肖 弋(湖南師范大學(xué) 美術(shù)學(xué)院,湖南 長沙 410002)
鄉(xiāng)村早期藝術(shù)教育中的兒童美術(shù)創(chuàng)造力是活態(tài)傳承鄉(xiāng)村美術(shù)人文的核心能力,由于創(chuàng)造力培養(yǎng)路徑的不確定性,鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)是一個瓶頸問題。隨著人工智能、大數(shù)據(jù)技術(shù)日益廣泛地介入育人過程,傳統(tǒng)依據(jù)個人主觀經(jīng)驗培養(yǎng)兒童美術(shù)創(chuàng)造力的教學(xué)影響力日漸式微,鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng),時下已成為一個育人難題。
推進鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力發(fā)展,應(yīng)用新信息技術(shù)手段深入鄉(xiāng)村進行人才培養(yǎng),可以緩解鄉(xiāng)村美育師資不足的困難,成為鄉(xiāng)村兒童美育中具有良好應(yīng)用前景的新選擇。1998 年,Yann LeCun 提出的應(yīng)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Convolutional Neural Network,CNN)是一種深度學(xué)習(xí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),具有強大的圖像特征提取和識別功能,可以實現(xiàn)復(fù)雜圖像直接輸入網(wǎng)絡(luò)并快速提取圖像特征及分類,廣泛地應(yīng)用于各個行業(yè)。CNN 可以高效建構(gòu)鄉(xiāng)村美術(shù)圖像序列分類數(shù)據(jù)庫,迅速呈現(xiàn)鄉(xiāng)村兒童美術(shù)作品中的創(chuàng)造力特征,助力教育者開展針對性培養(yǎng),促進鄉(xiāng)村兒童產(chǎn)生根植于鄉(xiāng)村文化意蘊的個性化美術(shù)創(chuàng)造力,是破解鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)難題、助力鄉(xiāng)村美學(xué)建設(shè)的有效途徑?;诰矸e神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)圖像識讀的鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)模式構(gòu)建,這是一個亟待研究的新議題。
圖像識讀呈現(xiàn)了美術(shù)創(chuàng)造中圖像的形式與內(nèi)涵、功能與價值,是美術(shù)創(chuàng)造力的必備要素。1969 年,Rudolf Arnheim 認為視覺作為一種具有高度選擇性的探索工具,能通過捕捉事物圖像的突出特征,確定對一個知覺對象的認識,并能夠創(chuàng)造出一個完整的式樣。卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)作為一種典型的深度學(xué)習(xí)模型能對復(fù)雜結(jié)構(gòu)、大樣本的圖像特征進行自動學(xué)習(xí),被廣泛應(yīng)用于解決圖像識別、圖像分類、目標(biāo)檢測等圖像識讀問題,但其在美術(shù)教育領(lǐng)域應(yīng)用研究目前尚少,是一個值得深入研究的廣闊領(lǐng)域。
國外研究者發(fā)現(xiàn)兒童視覺認識高度影響創(chuàng)造力成長。1940 年,Herbert Reed 開始重視兒童美術(shù)表現(xiàn)類別與視知覺類型的關(guān)系。1947 年,Viktor Lowenfeld通過實驗論證擴大視覺經(jīng)驗范圍能有效促進兒童創(chuàng)造力與心智成長。1969 年,Rudolf Arnheim 以“視覺思維”引導(dǎo)注意力集中于功能的創(chuàng)造性思維教育責(zé)任。1972年,Elliot W·Eisner 的研究則重在觀察視知覺活動與視覺認識之間的統(tǒng)一性。
研究者探析兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)中的圖像識讀內(nèi)涵及方式。1986 年,Kristin G 認為如能對民間美術(shù)作品進行準(zhǔn)確的圖像分類,可以引導(dǎo)兒童注意作品創(chuàng)造過程,促進兒童的智力、文化和個人經(jīng)驗發(fā)展,影響民間藝術(shù)的相對創(chuàng)新。2008 年,Howard Gardner 關(guān)注展覽作品、電視等圖像對兒童聯(lián)想力的積極影響,分析兒童創(chuàng)造力落差的“U 形曲線”圖式成因。2009年,Enid Zimmerman 重新定義創(chuàng)造力,圖像選擇不以自我表達為主導(dǎo),更注重文化認同、技術(shù)、良好公民意識等培養(yǎng),校內(nèi)外聯(lián)合培養(yǎng)時考慮認知復(fù)雜性等主要作用。2011 年,Torrance E. P.認為需要教兒童創(chuàng)造性地思考。2014 年,Dennis Wolf 和Steven J 認為民間藝術(shù)的創(chuàng)造力是種溝通語言。
