Artificial Intelligence in Pre-University Education: What and How to Teach

This article belongs to the Proceedings of 3rd XoveTIC Conference[Abstract] The present paper is part of the European Erasmus+ project on educational innovation led by the UDC and entitled “AI+: Developing an Artificial Intelligence Curriculum adapted to European High School”. In this paper, the progress achieved during the first year of the project will be presented. Mainly, the definition of the methodological approach for this future subject has been defined, and the AI topics to be dealt with at this age have been established. It has been a great effort to select the most appropriate focus for this subject considering the students’ and teachers’ technical background and the schools’ equipment.European Commission; 2019-1-ES01-KA201-06574

AI curriculum for european high schools: an embedded intelligence approach

Financiado para publicación en acceso aberto: Universidade da Coruña/CISUGXunta de Galicia ; ED431G 2019/0

Introducción a la representación del conocimiento y el razonamiento en educación pre-universitaria mediante una actividad STEM

Este trabajo presenta un recurso docente de acceso libre, orientado a estudiantes de últimos años de secundaria o bachillerato, centrado en el ámbito de la enseñanza de la Inteligencia Artificial (IA) preuniversitaria. En concreto, se plantea una actividad para introducir los conceptos de representación del conocimiento y razonamiento en IA con un enfoque STEM. En esta actividad, los estudiantes desarrollan completamente una aplicación para Smartphone mediante el entorno de programación App Inventor, siguiendo una metodología de aprendizaje basada en proyectos. Exactamente, la aplicación a desarrollar se denomina "The School Path Guide", y tiene como objetivo guiar a los visitantes de un centro educativo de un punto a otro por la ruta más corta utilizando imágenes en primera persona, y considerando posibles situaciones de colapso. Los estudiantes deben realizar un mapa en planta de su centro, tomar fotos de las posibles rutas, crear a partir del mapa una representación en forma de grafo, y añadir a éste probabilidades empíricas de colapso en los enlaces. La programación debe representar adecuadamente el grafo, y debe permitir un razonamiento probabilístico sencillo sobre el mismo. El recurso planteado se ha validado en el marco del proyecto Erasmus+ denominado AI+, liderado por la Universidade da Coruña, con resultados muy satisfactorios.This paper presents an open-access teaching resource, aimed at students in their final years of secondary school or high school, focused on the field of pre-university Artificial Intelligence (AI) education. Specifically, an activity is proposed to introduce the concepts of knowledge representation and reasoning in AI with a STEM approach. Students fully develop a Smartphone application using the App Inventor programming environment, following a project-based methodology. Specifically, the developed application is called "The School Path Guide”, and it aims to guide visitors of a school from one point to another by the shortest route using first-person images and considering possible collapse situations. Students must make a floor plan map of their school, take pictures of possible routes, create a graph representation from the map, and add empirical probabilities of collapse at the links. The programming must adequately represent the graph and it must allow for simple probabilistic reasoning about it. The proposed resource has been validated within the framework of the Erasmus+ project called AI+, led by the University of A Coruña, with very satisfactory results

Desarrollo de un plan de estudios de inteligencia artificial para la educación preuniversitaria en Europa

