人工智能教育怎样融入中学课堂

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1、人工智能教育如何融入中学课堂作者陈玉琨来源中国教育报近年来,人工智能领域发展持续升温,人才短缺现状受到关注。国务院于7月发布的新一代人工智能发展规划提出，“实行全民智能教育项目，在中小学阶段设立人工智能有关课程”，为人工智能教育赋予了新的任务。近日，国内第一本面向中学生的人工智能教材人工智能基本（高中版)正式发布。人工智能课程进入了高中课堂。这本教材具有哪些特点?中小学教师、学生应当为人工智能教育进课堂做哪些准备？中学阶段人工智能教育与大学有何不同,其开展的必要性是什么？带着问题，记者专访了教材主编之一，华东师范大学终身专家、慕课中心主任陈玉琨。人工智能教材走进中学课堂记者: 您与汤晓鸥专家共

2、同主编出版了国内第一本中学人工智能教材,出版这本教材的背景是什么？陈玉琨: 人工智能（Artiiial Illece)正在全球迅速崛起，已经影响了我们生活的方方面面。不久前,阿尔法狗（lphGo）和阿尔法狗元（AlhaGoZer）以无可争辩的能力战胜了李世石、柯洁等人类围棋高手,名噪一时;30多种语言的互译超乎人的想象;在攻克癌症的领域，人工智能也大显身手人们因此真正感受到人工智能时代已经到来,它变化我们生活的节奏会越来越快。7月,国务院发布新一代人工智能发展规划,特别强调“加快人工智能创新应用”。文献规定:“运用智能技术加快推动人才培养模式、教学措施改革,构建涉及智能学习、交互式学习的新型教

3、育体系”“实行全民智能教育项目，在中小学阶段设立人工智能有关课程”,这给人工智能教育提出了新的任务。记者：该教材目前的使用状况及使用筹划如何?陈玉琨： 在人工智能基本（高中版）编写过程中,上海市西中学已采用选修课形式开设了有关课程，受到学生的欢迎。截至教材发布时，全国有40余所出名高中加入了华东师范大学慕课中心“人工智能教育实验基地校”,目前尚有更多的高中盼望加入,她们对人工智能课程的开设抱有极大热情。我们但愿由点到面、辐射全国去推广这本教材，以40所人工智能实验基地校引领全国高中，推动国内高中教育信息化与智能化的发展;同步开发人工智能基本（高中版）的线上版本,获得线上线下结合、动手动脑并重、

4、间接知识掌握与直接知识获得相统一的高中教育新经验。记者： 从中学教育角度而言,该教材的出版会对人工智能学科的建设和发展起到哪些作用？陈玉琨： 该教材以“手脑结合”为重要学习方式,注重间接知识与直接知识的融合,在给学生提供必要的基本知识后，特别设计了22个实验，需要学生动手去做。我们作为教材的编者特别但愿学生在学习过程中能发挥出独特的想象力，设计出在高中阶段有限时间内能完毕的项目,并动手将其转化为独具特色的作品，在这一过程中享有到发明的无穷乐趣。教材,特别是中学与大学的理科教材,是以概念、原理及其互相关系的论述为重要内容的，它已经隐去了这些概念与原理是如何被科学家所发现的、它们在现实生活中有哪些

5、用处等内容。而这些概念与原理及其互相关系的论述就被称为“间接知识”。学习者不也许反复科学家所有的发现过程，因此“间接知识”的传授有重要的价值,但如果在教学过程中能让学生理解这些概念、原理及其互相关系是如何被发现的，它们在现实世界中有哪些作用,不仅会让教材变得更加生动、让学生的学习爱好更加高涨，同步也会让学生的思维与发明能力得到有效提高。该教材不仅注重人工智能原理的简介，更注重这些原理在生活中的运用。从这个角度来说,该教材的出版对其她学科的建设有示范与启示意义。人工智能课程对教育提出新挑战记者： 您觉得中学阶段人工智能学科的教学目的应当如何定位?教师又应当如何开展具体教学？陈玉琨： 这本教材的重