研究者研討鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)中的圖像識讀狀態(tài)。內(nèi)涵上:2001 年,謝麗芳認為鄉(xiāng)村兒童創(chuàng)作呈現(xiàn)了鄉(xiāng)村美學(xué)的“原生態(tài)”特征;2004 年,李力加關(guān)注民間美術(shù)圖像審美陶冶作用。思路上:2005 年,翟墨呼吁在兒童美育中開展搶救性的民間美術(shù)圖像解讀與創(chuàng)作;2017 年,錢初熹開展以創(chuàng)意思維為核心的21 世紀(jì)視覺素質(zhì)教育;2019 年,朱青生提倡普及“圖像基礎(chǔ)教育”。實踐上,全國各地以鄉(xiāng)村學(xué)校為育人基地,組建了以城帶鄉(xiāng)、多方協(xié)作的鄉(xiāng)村美育共同體:如2003 年至2020 年,中國美術(shù)家協(xié)會少兒美術(shù)藝術(shù)委員會等組織的“蒲公英”農(nóng)村地區(qū)小學(xué)美術(shù)教育專項課題推行民族民間美術(shù)圖像識讀與創(chuàng)作育人;高校和美術(shù)館開展項目制育人,如2014 至2016 年浙江館校合作構(gòu)建“藝游鄉(xiāng)里”美育共同體;2020 年,湖南師范大學(xué)美術(shù)教育研究基地聯(lián)合社會各界開展鄉(xiāng)村美育成果圖像展研,深化推進鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)機制建設(shè)。近年來,各地探求形成創(chuàng)作面貌豐富的“一校一品”“一校多品”的特色育人格局。
已有研究探析圖像識讀與兒童創(chuàng)造力成長之間緊密的邏輯關(guān)系,對鄉(xiāng)村兒童創(chuàng)造力培養(yǎng)具有促進心智成長、實現(xiàn)民間美術(shù)文化傳承的價值達成共識,業(yè)界關(guān)注并開展了培養(yǎng)內(nèi)涵和實踐探析。但在步入圖像識讀的信息化時代,受限于教育者個人經(jīng)驗開展兒童創(chuàng)造力培養(yǎng)的局限性較大,因缺乏學(xué)科交叉融合,未能建構(gòu)體現(xiàn)鄉(xiāng)村自強、自信美育精神與各民族審美特質(zhì)的鄉(xiāng)村美學(xué)圖像數(shù)據(jù)庫,培養(yǎng)時對鄉(xiāng)村兒童個性化的創(chuàng)造力發(fā)展需求關(guān)注不足,阻礙了鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)及提升。建構(gòu)基于CNN 網(wǎng)絡(luò)圖像識讀模型的鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)模式,有利于深入探索人工智能應(yīng)用于美育育人、助力鄉(xiāng)村美學(xué)建設(shè)的新途徑。
已有國外研究大多將卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)視為圖像模型結(jié)構(gòu)的深度和特征學(xué)習(xí)范例進行研究,主要集中于以下領(lǐng)域:
探討基于CNN 的圖像分類方法特性。1958 年,David H.Hubel 和Torsten N.Wiesel;1980 年,Kunihiko Fukushima;1989 年,Yann LeCun 分別受動物視覺神經(jīng)系統(tǒng)啟發(fā)提出的CNN 能自動、快速學(xué)習(xí)圖形的高層特征,不斷深入研究使圖像分類簡單快捷、適應(yīng)性強。
構(gòu)建CNN 經(jīng)典模型,提高圖像特征表達能力。1998 年,Yann LeCun 等提出LeNet5(如圖1);2012年,Alex Krizhevsky 等提出AlexNet(如圖2);2014 年,Christian Szegedy 等提出Inception(如圖3) ;2014 年,Karen Simonyan 等提出VGGNet(如圖4)增加了對CNN 圖像復(fù)雜特征的非線性表達能力,利用網(wǎng)絡(luò)深度理解更多有意義的圖像特征,可處理數(shù)量龐大的圖像大數(shù)據(jù)集。
圖1 LeNet5網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖(摘自“Gradient-Based Learning Appliedto Document Recognition”)
