進行教學；國小則可以採跨領域融入的方式進行教學，或是於彈性課程中實施，若是上課時數不足，則可以挑選適合的章節授課，以符合實際需求。. 給學生及家長的話對人工智慧有興趣的家長及同學，歡迎你們即將共同參與台灣教育史上嶄新的一頁。團隊所開發的教材包括：高中、國中、國小三個階段，考量現實情況，各階段學生大多是第一次接觸人工智慧，所以這三個階段的教材不具連續性，只有內容深淺的差異，可以獨立使用，且皆是由人工智慧簡介開始，由淺入深介紹人工智慧的核心知識及應用層面，讓各階段從未學習過相關知識的學生，能對人工智慧有基本認識。從未接觸過人工智慧領域的學生，若是有興趣想要學習此教材內容，有以下建議提供參考：若是高中學生，建議學習過高中一年級的數學課程，因高中階段教材需要用到向量、變異數等數學概念，若是有程式設計基礎者，.

(7) 則在完成基本實作課程後，可至教育部AI雲端平台進行專案製作；若是國中學生，則建議國一以上，具備判別資料特徵的能力，以及最短距離的概念；若是國小學生，則以高年級較為合適，建議具備數數及簡單統計的概念，後面章節需要利用到表格判讀數據，及直尺作圖的能力。希望這份教材可以成為同學認識人工智慧的啟蒙，並期待每位學習過此份教材的同學，能成為未來AI世代的人才。. 結語希望此份教材能對想將人工智慧概念帶入教學的老師有所幫助，並對將人工智慧教育往下扎根於中小學有所貢獻。由於教材設計牽涉的層面廣袤且相當繁複，難保不會有謬誤之處，若各位先進及對人工智慧教育具熱忱之教師及學子，發現有任何謬誤疏漏之處，祈請不吝指正，讓本教材能日趨完備。最後要感謝在此教材教案不同發展階段的審查委員們，由於他們所提供的寶貴專業意見，讓此教材教案得以更臻完備。. 國立臺南大學資訊工程學系教授中華民國108年8月.

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(40) 依據表3-2的計算結果顯示，(4,2) 與綠色類別之距離較短，因此歸屬於綠色類別的資料。.

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(111) 書名：和 AI 做朋友-相知篇副標題：從 0 開始學 AI 著者：黃仁暐、涂益郎主編：李建樹副主編：李育強執行編輯：陳虹伶、陳瑞翎封面設計：君傳媒工作室插圖設計：君傳媒工作室、設計超市多媒體 DESIGNGOGO、夢享製造所發行人：潘文忠發行：教育部出版機關：教育部地址：臺北市中正區中山南路 5 號電話：02-7736-6666 網址：https://www.edu.tw/ 出版年月：中華民國 108 年 8 月版次：初版其他類型版本說明：本書另有電子版本，請至教育部教育雲網站（https://cloud.edu.tw/）申請。定價：新臺幣 150 元 GPN：1010801347. ISBN 978-986-05-9905-3. 版權所有，翻印必究. 1.

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