6、点在于普及人工智能的原理与技术，但愿引起学生对人工智能学习的爱好。固然,我们也盼望能为高等学校培养一批人工智能领域的拔尖人才奠定基本。如前所述，我们更但愿通过本教材的教学，发明出能将“间接知识”与“直接知识”相融合的教学经验，增进国内课程与教学的改革，这也是我们但愿教师在教学过程中特别注意的,这一经验的发明需要一线教师的艰苦努力。记者: 开设人工智能课程与否会对教师的教学水平和知识构造提出新的挑战？中学教师应当如何应对?陈玉琨： 人工智能是近几年刚刚引起人们高度关注的领域。客观地说,中学教师在该领域的知识储藏是局限性的。但是，在一种学习型社会,知识储藏局限性不是最重要的问题,只要教师有进一步学

7、习的愿望和能力就行。为协助教师克服知识储藏局限性的问题,华东师范大学慕课中心近期将举办“人工智能教师研修班”,一方面培养一批人工智能种子教师,但愿以她们为引领，逐渐提高国内教师总体的人工智能素养。记者: 与物理、化学、计算机等学科相比，人工智能课程与否对学生已有的知识储藏提出了新的规定?学生如何学好这门课程？陈玉琨: 在国内中学，物理、化学与计算机等学科的教学都遵循“循序渐进”的原则,这一模式已经成为学校教育的常态。然而,人工智能领域的学术与技术含量极高，特别是某些算法需要用到高等数学的知识,这已经超过了高中生掌握的数学知识范畴，有些甚至超过了大学本科的范畴。为了协助学生进一步理解和掌握人工智

8、能的原理,本教材对这部分算法只做定性简介,其定量部分留待学生后来钻研。这些算法已在有关教学实验平台上开放，供学生动手时调用。教材的设计充足考虑了“循序渐进”与“留有余地”两者之间的平衡。所谓“留有余地”就是给某些对人工智能特别感爱好的学生留有拓展学习的余地,就是给某些有奇思妙想的学生异想天开留有余地,就是给不同的学生留有多种不同的发展空间。我们觉得爱好是最佳的教师,异想天开是发明真正的开始,学习同一本教材不必也不也许收获同样的成果。因此，编者特别鼓励学生在学习过程中进行师生之间、生生之间的互动，互相质疑、挑战。教师可以引导学生提出具有挑战性的问题是教学的成功，学生能问倒教师是学习的真正开始。记

9、者: 大概在前，计算机基本作为选修课进入了中学课堂，而今天，人工智能也来到了中学课堂。您如何看待“在中学教育阶段开展新兴技术课程”这一现象?陈玉琨： 信息技术走进课堂,为提高学生信息素养发挥了很大的作用，也为今天人工智能课程进入中小学奠定了基本，由于人工智能是以互联网、大数据和云计算为基本的。国务院新一代人工智能发展规划谈及人工智能教育时,也特别强调“在中小学阶段设立人工智能有关课程，逐渐推广编程教育，鼓励社会力量参与寓教于乐的编程教学软件、游戏的开发和推广”。人工智能教材应适合学生年龄特点记者：高等教育阶段人工智能学科的教学应当如何开展，与该课程在中学的教学有哪些相似和不同之处?陈玉琨: 在

10、编写教材的过程中,编写组除特别强调教材的原创性与科学性外,还特别关注教材的可学性。对于教材来说,可学性是编写成功的重要指标。可学性在学习论的意义上涉及三方面含义:第一，在特定的年龄阶段与知识基本上可学。同样是人工智能基本，高中版与初中版会有很大不同，由于学生的知识储藏不同、理解能力不同。第二，在规定的时间内可学。学生在特定的学段,其学时总是有限的，在学习人工智能课程的同步,尚有诸多其她课程等着她们，她们需要在学习人工智能与其她课程之间找到恰当的平衡。如果她们有更多的时间，固然她们就能学得更多、更好。第三,大多数学生可学，而不是仅有2%至3的“精英”或者在该领域有天赋的学生可学。在充足考虑现状的

11、基本上，本教材力求做到适合学生的年龄特点、通俗易懂、图文并茂、生动活泼。概括来说,中小学人工智能课程的学习，感性成分会多某些,而在高等学校,特别是在高等学校人工智能专业，学习需要更进一步、抽象，因而也更理性。中小学学生学习人工智能重在“手脑并重”，而高校学生一定要把学习与研究结合起来。陈玉琨专家简介陈玉琨,华东师范大学首批终身专家、博士生导师。曾任校务委员会副主任、教育科学学院院长、教育管理学院院长、公共管理学院院长、教育部中学校长培训中心主任。现任华东师范大学考试与评价研究院院长、国际慕课研究中心主任、教育学部学术委员会主任。社会与学术兼职涉及国务院学位委员会公共管理学科评议构成员、全国教育

