人工智能教育怎样融入中学课堂

1、 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2017 年 7 月发布的新一代人工智能发展规划提出，“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程”，为人工智能教育赋予了新的任务。近日，我国第一本面向中学生的人工智能教材人工智能基础（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、学生应该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，华东师范大学终身教授、慕课中心主任陈玉琨。人工智能教材走进中学课堂记者： 您与汤晓鸥教授共同主编出版了国内第一本中学人工智能

2、教材，出版这本教材的背景是什么？陈玉琨： 人工智能（artificial intelligence）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（alphago）和阿尔法狗元（alphago zero）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，它改变我们生活的节奏会越来越快。2017 年 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”。文件要求：“利用智能技术加快推动人才培养模式、教学方法改革，构建包含智能学习、交互式学

3、习的新型教育体系”“实施全民智能教育项目，在中小学阶段设置人工智能相关课程”，这给人工智能教育提出了新的任务。 记者： 该教材目前的使用情况及使用计划如何？陈玉琨： 在人工智能基础（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相关课程，受到学生的欢迎。截至教材发布时，全国有 40 余所知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”，目前还有更多的高中期望加入，他们对人工智能课程的开设抱有极大热情。我们希望由点到面、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，推动我国高中教育信息化与智能化的发展；同时开发人工智能基础（高中版）的线上版本，取得线上线

4、下结合、动手动脑并重、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”为主要学习方式，注重间接知识与直接知识的融合，在给学生提供必要的基础知识后，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希望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成的项目，并动手将其转化为独具特色的作品，在这一过程中享受到创造的无穷乐趣。教材，尤其是中学与大学的理科教材，是以概念、原理及其相互关系的阐述为主要内容的，它已经隐去了这些概念与原理是如何被科学家所发现的

5、、它们在现实生活中有哪些用处等内容。而这些概念与原理及其相互关系的阐述就被称为“间接知识”。学习者不可能重复科学家所有的发现过程，所以“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了解这些概念、原理及其相互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、让学生的学习兴趣更加高涨，同时也会让学生的思维与创造能力得到有效提升。 该教材不仅重视人工智能原理的介绍，更注重这些原理在生活中的运用。从这个角度来说，该教材的出版对其他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： 您认为中学阶段人工智能学科的教学目标应该如何定位？教师又应该如何开展具体教

6、学？陈玉琨： 这本教材的重点在于普及人工智能的原理与技术，希望引起学生对人工智能学习的兴趣。当然，我们也期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础。如前所述，我们更希望通过本教材的教学，创造出能将“间接知识”与“直接知识”相融合的教学经验，促进我国课程与教学的改革，这也是我们希望教师在教学过程中特别注意的，这一经验的创造需要一线教师的艰苦努力。记者： 开设人工智能课程是否会对教师的教学水平和知识结构提出新的挑战？中学教师应该如何应对？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备是不足的。不过，在一个学习型社会，知识储备不足不是最重要的问

7、题，只要教师有进一步学习的愿望和能力就行。为帮助教师克服知识储备不足的问题，华东师范大学慕课中心近期将举办“人工智能教师研修班”，首先培养一批人工智能种子教师，希望以他们为引领，逐步提升我国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，人工智能课程是否对学生已有的知识储备提出了新的要求？学生如何学好这门课程？陈玉琨： 在我国中学，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，尤其是一些算法需要用到高等数学的知识，这已经超出了高中生掌握的数 学知识范畴，有些甚至超出了大学本科的范畴。为了帮助学生深

8、入了解和掌握人工智能的原理，本教材对这部分算法只做定性介绍，其定量部分留待学生日后钻研。这些算法已在相关教学实验平台上开放，供学生动手时调用。教材的设计充分考虑了“循序渐进”与“留有余地”两者之间的平衡。所谓“留有余地”就是给一些对人工智能特别感兴趣的学生留有拓展学习的余地，就是给一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各种不同的发展空间。我们认为兴趣是最好的老师，异想天开是创造真正的开始，学习同一本教材不必也不可能收获同样的结果。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，相互质疑、挑战。教师能够引导学生提出具有挑战性的问题是教学的成功，学生能问倒老师是