Programa Oficial de Doutoramento en Enxeñaría Naval e Industria. 5015V01La presente tesis doctoral desarrolla un plan de estudios para la enseñanza formal de los fundamentos de la inteligencia artificial (IA), diseñado específicamente para estudiantes de educación secundaria en el ámbito europeo. Está basado en un enfoque de agente inteligente como sistema situado en un entorno con el que interactúa de manera autónoma para lograr unos objetivos. En consecuencia, el plan de estudios cubre la formación en IA desde una perspectiva amplia, tratando temas como la percepción, la actuación, la representación, el razonamiento y el aprendizaje, entre otros. Se plantea una metodología STEAM mediante la cual los estudiantes aprenden haciendo, a través de la programación de soluciones a problemas en el mundo real. Se validó una implementación específica del plan de estudios en centros educativos europeos por parte de profesores y estudiantes durante tres años, en el marco de un proyecto Erasmus+, dando lugar a una serie de unidades didácticas y herramientas para el aula que han tenido gran impacto educativo. Además, en respuesta a las necesidades detectadas durante la validación para su implantación final, se desarrolló un prototipo de Sistema de Tutorización Inteligente. Este sistema, probado con estudiantes en Europa y Estados Unidos, complementa el plan de estudios al facilitar el proceso de enseñanza-aprendizaje, proporcionando recursos y orientación adicional. En conjunto, la presente investigación ha representado una valiosa contribución al avance y desarrollo de la comunidad de la IA en la educación.[Resumo] A presente tese doutoral desenvolve un plan de estudos para a ensinanza formal dos fundamentos da intelixencia artificial (IA), deseñado especificamen- te para estudantes de educación secundaria no ámbito europeo. Está baseado nun enfoque de axente intelixente como sistema situado nunha contorna co que interactúa de forma autónoma para alcanzar obxectivos. En consecuencia, o plan de estudos abrangue a formación en IA dende unha perspectiva ampla, tratando temas como a percepción, a actuación, a representación, o razoamento e a aprendizaxe, entre outros. Proponse unha metodoloxía STEAM mediante a cal os estudantes aprenden facendo, a través da programación de solucións a problemas no mundo real. Unha implementaci´on específica do plan de estudos foi validada en centros educativos europeos por profesores e estudantes durante tres anos, no marco dun proxecto Erasmus+, dando lugar a unha serie de unidades didácticas e ferra- mentas para o aula que tiveron un gran impacto educativo. Ademais, en resposta ás necesidades detectadas durante a validación para a súa implementación final, desenvolveuse un prototipo de Sistema de Tutorización Intelixente. Este siste- ma, probado con estudantes en Europa e Estados Unidos, complementa o plan de estudos facilitando o proceso de ensino-aprendizaxe, proporcionando recur- sos e orientación adicional. No seu conxunto, a presente investigación representa unha valiosa contribución ao avance e desenvolvemento da comunidade da IA na educación.[Abstract] This doctoral thesis develops a curriculum for the formal teaching of the fundamentals of artificial intelligence (AI), specifically designed for secondary school students in the European context. It is based on an intelligent agent approach as a system situated in an environment with which it interacts autonomously to achieve goals. Consequently, the curriculum covers AI education from a broad perspective, addressing topics such as perception, actuation, representation, reasoning, and learning, among others. It proposes a STEAM methodology through which students learn by doing, programming solutions to real-world problems. A specific implementation of the curriculum was validated in European educational institutions by teachers and students over a three-year period within the Erasmus+ project, resulting in a series of instructional units and classroom tools that have had a significant educational impact. Additionally, in response to the needs identified during the validation for its final implementation, a prototype of an Intelligent Tutoring System was developed. This system, tested with students in Europe and the United States, complements the curriculum by facilitating the teaching and learning process, providing additional resources and guidance. Overall, this research represents a valuable contribution to the advancement and development of the AI community in education

Smartphone-Based Game Development to Introduce K12 Students in Applied Artificial Intelligence

This paper presents a structured activity based on a game design to introduce k-12 students in the topic of super-vised machine learning from a practical perspective. The activity has been developed in the scope of an Erasmus+ project called AI+, which aims to develop an AI curriculum for high school students. As established in the AI+ principles, all the teaching activities are based on the use of the student's smartphone as the core element to intro-duce an applied approach to AI in classes. In this case, a smartphone-based game app is developed by students that includes a neural network model obtained with the "Personal Image Classifier" tool of the MIT App Inventor software. From a didactic perspective, the students dealt with supervised learning to solve a problem of image classification. The main learning outcome is the under-standing of how relevant is to develop a reliable machine learning model when dealing with real world applications. This activity was tested during 2021 with more than 50 students belonging to six schools across Europe, all of them enrolled in the AI+ project