圖2 AlexNet網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖(摘自“ImageNet Classification with Deep Convolutional Neural Networks”)
圖3 Inception-v4網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖(摘自“https://blog.csdn.net/u013841196/article/details/80673688”)
圖4 VGG16網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖(摘自“https://www.jianshu.com/p/9f77a4a4f294”)
改進CNN 機制,提升深度學(xué)習(xí)效能。2012 年,Li 等提出針對卷積核的注意力機制SKNet,2017 年,Hu 等提出針對圖像特征的通道注意力機制SENet,趨向輕量級、高效的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展。
已有國內(nèi)研究主要探討了應(yīng)用CNN 提取圖像特征、進行分類解析的方法。2005 年至2021 年,紡織:鄧瑩潔、羅戎蕾;生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域:楊培偉等;測繪領(lǐng)域:朱袁杰等;農(nóng)業(yè)領(lǐng)域:顏琪;電子商務(wù)領(lǐng)域:賈世杰等;檢測領(lǐng)域:肖柏旭、張麗靜;交通領(lǐng)域:陸璐等人探討了圖像特征識別、圖像精細分類、圖像檢測算法等在各領(lǐng)域的應(yīng)用實效。其他研究主要集中在兩方面:一是梳理CNN 的圖像分類研究歷程。2020 年,覃曉、包俊等對CNN 的圖像分類研究進展進行脈絡(luò)梳理,提出展望;二是提出新的CNN 圖像研究方法,提升CNN 的圖像分類性能。2020 年,侯小毛等提出增強引力搜索的圖像分類算法;2021 年,朱斌等提出增加新型初始模塊。近年來,基于CNN 的圖像研究逐年上升,文獻量相對較多。
2021 年5 月,在中國知網(wǎng)進行檢索:(主題:卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))OR(主題:CNN),從總庫中獲得文獻資料6.99 萬份,其中包括4.77 萬篇學(xué)術(shù)期刊、1.74萬篇學(xué)位論文、4131 篇會議論文及60 本圖書,主要涉及的40 個學(xué)科領(lǐng)域(如圖5)所示,其中在計算機軟件及計算機應(yīng)用領(lǐng)域研究最為深入,文獻為37570 篇,占比36.90%。其次是自動化技術(shù),文獻為28460 篇,占比27.95%。位居第三的是電信技術(shù),占比5.22%。在進一步限定“美術(shù)教育”主題后,僅檢索到文獻1 篇,即2020 年5 月尹勇鋒的軟件工程專業(yè)碩士論文《面向繪畫在線教育的零樣本圖像檢索技術(shù)及其應(yīng)用研究》,文章探析通過繪制簡易的物體輪廓檢索相同標(biāo)簽的自然圖像,研究重點是圖像檢索技術(shù),與本文探析智能圖像識讀育人模式的研究點不同。
事實上,國內(nèi)包裝市場的快速增長也反映在了機器的供應(yīng)上。以青浦工廠出品的設(shè)備為例,早期,青浦工廠主要組裝四色機,后來增加了六色機、七色機,到現(xiàn)在又開始八色機組裝,而這些長機器基本上是提供給包裝印刷企業(yè)來使用。據(jù)了解,青浦工廠提供給國內(nèi)企業(yè)的設(shè)備的數(shù)量,目前占了海德堡大中華區(qū)總銷售量的一半以上。
圖5 涉及CNN研究的40個主要學(xué)科領(lǐng)域(圖右側(cè)列表:依據(jù)數(shù)量由上至下排序)
廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域及相關(guān)研究成果表明,CNN 具有強大的深度學(xué)習(xí)能力,能有效地用于圖像特征提取和模式識別,可以豐富、深化人們的視覺經(jīng)驗并提升判斷力,促進美術(shù)深度學(xué)習(xí)。盡管基于CNN 的圖像處理及識讀,可以將感性的美術(shù)創(chuàng)作力培養(yǎng)內(nèi)涵理性化、可視化,為美育指引正確方向,是人工智能時代美育路徑的新探索,但利用CNN 對視覺形象的感知、理解能力開展美育育人的研究文獻明顯缺失,目前尚為研究“盲區(qū)”。構(gòu)建促進鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)的CNN 圖像識讀模型,可能是在理論和實踐上破解這一行業(yè)性難題的切口。
