科普场馆人工智能主题展示探讨.pdf

SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯探 索 与 争 鸣 2023 NO.17 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯科普场馆人工智能主题展示探讨刘进军 徐晓红(上海科技馆 上海 200127)摘要：人工智能技术广泛影响着人们的生产、生活，并引发人类社会的深刻变革，在科普场馆中科学展示人工智能主题十分必要。该文旨在对适合科普场馆人工智能主题展示的主要内容、筛选原则和基本方式等方面进行探析，寻找出科普场馆人工智能领域科普展示的一般方法和规律，以期对该领域的场馆科普起到启发和推动作用，同时促进人工智能知识和技术的广泛和有效传播，推动人工智能技术的繁荣与发展。关键词：人工智能 人工神经网络 科普场馆 应用场景中图分类号：TP18文献标识码：A 文章编号：1672-3791(2023)17-0230-05Discussion on the Display of the Artificial Intelligence Theme in Popular Science HallsLIU Jinjun XU Xiaohong(Shanghai Science and Technology Museum,Shanghai,200127 China)Abstract:Artificial intelligence technology has widely affected peoples production and life,and will trigger profound changes in human society.It is very important to scientifically display the theme of artificial intelligence in science popularization venues.This paper aims to analyze the main contents,screening principles and basic methods of AI theme display in popular science venues,and find out the general methods and rules of science popularization display in the field of AI in popular science venues,with a view to enlightening and promoting the science popularization display industry,promoting the wide and effective dissemination of AI knowledge and technology,and promoting the prosperity and development of AI technology.Key Words:Artificial Intelligence;Artificial neural network;Popular science venue;Application scene科普场馆人工智能主题展示具有很强的必要性和紧迫性。人工智能技术是工业4.0的代表性技术和核心，其以智能化为特征，它深刻影响着人们的生产与生活方式，并使之发生着颠覆性变化。2017年，国务院站在构筑我国人工智能发展的先发优势，加快建设创新型国家和世界科技强国的高度专门印发并施行了新一代人工智能发展规划1，将发展人工智能上升为重要的国家战略。科普场馆（以下简称场馆）是人工智能科普工作的重要载体，具有受众量大、青少年占比高、科普资源集中等优势。公众通过与人工智能各类应用场景和展项设备的零距离互动，沉浸式体验，可系统地了解人工智能相关知识，深入理解人工智能本质，明确人工智能的广泛应用和发展瓶颈，从而激发公众尤其是青少年对于人工智能的强烈兴趣，乃至立志从事人工智能发展事业。随着人工智能技术的发展与应用领域的不断拓展和深化，人工智能对经济社会发展正起到越来越重要的作用。