12、干部培训专家委员会主任委员等。19190年作为高档访问学者赴荷兰吐温蒂大学访学，19-13年赴美国哥伦比亚大学师范学院访学。199年获国务院特殊津贴,198年被评为“全国模范教师”,1999年由国家人事部授予“有突出奉献的中青年学者”称号，同年入选教育部跨世纪优秀人才培养筹划，获上海市“我最爱慕的好教师”金奖，获上海市职工职业道德十佳楷模称号,入选上海市领军人才，荣获上海市教书育人楷模称号。成果展示:校长培训、教育管理、教育评价。著有教育评价学（获全国教科一等奖）、发展性教育质量保障的理论与操作（获教育部哲社二等奖）、一流学校的建设、慕课与翻转课堂导论、基本教育慕课与翻转课堂问答录等著作20余

13、部,论文等15余篇。科研项目：上海市重大攻关课题：招生制度改革研究;上海市教委教研室委托项目:深化绿色指标研究;合肥市教育局、上海市教委教研室委托项目：中小学生学业质量绿色指标评价。专家课程：数字化时代的教育变革；慕课从.0走向2.0；教育评价学;一流学校建设；学校教育质量保障。延伸阅读人工智能时代,将来学生如何抉择，将来教育何去何从？斯坦福大学专家这样说原创|蒋里作者系美国斯坦福大学人工智能、机器人和将来教育项目执行主任,斯坦福全球创新设计联盟联席主席。人工智能技术突飞猛进，将来学生该如何抉择，将来教育该何去何从斯坦福大学的将来教育摸索现今，人工智能机器人技术的发展突飞猛进,也许就在接下来的

14、1到内，人类的许多工作将由具有人工智能的机器人来取代。这不仅涉及劳动密集型工作,如司机和工厂工人,还涉及诸多看来相对安全的工作，例如法律和技术写作。根据牛津大学的一份调查报告,目前美国市面上的工作有47会被人工智能机器人替代,而这个比例在中国高达7%。将来，谁将承受来自人工智能机器人领域的一次次冲击呢？毫无疑问,是目前在校的学生，其中涉及了今天的小学生、初中生及高中生。当这批学生辞别学校，踏入社会,迎接她们的不一定是社会善意的接纳,而很有也许是各式各样的机器人将她们无情地刷下历史舞台。将来的学生该如何抉择,将来的教育该何去何从,这都是我们今天需要思考的问题。唤起学生对将来教育的思考为了应对人工

15、智能机器人领域的飞速发展,今年年初,我在美国斯坦福大学开设了一门全新的课程“人工智能、机器人与将来教育的设计”。这门课得到了斯坦福工程学院和教育学院诸多专家的大力支持。开设这门课的目的是唤起斯坦福大学、美国学术界和斯坦福大学的研究生群体对将来教育的思考，同步挖掘能适应即将到来的人工智能机器人时代的最佳教育措施。将来教育的设计，这个大课题不是单单靠教育学院就能完毕的,而是一种多学科交叉的研究项目。“人工智能、机器人与将来教育的设计”这门课程结合了人工智能、机器人、创新设计与教育四个领域。这门课程一开课就成为斯坦福大学创新设计方向最受欢迎的研究生课程。并且，选课的学生中有/来自工程学院，/3来自教

16、育学院,1/3来自商学院、法学院和医学院等其她学院，因此这门课是斯坦福大学学生构成最为多元化的课程之一。这也是我们最想看到的局面学生构成的多样化给了这个课堂更多碰撞的火花。这样多不同专业的学生在一种教室里一起上课，就发明了一种较好的机会,让她们之间产生诸多的“化学反映”。由于每个人的知识背景不同样，因此她们在团队协作一种项目的时候,可以碰撞出诸多新的想法。课堂上,不少斯坦福专家、访问学者也来旁听,构成了一种非常特殊的听课群体。与此同步，这个开放式的课堂还引入了更新鲜的血液给课程中的每个小组团队加入一名初中生或者高中生。这些初中和高中生都是我从硅谷的中学里面选拔出来的尖子生。由于，将来教育的改革