本研究立足于鄉(xiāng)村美術(shù)特色的鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng),應(yīng)用卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)強大的圖像識讀能力,建構(gòu)并探析CNN 圖像識讀模型對鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)及其發(fā)展的影響。探索因材施教、切實可行的鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)模式,激活鄉(xiāng)村兒童的美術(shù)創(chuàng)造活力,同時開發(fā)一線教師可簡便操作的應(yīng)用程序,研究成果實現(xiàn)教學(xué)應(yīng)用。
智能圖像識讀助力鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)模式構(gòu)建框架思路為:
(1)深入調(diào)查鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)的圖像識讀既有模式。
(2)廣泛了解制約鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)的圖像識讀因素,分析原因。
(3)歸納現(xiàn)狀中的問題,探析新時期鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)的圖像識讀內(nèi)涵。
(1)分析CNN 圖像特征提取與美學(xué)遷移分析的機理。
(2)探析CNN 提取鄉(xiāng)村美學(xué)特征的育人價值。
(3)分析CNN 自動學(xué)習(xí)機理與鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)關(guān)系。
(1)廣泛收集鄉(xiāng)村美術(shù)主題作品樣本開展圖譜分析。
(2)大規(guī)模鄉(xiāng)村美術(shù)主題作品樣本數(shù)據(jù)采集、預(yù)處理圖像數(shù)據(jù),通過圖譜分析確定作品的創(chuàng)作特征。
(3)以計算機數(shù)據(jù)擴充為基礎(chǔ),建構(gòu)鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)的圖像識讀大數(shù)據(jù)集。
首先,收集優(yōu)秀民間美術(shù)作品、鄉(xiāng)村兒童美術(shù)作品、中外鄉(xiāng)村主題美術(shù)作品等,分析鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力成因和不同類型美術(shù)創(chuàng)造力影響的圖譜變化規(guī)律。
圖6 鄉(xiāng)村民間美術(shù)圖像分類示意圖
然后,采集上述樣本的電子圖譜,進行圖像預(yù)處理,邀請鄉(xiāng)村美學(xué)和民間美術(shù)研究專家依據(jù)民間美術(shù)的功能、種屬、文化意蘊、美術(shù)語言等特性的層次聚類,按照簡便性、通用性、專指性、可擴展性的圖像分類原則,確立鄉(xiāng)村美術(shù)作品圖像分類標(biāo)準(zhǔn),建立圖像類屬與當(dāng)代鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)作狀態(tài)的關(guān)聯(lián)性,定義作品圖像類別和類型,由專家評估作品的造型符號及其意蘊、組織結(jié)構(gòu)、空間維度、色彩搭配、線條組合、材質(zhì)肌理等,給出圖譜分類標(biāo)簽,分類提供創(chuàng)意策略參考。
最后,通過計算機對原始圖像進行旋轉(zhuǎn)、縮放以及調(diào)整明暗度等方式來擴充原始圖譜數(shù)據(jù)集,提高后續(xù)模型的魯棒性,最終擬獲取用于訓(xùn)練CNN 網(wǎng)絡(luò)的鄉(xiāng)村美術(shù)創(chuàng)作作品10 萬張,作為提供給鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)的圖像識讀大數(shù)據(jù)集,并將其劃分為訓(xùn)練集(80%圖片)和驗證集(20%圖片)。
圖7 應(yīng)用CNN圖像識讀進行圖像分類示意圖
(1)選擇、調(diào)整與優(yōu)化CNN 模型,構(gòu)建CNN圖像識讀模型。
(2)進行模型實用性能評估。
(3)探析具有鄉(xiāng)村美學(xué)建設(shè)特色的鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力發(fā)展評價。
(4)形成基于CNN 圖像識讀的鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)模式。
(5)應(yīng)用模式育人,動態(tài)反饋實踐結(jié)果,優(yōu)化培養(yǎng)模式。