鉴于其影响的深远性和广泛性，人工智能正DOI：10.16661/ki.1672-3791.2302-5042-7524作者简介：刘进军（1979），男，硕士，高级工程师，研究方向为信息技术应用、人工智能。徐晓红（1964），男，本科，高级工程师，研究方向为土木建筑工程施工。230SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.17 探 索 与 争 鸣科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION成为世界各国争相发展的热门领域。2019年，习近平总书记指出中国高度重视创新发展，把新一代人工智能作为推动科技跨越发展、产业优化升级、生产力整体跃升的驱动力量，努力实现高质量发展。任何领域的发展人才是第一推动力，人工智能科普展教在培育人工智能创新型人才、突破人工智能技术瓶颈、占领人工智能技术高地、持续保持国际竞争优势方面上具有重要作用。人工智能人才的培养要从青少年抓起，场馆是科普教育的重要阵地，场馆如何做好人工智能教育是科普工作的一项重要课题。目前，我国人工智能主题展馆或设置人工智能主题展区的展馆很少，方明等人对于人工智能主题展示的规划设计有所论述2，但总体来说该方向少有研究总结。而且，占较大比重的企业馆或与企业合作建设的场馆侧重于人工智能新技术、新产品的展示。而公共科普场馆在人工智能知识与技术科普的基础性、综合性、公益性、广覆盖等方面更能发挥优势。相比其他展示主题，人工智能技术具有实现手段多样、迭代速度快、应用特别广泛等特点。因此，在设计场馆主题展示内容和展示方式上应考虑上述特点，科学、客观地阐释部分重要概念及其内涵，全面、准确地展示人工智能发展概况、现状及发展趋势，展示各主要领域经典应用场景。对于快速迭代变化的重要技术内容，可以考虑通过日常微更新、临展、视频等方式加以呈现，避免流于片面或者建成即落后的问题。总体而言，可以考虑以下方面的展示内容或活动主题。1 人工智能概述1.1 人工智能的定义与特点首先应当让公众了解人工智能的本质，而不是仅限于感性认识。人工智能目前并非“高冷”科技，不久前还只存在于科幻作品中的技术，诸如有温度和思辨意味的AI流畅对话、更加局部化和精准化的气象预报、无人驾驶、医学影像分析、智能监控分析和报警、元宇宙等应用场景现在已经悄然融入人们的工作和生活中。人工智能原本属于计算机科学的一个子学科，现在已经延伸和应用到各个领域，成为一个典型的交叉学科。其定义在历史上曾不断演进，目前尚没有统一，有着多元化的理解。早期定义为制造智能机器的科学与工程。现在经典的定义为研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。人工智能可以表现为具象的机器人，可以是虚拟形象，也可以没有任何具象，它的核心是智能算法模型。人工智能是一组功能，能够使计算机完成过去需要由人类智能才能完成的工作。所以，一台设备或者一项功能是否具备智能性要看它是否能反映了人类特有的思想、情感和行为模式。人工智能的质变主要在于编程逻辑或者算法的创新和突破，使之拥有更强的自主学习和自动演进的能力。机器模仿人类学习、思考、分析和预测乃至采取行动的技术体系，可以认为是仿生学的一种特殊情形、一个高级阶段，在某些领域可能超越人类智能。人工智能并不是一种狭窄的技术定义，而指的是机器完成本来只有人类才能完成的一些复杂工作的能力，复杂工作的概念不仅是相对的，还是不断发展变化的。例如：运算智能早期被认为只有人类才能完成，但现在甚至已不被认定为人工智能。可见人工智能定义具有开放性和发展性特点。1.2 人工智能与其他相关概念的关系人工智能不是一个孤立的概念，它往往与大数据、云计算、物联网、元宇宙、数字孪生等数字技术融合在一起。人工智能的实现离不开专家系统，以及深度学习、人工神经网络等机器学习有关技术的支撑同时应注意区分智能、类脑智能和人工智能的关系。1.3 人工智能分类一般分为弱人工智能、强人工智能和超人工智能3个发展阶段。弱人工智能只能解决特定单方面的场景化的问题，如图像识别、语音识别。强人工智能也称通用人工智能，是比肩人类水平的智能，具有意识、决策和自主学习的能力。超人工智能是全面超越人类水平的智能。