17、必然是整个教育系统的事，而研究生虽然能对知识有一种整体的把握，但她们却未必理解目前青少年学生的关注焦点。在这个飞速发展的时代,每隔3至5年，人与人之间就会产生代沟。因此，中学生加入研究生团队一起协作，可觉得她们带来诸多新的想法与创意，也让团队的思维能更接地气。这门课的小组团队可谓是极致的多元化,一种典型的4人小组一般是这样构成的：一位斯坦福大学的访问学者或专家，一名斯坦福大学工程学院的研究生，一名斯坦福大学教育学院的研究生或者商学院研究生,再加一名优秀的初中生或高中生。最后，除了那些正式选课的研究生以外,这门课还专门给了那些中学生机会，让她们可以在课堂上演示自己的项目。这些项目主题涉及全球气候

18、变化、深度神经网络、用新的科技措施重新设计牛顿运动定律教学方案等。推动多样化教学的现代教育作为“人工智能、机器人与将来教育的设计”这门课程的主讲人,为了让课程内容更加丰富，我在向学生专家人工智能、机器人、创新设计、将来教育等全面知识的同步,还邀请到了十位有关领域国际前沿的大师来到课堂上和学生们面对面地交流,其中涉及了人工智能、机器人领域、创新设计领域以及教育领域等各行的泰斗级人物。西蒂亚布雷泽尔(Cynti Breazeal）博士是我邀请到课上来分享的第一位嘉宾。她是美国麻省理工学院（T）媒体实验室（Media ab）的个人机器人实验室创始人,也是世界公认的社交机器人、人机交互和人工智能的先驱

19、。她发明的Jibo、iet、Leoardo、Nex等机器人闻名世界。其中,美国时代周刊评比的25大最佳发明榜单中,领衔登上时代周刊杂志封面的，便是她设计的全球首款家庭社交机器人Jio。布雷泽尔觉得,人机交互方式的不断变迁，给学生的互动式教学带来了更多的也许,并且在目前的大数据环境下，在线教育会是将来开展个性化教学的重要突破点,具有人工智能的机器人会在中间充当重要角色。斯坦福大学教育研究院的首席技术官和副院长保罗金（Pal im)博士也被邀请到课堂上。保罗金致力于通过人工智能和信息技术增进教育行业的发展，她在为学生们作的题为“将来教育的创新及第四次工业革命”的报告讲道，目前诸多公司都在准备运用人

20、工智能和机器人技术变化我们老式的教育模式，而我们现存的教育系统在将来的0时间里会受到人工智能和机器人技术的剧烈冲击。这是一种巨大的挑战,也是一种巨大的机遇。如果我们对的、认真面对，会有较好的将来,但是如果我们悲观回避,不做变化,那么目前的在校学生就有也许成为牺牲品。保罗金创立了斯坦福微笑项目(Smle rogrm)，运用人工智能技术,通过学生所提出的问题来评价学生的学习限度。保罗金的研究成果目前已经在全世界多种国家和地区普及。斯坦福大学工程学院的弗莱彻琼斯（letcher Jones）博士和马克卡库斯基（rCuko)博士也有相似的见解。她们跟人们讲述如何运用“基于项目的学习”给斯坦福的本科生上

21、机器人的课程。弗莱彻琼斯觉得，在将来,或许某些复杂的体力劳动难以被替代,由于机器人在传感器和驱动器上的局限性决定了要完全达到人类物理上的灵活性尚有很长的路要走，但是简朴反复的脑力劳动力肯定岌岌可危。因此，发明性和动手能力的培养非常核心。对于那些将来即将被人工智能机器人取代的职业和行业,美国资深风险投资人茹蒂娜塞瑟瑞(RudinaSeeri）也在课堂上提出了她的观点。她不仅谈到了将来0,机器人和人工智能技术对我们社会的颠覆性作用，还给学生分享了她在人工智能、机器人和教育方面的投资心得。茹蒂娜塞瑟瑞是哈佛大学创新实验室的顾问，也是美国麻省理工学院“MI项目”理事会的主席。由于始终很看重现代学生创新

