教育报文章 2018.06.16人工智能教育怎样融入中学课堂

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人工智能教育怎样融入中学课堂
——访《人工智能基础（高中版）》主编、华东师范大学教授陈玉琨
本报记者 刘亦凡
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华东师范大学教授陈玉琨。资料图片
    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。

    同年，商汤智能科技与上海市政府签订战略合作协议，目标是使上海成为全球人工智能发展的战略高地。为此，商汤智能科技与华东师范大学慕课中心合作，邀请华东师范大学二附中、上海交大附中、上海七宝中学、上海格致中学、上海市西中学、上海晋元中学的教师共同编写高中版人工智能教材。在这一过程中，香港中文大学林达华教授团队也发挥了重要作用。

    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、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”。

    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。