文/翟小寧 中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)校長(zhǎng)

武 迪 中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)

面向未來(lái)，重構(gòu)人才培養(yǎng)模式

文/翟小寧 中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)校長(zhǎng)

武 迪 中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)

在人們最關(guān)注的醫(yī)療領(lǐng)域，最新研究表明在多項(xiàng)醫(yī)療子領(lǐng)域的人機(jī)大戰(zhàn)記分牌中，除了一般性診斷，人工智能已經(jīng)明顯占優(yōu)。在教育方面，人工智能參加了今年的高考，且表現(xiàn)不俗；在教育評(píng)價(jià)方面，機(jī)器人也開始嶄露頭角—今年湖北襄陽(yáng)嘗試引入人工智能參與中考作文評(píng)閱工作；多地開始試點(diǎn)人工智能評(píng)分口語(yǔ)考試；安徽的國(guó)家普通話水平考試已經(jīng)使用機(jī)器人考官；在不久的將來(lái)，全科的主觀問答題可能也將實(shí)現(xiàn)智能閱卷。這給我們提出了一個(gè)再也不能回避的問題：當(dāng)人工智能比人考得更好，評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確時(shí)，中學(xué)教育該向何處去？該怎樣培養(yǎng)未來(lái)人才？

重構(gòu)人工智能教育課程體系

中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)在今年10月份組織了中小學(xué)人工智能課程建設(shè)專家座談會(huì)，邀請(qǐng)了來(lái)自清華、北大、中科院、航天科技、人工智能前沿企業(yè)等十幾位專家教授前來(lái)指導(dǎo)。在專家們的指導(dǎo)建議下，結(jié)合人大附中實(shí)踐，從面向全體的普及教育，到部分選修的跨學(xué)科實(shí)踐應(yīng)用，再到少數(shù)的深入動(dòng)手做研究，梳理了金字塔形的中小學(xué)“STEAM+人工智能教育”課程體系，重構(gòu)了與人工智能本身感知、認(rèn)知、創(chuàng)新三個(gè)層次相對(duì)應(yīng)中小學(xué)人工智能教育課程體系。（見圖1）

感知層：中小學(xué)普及教育。感知層，即中小學(xué)普及教育，重在培養(yǎng)基本的“人工智能+”思維和興趣。這一層次具體落地于中小學(xué)信息技術(shù)課，將高質(zhì)量科普資源融入日?？茖W(xué)課、信息課和一些選修課。把人工智能內(nèi)容滲透到常規(guī)課堂的引入環(huán)節(jié)，介紹人工智能推動(dòng)各學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展的前沿成果，培養(yǎng)學(xué)生的交叉學(xué)科創(chuàng)新思維。

圖1

我們的“STEAM+”人工智能普及教育的核心要素之一是建模仿真教育。人工智能有三個(gè)支柱——大數(shù)據(jù)、計(jì)算能力和建模算法。而中學(xué)階段最能夠落地培養(yǎng)的就是建模和算法，這也是數(shù)學(xué)和信息這兩塊新課標(biāo)的直接體現(xiàn)。因此，“人工智能+”人才培養(yǎng)的第一步，就是培養(yǎng)其建模和仿真這一核心競(jìng)爭(zhēng)力。在人大附中，數(shù)學(xué)和信息教研組建立了強(qiáng)大的教學(xué)共同體。（見圖2）

建模仿真能力的培養(yǎng)，不僅落實(shí)在課堂，也滲透在普及性的建?；顒?dòng)和比賽中。比如，人大附中學(xué)生在參加國(guó)際數(shù)學(xué)建模挑戰(zhàn)賽時(shí)，就新高考下的排課問題深入挖掘數(shù)據(jù)，建立模型，考慮了各種約束條件和優(yōu)化因素，提出了一種新高考排課問題的智能解決方案，榮獲中華區(qū)特等獎(jiǎng)。

人大附中在建模仿真能力的普及性培養(yǎng)過程中，還充分融合國(guó)際課程精華，如IBDP國(guó)際文憑項(xiàng)目，其培養(yǎng)目標(biāo)是終身教育、全人培養(yǎng)，其課程體系中，建模能力培養(yǎng)不是局限在數(shù)學(xué)課上，各個(gè)學(xué)科都放入實(shí)實(shí)在在的課程內(nèi)容，如計(jì)算機(jī)科學(xué)課程中，建模仿真是課程模塊之一，高等級(jí)要求60個(gè)學(xué)時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)等級(jí)要求45個(gè)學(xué)時(shí)。學(xué)校重視建模能力和跨學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，融入國(guó)際課程精華，創(chuàng)新本土課程，開設(shè)各種類型和層次的建模相關(guān)選修課，普及“STEAM+人工智能教育”，為“人工智能+跨學(xué)科”人才培養(yǎng)打下很好的基礎(chǔ)。