22、设计思维能力的培养,由于流水线般的人才必然无法满足将来新时代的需求，因此,我邀请到了斯坦福大学设计研究中心的创始主任莱瑞雷弗(arry ifer)博士。她可以说是斯坦福大学创新设计的鼻祖。她从0世纪70年代就在斯坦福大学任教，把斯坦福大学的创新设计推向了高潮。她非常注重将来的教育,觉得将来教育最为重要的就是创新思维的培养,而斯坦福大学的创新设计思维措施论就是其中很重要的一种部分。奔驰北美研究院（BRNA)的首席执行官兼总裁飞利浦思高斯达（PhilppSkgtad)博士也非常注重学生的发明力。她觉得，“以知识点积累为目的的现行教育体制已通过时了，已经无法适应新的在人工智能和机器人技术推动下的时代

23、了。因此一种学生的平均绩点(GA)在我们招聘的时候往往是最不被注意的部分，我们最在乎的是这个学生做过什么项目和从中体现出来的发明性和领导力。”对于将来的教育系统，她表达,如何让学生培养出机器人和人工智能不具有的能力才是核心,例如提出问题的能力、分析问题的能力、解决问题的能力、发明力以及创新力。她给学生分享了奔驰北美研究院如何挑选适合将来的人才，从她的角度分析了将来教育的走向。除此之外，一同参与课程的尚有斯坦福大学教育学院的罗朴尚(rashat oyaka）博士、美国优质学校之一的哈克学校(Hark Shoo)的校长布瑞恩雅格(Brian ager）先生、美国康奈尔大学信息科学助理专家马尔特荣格

24、（Mate Jung）博士和一位非常特殊的大师级人物来自于好莱坞的马克塞特拉基（r Serakin）。为什么邀请这样多不同领域的大师过来参与到我的课程进行碰撞?由于将来的教育绝不仅仅是单一学科可以解决的问题,它必然波及多种学科的交叉，需要多种领域的团队来配合协作才干给出最佳的解决方案。变化大规模基本教育模式目前全世界通行的基本教育中的大规模教育模式,最初来源于普鲁士的集体士兵培训。引进到美国后,在1世纪后期逐渐成形并大规模发展。它先后得到了卡耐基、摩根、范德堡和福特的资助，从美国麻省开始推广到美国各州。为了规范教育内容,89年，十人委员会成立，她们不仅提供了高中重要科目的分类和重要内容，并且还

25、建议了中档教育应当是。至此,美国的基本教育体系形成,这个模式被推广到了全世界。0近年过去了,我们的教育系统仍旧沿袭了当时的模式。然而，1892年的社会与目前是截然不同的两种处境。曾经，人类为了迎合第二次工业革命,制定了这样的学校大规模教育体系,培养出一大批流水线般的人才。而今,面对即将到来的人工智能时代，我们与否该深思，目前世界上的学校大规模集体教育体系与否还能像当时那样成功？美国劳工部的研究报告指出,目前正在上小学的学生,她们将来要从事的所有工作里有5%还没有浮现。那么我们还能通过这种教育体系有效培养出胜任那些还没有被发明的工作岗位的人才吗？或许，很难。如今，我们身处人工智能、机器人、大数据

26、的环境下,时代背景已远非00近年前的社会可比。对于即将到来的人工智能机器人时代,人类的智慧与发明力将会显得尤为重要,因此目前的大规模教育体系必将进行变革。我们需要逐渐完善目前的教育系统,让学生可以在新的教育体系中不断学习与将来智能时代相匹配的核心技能，例如想象力、发明力、人工智能思维、设计思维以及解决开放式问题的能力。4月9日召开的博鳌亚洲论坛年会的“将来的生产”分论坛上，多名公司家对于将来的发展也给出了一致的观点：不断学习创新,拥抱新变化,才不会被新时代抛弃。教育界也应当具有危机意识和改革意识,将眼光放长远,着重培养学生的专业技能和“与人工智能机器人有区别”的核心能力。只有把将来教育与人工智能相结合,才是现代学生拥抱即将到来的人工智能时代的最佳出路。（文章来源:中国教育新闻网-中国教育报7月6日第5版，版名:环球周刊。）