首 先, 選 擇 主 流CNN 網(wǎng) 絡(luò)( 如AlexNet、VGG16 等),根據(jù)作品樣本數(shù)據(jù)性質(zhì),對作品圖像數(shù)據(jù)進行預(yù)處理并進行網(wǎng)絡(luò)調(diào)整和超參數(shù)優(yōu)化。之后將訓(xùn)練集用于培養(yǎng)的CNN 模型進行學(xué)習(xí)訓(xùn)練,并把基于驗證集獲得的圖像分類準(zhǔn)確率作為評估CNN 模型圖像識讀性能的重要指標(biāo),對不同CNN 網(wǎng)絡(luò)的圖像分類結(jié)果進行比較,從中甄選出最優(yōu)模型。最后,將CNN 模型投入實際應(yīng)用,將其分類結(jié)果與專家分類結(jié)果進行比對,以此評估CNN模型的實用性能。同時,針對培養(yǎng)中可能出現(xiàn)的鄉(xiāng)村兒童個體差異和美術(shù)表現(xiàn)力水平限制、同一美術(shù)類型圖譜數(shù)據(jù)差異較大等問題,給出增量學(xué)習(xí)方案,采用新獲得的作品數(shù)據(jù)更新、優(yōu)化、拓展CNN 模型的應(yīng)用域,形成適宜評估鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力發(fā)展水平的模型結(jié)構(gòu)。
該人工智能模型可轉(zhuǎn)換性地應(yīng)用專家經(jīng)驗,獲取鄉(xiāng)村兒童美術(shù)作品中的鄉(xiāng)村美術(shù)審美、情感、個體美術(shù)表現(xiàn)水平等分類信息,迅速呈現(xiàn)兒童創(chuàng)造力發(fā)展階段、學(xué)習(xí)興趣、技術(shù)水平等情況,可為進一步培養(yǎng)指引正確方向、明確培養(yǎng)階段發(fā)展目標(biāo)。依據(jù)培養(yǎng)需要,從訓(xùn)練CNN 模型的大數(shù)據(jù)集中快速提取同質(zhì)組、對比組、衍變組標(biāo)簽作品,鄉(xiāng)村兒童可獲取與個人美術(shù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)相近的創(chuàng)意圖像資源,教師可獲取相應(yīng)的創(chuàng)意教學(xué)策略參考。在階段性培養(yǎng)中,將兒童新作品圖像輸入CNN 模型,使用CNN 得出圖像識讀結(jié)果,基于結(jié)果給出培養(yǎng)方案,據(jù)育人實況進入后繼階段培養(yǎng),達成創(chuàng)造力發(fā)展目標(biāo)。
在創(chuàng)造力發(fā)展評價中,重點關(guān)注“鄉(xiāng)村”語境中兒童美術(shù)學(xué)科核心素養(yǎng)養(yǎng)成,尤其重視有鄉(xiāng)村文化理解的美術(shù)創(chuàng)意表現(xiàn)實踐,以評價引導(dǎo)鄉(xiāng)村兒童觀察接鄉(xiāng)村地氣、養(yǎng)成鄉(xiāng)村文化底氣、創(chuàng)意表達為鄉(xiāng)村文化注入生氣。依據(jù)評價,動態(tài)反饋模型和方法的應(yīng)用情況,不斷完善育人模式。
圖8 基于CNN圖像識讀的鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng)模式示意圖
聚焦鄉(xiāng)村美術(shù)文化生態(tài)建設(shè)生力軍培養(yǎng),應(yīng)用人工智能促進鄉(xiāng)村兒童圖像深度學(xué)習(xí),探索構(gòu)建一個鄉(xiāng)村美學(xué)特色鮮明、操作便捷、培養(yǎng)指向可視化的鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力“人工智能+美術(shù)教育”復(fù)合培養(yǎng)模式。在基于CNN 圖像識讀的培養(yǎng)模式構(gòu)建中,需要科學(xué)設(shè)置圖像特征分類標(biāo)簽,構(gòu)建適用于CNN 圖像識讀的鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)作大數(shù)據(jù)集;需要依據(jù)CNN圖像分類結(jié)果恰當(dāng)評估兒童美術(shù)創(chuàng)造力水平,指導(dǎo)開展兒童美術(shù)創(chuàng)造力培養(yǎng),實現(xiàn)鄉(xiāng)村兒童美術(shù)創(chuàng)造力可持續(xù)發(fā)展。后期可以通過開發(fā)研究成果的應(yīng)用程序,無經(jīng)驗用戶使用手機或電腦輸入鄉(xiāng)村兒童美術(shù)作品,即可獲得圖像識讀反饋、資源鏈接、培養(yǎng)參考等,探求研究成果在鄉(xiāng)村早期藝術(shù)教育中的推廣應(yīng)用。
南京藝術(shù)學(xué)院學(xué)報(美術(shù)與設(shè)計)2022年1期