目前，世界人工智能的发展整体处于弱人工智能阶段。2 人工智能的发展历程梳理和呈现国际国内两条发展主线和大事记，在全球视野下讲好中国故事，展现我国人工智能的思想文化和技术演变，如偃师献技、指南车、木牛流马、记里鼓车等古代人工智能思想和技术雏形，也包括当代我国人工智能基础研究和应用技术所取得的典型成就，如图像识别、语音识别和量子计算等。通过这些使公众系统地了解人工智能的前世今生，特别是在我国的发展脉络，从而激发公众的自豪感、责任感和紧迫感。231SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯探 索 与 争 鸣 2023 NO.17 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯3 人工智能与人的关系这个版块可以通过设问的方式展开，也可以结合聊天机器人对话功能，通过与人工智能对话听一听“她自己对这些问题的看法”，从而有效引发公众对这些问题的兴趣和思考。例如：人工智能是简单模仿人类智能吗？人工智能能够产生意识和情感吗？人工智能有可能超越人类智慧吗？人工智能在人类生产生活中扮演着什么样的角色？人工智能会抢走人类工作导致大规模失业还是会衍生出大量新的就业岗位？4 人工智能基本原理和实现方法人工智能的实现包括专家系统、机器学习等不同方式。对于专家系统而言，对男女的面部特征的差异等的许多规划目前无法做到精准描述，因此专家系统在人工智能领域的应用受到很大制约，但它仍然适合于问答系统设计等方面的应用。相对而言，机器学习模仿人的大脑，通过大量的数据样本来训练模型，将数据特征记忆到卷积神经网络算法、残差收缩算法等深度学习算法模型中使之取得泛化能力，从而根据输入数据得到预测结果。图1是一种改进型RBF神经网络结构3。深度学习的算法逻辑目前缺乏明确的可解释性，但这恰恰符合人类的认知规律往往不是单纯通过语言文字描述，而是简单地通过多次见闻和接触自然完成认识，即通过样本训练完成特征记忆，认识之后却未必能用语言进行精准描述，即人类的认知过程客观上具有模糊性或者难以描述性，但这无关认知结果的客观正确性。因此，通过深度学习神经网络或类脑智能实现人工智能虽受制于脑科学研究的进展，但它可能仍然是实现人工智能的最合理有效的方式。实际上，目前深度学习的确是人工智能研究的主流技术方向。除了符号主义、联结主义，人工智能还有其他不同的流派，各自对于人工智能有着不同的理解，实现方法也是有差异的。5 展示内容筛选基本原则的思考人工智能的应用领域和应用场景非常广泛，如何在有限的场馆空间内精选展示内容是必须解决的重要问题，这对有效提升展示效果具有重要意义，可以考虑以下的筛选原则。（1）选择展示相对确定的知识内容和经典应用场景，如非绝对化的定义等，为应对未来发展留有余地。（2）建设之时考虑日后微更新的便利。例如：使用易于撤换展示内容的图文版框架，设置带有USB插口和可播放多种视频格式的多媒体设备，在空间布局上为未来增加或替换展项预留空间等。（3）与人工智能行业头部企业和科研院所合作，通过举办临展、巡展，人工智能领域专家参与互动等方式及时推出关于人工智能的最新成果。有些场馆尝试提供成果展示与技术交流的平台，即探索场馆搭台企业唱戏模式，这种模式具有易于获取更多、更新展示资源的优势，但也要注意规避其弊端，例如：避免场馆成为单纯的渠道和平台，避免过度商业化，同时做好合作对象的筛选，防范意识形态、安全、隐私与数据保护等方面的风险。6 典型应用领域和应用场景人工智能目前已经延伸和应用到许多领域和行业，应用十分广泛。在人工智能基础理论和技术工具获得突破性进展之前，弱人工智能应用是务实策略，而且各种具体应用场景实实在在解决了各领域用其他方法难以解决的复杂问题，是非常有意义的现实选择。场馆应选择典型的应用领域和应用场景进行重点展示。典型的应用领域有咨询行业、智能制造、大数据分析预测，娱乐消费、智慧交通、智慧医疗4、智慧教育、智慧农业、智慧金融、智慧安防、智能家居等，人工智能是相应领域发展的助推器和倍增器。各领域的应用场景更是不胜枚举，可以从中选择经济效益好，显著影响生产生活的重要应用场景进行展示，如用户画像+精准推送、AI客服、自动驾驶、医学影像分析、脑机接口、智慧收纳等。