9、学习的真正开始。记者： 大约在 15 年前，计算机基础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，为提升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础，因为人工智能是以互联网、大数据和云计算为基础的。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“在中小学阶段设置人工智能相关课程，逐步推广编程教育，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”。记者： 高等教育阶段人工智能学科的教学应该如何开展，与该课程在中学的教学有哪些相同和不同之处？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包括三方面含义：第一，在特定的年龄阶段与知识基础上可学。同样是人工智能基础，高中版与初中版会有很大不同，因为学生的知识储备不同、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时，还有很多其他课程等着他们，他们需要在学习人工智能与其他课程之间找到恰当的平衡。如果他们有更多的时间，当然他们就能学得更多、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。在充分考虑现

11、实情况的基础上，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，感性成分会多一些，而在高等学校，尤其是在高等学校人工智能专业，学习需要更深入、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，华东师范大学首批终身教授、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。社会与学术兼职包括国务院学位委员会公共管理学科评议组成员、全国教育干部培

12、训专家委员会主任委员等。19891990 年作为高级访问学者赴荷兰吐温蒂大学访学，19921993 年赴美国哥伦比亚大学师范学院访学。1995 年获国务院特殊津贴，1998 年被评为“全国模范教师”，1999 年由国家人事部授予“有突出贡献的中青年学者”称号，同年入选教育部跨世纪优秀人才培养计划，2000 年获上海市“我最喜爱的好老师”金奖，2003 年获上海市职工职业道德十佳标兵称号，2011 年入选上海市领军人才，2013 年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

13、的建设、慕课与翻转课堂导论、基础教育慕课与翻转课堂问答录等著作 20 余部，论文等 150 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。教授课程：数字化时代的教育变革；慕课从 1.0 走向 2.0；教育评价学；一流学校建设；学校教育质量保障。 人工智能时代，未来学生如何抉择，未来教育何去何从？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、机器人和未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，未来学生该如何抉择，未来教育该何去何从斯

14、坦福大学的未来教育探索现今，人工智能机器人技术的发展突飞猛进，也许就在接下来的 10 到 20年内，人类的许多工作将由具有人工智能的机器人来取代。这不仅包括劳动密集型工作，如司机和工厂工人，还包括很多看来相对安全的工作，比如法律和技术写作。根据牛津大学的一份调查报告，现在美国市面上的工作有 47%会被人工智能机器人代替，而这个比例在中国高达 77%。未来 20 年，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，其中包括了今天的小学生、初中生及高中生。当这批学生告别学校，踏入社会，迎接他们的不一定是社会善意的接纳，而很有可能是各式各样的机器人将他们无情地刷下历史舞台。

15、未来的学生该如何抉择，未来的教育该何去何从，这都是我们今天需要思考的问题。 唤起学生对未来教育的思考为了应对人工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、机器人与未来教育的设计”。这门课得到了斯坦福工程学院和教育学院很多教授的大力支持。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未来教育的思考，同时挖掘能适应即将到来的人工智能机器人时代的最佳教育方法。未来教育的设计，这个大课题不是单单靠教育学院就能完成的，而是一个多学科交叉的研究项目。“人工智能、机器人与未来教育的设计”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

16、。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。而且，选课的学生中有 1/3 来自工程学院，1/3 来自教育学院，1/3 来自商学院、法学院和医学院等其他学院，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。这么多不同专业的学生在一个教室里一起上课，就创造了一个很好的机会，让他们之间产生很多的“化学反应”。因为每个人的知识背景不一样，所以他们在团队协作一个项目的时候，能够碰撞出很多新的想法。课堂上，不少斯坦福教授、访问学者也来旁听，组成了一个非常特殊的听课群体。与此同时，这个开放式的课堂还引入了更新鲜的血