从公众心理特点出发，尽量设置大量新颖有趣和互动性强的人工智能展项，如“当场学习生成未来虚拟的我，遇见未来的我”；根据输入的主题和关键词智能作诗、作画、谱曲；设置机器人主题展区这图1 改进的RBF 网络结构232SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯 2023 NO.17 探 索 与 争 鸣科技资讯SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION一最能体现人工智能成果的呈现形式，特别是设置互动机器人、趣味聊天机器人、教育机器人、娱乐机器人等不同用途、不同形态的机器人展项，展现最新的机器人研究成果。7 人工智能基本展示方式除了传统的图文版、音视频、动画等方式外，通过裸眼3D、4D影片、全息成像、光学动作捕捉技术、MR、元宇宙等新颖影像技术播放具有震撼力的技术成果，特别是具有自身ID的作品，更多地与艺术、游戏及其他最新展示技术融合，使展项在科学性、知识性、启发性、互动性的基础上更添艺术性和趣味性，从而进一步凸显场馆的特色和黏性。开设临展、巡展，寻求与人工智能领域科研院所、头部企业和其他科普机构开展交流合作，展示产学研用不同参与主体的最新成果。将科学技术与文化艺术相融合，感知科学的奥秘、技术的力量，同时体验智能与艺术结合的魅力。设置尽量多的沉浸式互动展品展项，增强参与感和操控感，在互动操作游戏中寓教于乐。并进一步激发和鼓励人们展开思辨和讨论，如人工智能到底是什么、人工智能还可以有什么样的应用、人工智能发展面临的瓶颈及解决思路、人工智能与人的关系、人工智能未来将走向何处等。展示艺术家和科研人员的作品，通过大量互动式沉浸式的展品和艺术装置，探讨人工智能技术的创意和发展，探索人类和技术间的关系演变。通过问卷调查、局部客流统计，内置收集互动频次数据的装置获知公众对于特定展项的兴趣，作为展项更新的参考依据。建筑是最大展项。可以通过在场馆各处巧妙设置人工智能展项或设施，例如：在适当区域设置智能趣味聊天机器人、配送机器人、智能回忆墙等，让公众感受到人工智能元素的无处不在，从而获得全景式、沉浸式体验。8 人工智能典型教育活动依托场馆已有的教育资源，结合人工智能发展现状，开发开展形式多样的教育活动，作为展示的延伸。包括但不限于以下类型的活动。8.1 互动游戏科普辅导员介绍各类机器人的功能、特点及操作方法，公众则在辅导员的帮助下与各类机器人展开互动，包括使用手柄操作、肢体动作、语音指令、编程导入等各种相应形式。机器人的种类应该多样，包括不同形态、不同大小、不同用途的各式机器人。通过动手参与和沉浸式互动，公众在充分感受到机器人带来的便利和震撼的同时提高实操能力。8.2 现场编程现场在科普辅导员的指导下开展程序接龙、解题闯关、创意编程等系列活动，对成绩优异的参与者给予奖励，如发放奖品奖状、对优秀作品进行展示和存储。8.3 创客空间开展动手搭建机器人、智能产品制作、创意比赛、项目研发等人工智能相关的多种实践活动，通过从组装、编程到调试的全流程操作让参与的公众直观地了解机器人的结构和原理，提出新颖的创新创意。8.4 课程设置联合人工智能领域科研和教育专家，探索开展线下、线上或者线上线下相结合的短中长期不同系列的人工智能课程。通过系列教育活动达成满足各年龄段人群特别是青少年的好奇心，了解人工智能基本实质，激发对于人工智能的浓厚热情和兴趣，培养一定的人工智能技能的目的。此外，可以通过这些教育活动开展人工智能教育的实验研究5，以期更有效地提高人工智能科普教育的有效性。9 人工智能文创产品的开发与展示利用文创产品便于融合最新技术和文化艺术成果、更新速度快、形式灵活多变、唯一性和个性化等优点，展品展项更容易做到常新，而且拥有自主IP的文创产品更能凸显场馆特色和创新力，是扩大场馆影响力的重要途径。10 人工智能发展的不足和解决思路探索相比人脑，人工智能具有信息处理速度更快、运算更准确、记忆/记录时间更长久、存储容量更大等优势。但是，受基础研究和技术水平所限，当前人工智能泛化能力不足，不具备自主思考、联想和创造的能力，没有自主意识和情感，也存在商业价值、伦理、法律和安全等方面的问题。因此，可以考虑通过积分和有奖问答等激励手段有效调动人们的积极性，收集人们对于人工智能的问题，以及处理解决问题的对策和建议，还可通过创客空间来开展此类活动，践行万众创新。当前，人工智能整体处于初级发展阶段，有赖于基础理论和关键技术的新突破，在此基础上探索更多应233SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯探 索 与 争 鸣 2023 NO.17 SCIENCE&TECHNOLOGY INFORMATION科技资讯用领域，实现更深层次的应用。11 人工智能未来发展趋势展望可以引导公众结合科幻作品和自由想象畅想未来的人工智能应用场景，同时这些畅想也正是将来人们对人工智能的发展愿景和梦想，从而为人工智能的发展注入更多新鲜元素和活力，为人工智能提供更多可能的发展方向，如如何继续深入研究人脑开发类脑、如何实现强人工智能或超人工智能、如何实现对于强人工智能的驾驭或者与之和平相处等。人工智能领域仍处于发展初期，技术本身还在摸索前进，应用领域有待拓展和深入。应用需要富有创意，可以考虑通过创客空间和文创开发提供更多新鲜创意，或者开发出更多便利和丰富人们生产生活的创意产品。除了以上展示的主题，将人工智能元素融入展馆展陈设计6-7乃至导览8之中，通过泛在式的人工智能应用则可以促进其他展示主题展陈效果的显著提升。12 结语如果说前三次工业革命解放了人类的双手，以人工智能为代表的工业4.0则是朝着解放人类大脑的方向迈进，让人们可以把时间和精力投入更具创造性、艺术性、幸福感和具有更高价值的工作中去。科普场馆要充分挖掘自身的特色和优势，做好人工智能科普展示和教育工作，培育创新思维和原创力，使科普之翼更好地提升全民科技素养，奠定经济社会高质量发展的良好基础。参考文献1 国务院.新一代人工智能发展规划Z/OL.(2017-07-08).http:/ 方明,赵东,杨磊.用人工智能建设美好世界:论中国青岛青少年人工智能科技馆的规划设计J.科学教育与博物馆,2020,6(5):333-337.3 杨凌,刘进军,金强.基于改进RBF 网络的乙烯纯度软测量建模方法J.微计算机信息,2008,24(30):158-159,149.4 贾萌,张瑛琪,李云峰,等.医学人工智能教育的研究进展J.医学教育研究与实践,2023,31(1):1-6.5 鲍婷婷,柯清超,马秀芳.人工智能教育社会实验的理论基础与实践框架J.电化教育研究,2023,44(1):54-60.6 孙旭瑶.人工智能对现代展馆视觉设计应用研究D.南昌:南昌大学,2019.7 陈明,郑曦阳.人工智能在博物馆展陈设计中的应用探讨J.工业设计,2020(2):114-115.8 李姣.我国博物馆藏品利用效率研究D.西安:西北大学,2021.个性化学习的需求，激发学生的学习兴趣。因此，将微课用于辅助大学物理教学，将有望改善大学物理教学的现状，提高教学质量。然而，微课融入大学物理教学的具体方式，以及如何实现微课与课堂教学的有效结合，仍然值得广大教师积极探索与实践。参考文献1 项阳.“大学物理”课程教学中常见问题探析J.教育教学论坛,2021(17):38-41.2 高全华,徐春龙,侯兆阳.一种新的大学物理答疑方式的探索与实践J.赤峰学院学报,2018,34(8):158-160.3 胡铁生.微课给教育带来了什么改变J.中小学信息技术教育,2018(7):84-86.4 姬红超,刘云峰,翟亚朔.浅析微课的特点及摄制J.影视制作,2021(11):37-41.5 唐好杰.法拉第电磁感应定律实验改进及其教学应用J.技术装备与实验教学,2022(11):41-44.6 章琛.基于微信公众平台的微课在高中物理教学中的应用D.武汉:华中师范大学,2020.7 谷开慧.利用微课进行大学物理课外智慧教学策略探析J.黑龙江科学,2020,11(11):42-43.8 李子良.微课辅助大学物理教学的探讨J.科技资讯,2022(3):184-188.9 ZENG J.Comprehensive Application of Microlecture Technology in College Ideological and Political EducationJ.Journal of Physics:Conference Series,2020,1578:012068.10 吴王杰,杨军,章曦.基于教学案例的大学物理微课设计J.物理与工程,2019,29(6):95-98.（上接第213页）234