17、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。因为，未来教育的改革必然是整个教育系统的事，而研究生虽然能对知识有一个整体的把握，但他们却未必了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，能够为他们带来很多新的想法与创意，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，一个典型的 4人小组通常是这样组成的：一位斯坦福大学的访问学者或教授，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

18、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，让他们可以在课堂上演示自己的项目。这些项目主题包括全球气候变化、深度神经网络、用新的科技方法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、机器人与未来教育的设计”这门课程的主讲人，为了让课程内容更加丰富，我在向学生教授人工智能、机器人、创新设计、未来教育等全面知识的同时，还邀请到了十位相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，其中包括了人工智能、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（cynthia breazeal）博士是我邀请到课上来分享的第

19、一位嘉宾。她是美国麻省理工学院（mit）媒体实验室（media lab）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。她创造的 jibo、kismet、leonardo、nexi 等机器人闻名世界。其中，美国时代周刊评选的 2017 年度 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 jibo。布雷泽尔认为，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可能，而且在现在的大数据环境下，在线教育会是未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

20、金（paul kim）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促进教育行业的发展， 他在为学生们作的题为“未来教育的创新及第四次工业革命”的报告讲道，现在很多公司都在准备利用人工智能和机器人技术改变我们传统的教育模式，而我们现存的教育系统在未来的 1020 年时间里会受到人工智能和机器人技术的猛烈冲击。这是一个巨大的挑战，也是一个巨大的机遇。如果我们正确、认真面对，会有很好的未来，但是如果我们消极回避，不做改变，那么现在的在校学生就有可能成为牺牲品。保罗金创立了斯坦福微笑项目（smile program），利用人工智能技术，通过学生所提出的问题来评价学生的学习程度。保罗金的研究

21、成果现在已经在全世界多个国家和地区普及。斯坦福大学工程学院的弗莱彻琼斯（fletcher jones）博士和马克卡库斯基（mark cutkosky）博士也有相同的看法。他们跟大家讲述如何利用“基于项目的学习”给斯坦福的本科生上机器人的课程。弗莱彻琼斯认为，在未来，或许一些复杂的体力劳动难以被替代，因为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还有很长的路要走，但是简单重复的脑力劳动力肯定岌岌可危。因此，创造性和动手能力的培养非常关键。对于那些未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（rudina seseri）也在课堂上提出了她的观点。

22、她不仅谈到了未来 1020 年，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“mitx 项目”理事会的主席。因为一直很看重现代学生创新设计思维能力的培养，因为流水线般的人才必然无法满足未来新时代的需求，所以，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（larry leifer）博士。他可以说是斯坦福大学创新设计的鼻祖。他从 20 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。他非常重视未来的教育，认为未来教育最为重要的就是创新思维的培养，而斯坦福

23、大学的创新设计思维方法论就是其中很重要的一个部分。奔驰北美研究院（mbrdna）的首席执行官兼总裁飞利浦思高斯达（philippskogstad）博士也非常注重学生的创造力。他认为，“以知识点积累为目的的现行教育体制已经过时了，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了。因此一个学生的平均绩点（gpa）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创造性和领导力。”对于未来的教育系统，他表示，如何让学生培养出机器人和人工智能不具备的能力才是关键，比如提出问题的能力、分析问题的能力、解决问题的能力、创造力以及创新力。他给学生分享了奔驰北美研究

24、院如何挑选适合未来的人才，从他的角度分析了未来教育的走向。除此之外，一同参与课程的还有斯坦福大学教育学院的罗朴尚（prashantloyalka）博士、美国优质学校之一的哈克学校（harker school）的校长布瑞恩雅格（brian yager）先生、美国康奈尔大学信息科学助理教授马尔特荣格（maltejung）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（mark setrakian）。为什么邀请这么多不同领域的大师过来参与到我的课程进行碰撞？因为未来的教育绝不仅仅是单一学科能够解决的问题，它必然涉及多种学科的交叉，需要多个领域的团队来配合协作才能给出最佳的解决方案。改变大规模基础教育模式 目前全世界通行的基础教育中的大规模教育模式，最初起源于普鲁士的集体士兵培训。引进到美国后，在 19