圖2

認(rèn)知層：跨學(xué)科應(yīng)用實(shí)踐。第二層是認(rèn)知層，重在跨學(xué)科應(yīng)用實(shí)踐。Gartner咨詢公司預(yù)測(cè)2018年人工智能將滲透至幾乎任意領(lǐng)域。這意味著隨著人工智能的應(yīng)用，學(xué)科基礎(chǔ)也要求交叉創(chuàng)新整合。這與STEAM教育理念完全吻合，因此，STEAM整合跨學(xué)科創(chuàng)新是人工智能教育的絕佳實(shí)踐應(yīng)用平臺(tái)。比如在計(jì)算機(jī)課上，讓學(xué)生與視覺藝術(shù)選修課的同學(xué)合作開發(fā)DIY智能濾鏡軟件，把人工智能項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的具體目標(biāo)落實(shí)到STEAM各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。此外，科學(xué)跨學(xué)科綜合實(shí)踐活動(dòng)是以建模為核心的“STEAM+AI”解決實(shí)際問題的高質(zhì)量學(xué)習(xí)平臺(tái)，即不同學(xué)科的同學(xué)組成一個(gè)小組，從不同學(xué)科角度分析同一個(gè)問題，建立模型，通過團(tuán)隊(duì)合作，解決實(shí)際問題。

在國(guó)際文憑項(xiàng)目的核心課中，創(chuàng)新服務(wù)實(shí)踐活動(dòng)，拓展論文和跨學(xué)科認(rèn)識(shí)論都需要學(xué)生用跨界思維解決實(shí)際問題，對(duì)“人工智能+X”的人才培養(yǎng)具有積極推動(dòng)作用?！叭舜蟾街性畧F(tuán)隊(duì)”，以自己的力量，做智能定制教育，做教育均衡。學(xué)生自己建立網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)，個(gè)性化、定制化自主設(shè)計(jì)課程，初步探索“人人為師，能者為師”這一“人工智能+”時(shí)代下的教育新模式。成功地幫助了別人，也提高了自己，在全人培養(yǎng)的道路上自主前進(jìn)了一步。

認(rèn)知層的教學(xué)，可以在技術(shù)課及選修課中將人工智能開放平臺(tái)介紹給學(xué)生，學(xué)生可以利用這些開放平臺(tái)，做自己的跨學(xué)科實(shí)踐應(yīng)用。比如周涵之同學(xué)參加IEEE優(yōu)必選中國(guó)機(jī)器人大賽獲得銀獎(jiǎng)的兒童陪護(hù)機(jī)器人，就使用了曠視科技開放的人臉識(shí)別平臺(tái)。比如，《探索人工智能的奧秘》的研學(xué)課，同學(xué)們利用開源代碼，實(shí)現(xiàn)、創(chuàng)新并展示了三個(gè)人工智能小項(xiàng)目——手寫算式自動(dòng)計(jì)算、圖片藝術(shù)風(fēng)格化和物體檢測(cè)識(shí)別，將人工智能應(yīng)用到實(shí)際生活。再比如，8月底閉幕的“登峰杯”數(shù)據(jù)挖掘全國(guó)總決賽中，全國(guó)15支隊(duì)伍進(jìn)入總決賽，人大附中占7席，其中有三支隊(duì)伍獲得了一等獎(jiǎng)。他們研究的問題其實(shí)都是跨學(xué)科的、貼近生活的問題，比如奧運(yùn)會(huì)獎(jiǎng)牌榜預(yù)測(cè)和電視劇收率的預(yù)測(cè)問題。從建模仿真，到人工智能，到STEAM，都具有跨學(xué)科的本質(zhì)特點(diǎn)。培養(yǎng)未來(lái)“人工智能+X”復(fù)合型人才，一定是各學(xué)科老師的合作創(chuàng)新，形成跨學(xué)科教學(xué)共同體。

創(chuàng)新層：研究與創(chuàng)新。第三層是研究與創(chuàng)新。目前，我們的學(xué)生已經(jīng)能夠?qū)⑷斯ぶ悄芩惴☉?yīng)用到其他領(lǐng)域進(jìn)行交叉創(chuàng)新。例如朱星宇同學(xué)將機(jī)器學(xué)習(xí)算法與天體物理課題相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了光譜分類速度數(shù)量級(jí)上的突破。他還是人工智能兩門課的課程助教，深入淺出地給學(xué)弟學(xué)妹們把人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)講得非常清楚，并且手把手帶著他們進(jìn)行實(shí)踐——這是對(duì)學(xué)生創(chuàng)新能力的另一維度的培養(yǎng)。我們還把學(xué)生送到人工智能公司進(jìn)行實(shí)習(xí)。今年剛畢業(yè)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)班學(xué)生孫逸瀟，之前推薦他去曠視科技實(shí)習(xí)，7個(gè)月下來(lái)，他獲得了公司團(tuán)隊(duì)很高的評(píng)價(jià)。他總結(jié)說，激情、自學(xué)能力和團(tuán)隊(duì)溝通能力是實(shí)習(xí)過程與課堂學(xué)習(xí)最不同的地方。我們把學(xué)校的拓展、特長(zhǎng)類課程與產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界鏈接起來(lái)，給同學(xué)們提供更加廣闊的平臺(tái)。

“STEAM+人工智能教育”需要在師資、課程和學(xué)生三方面建立起中小學(xué)開源共創(chuàng)聯(lián)盟。為此，在師資上，我們建立了校內(nèi)外交流和跨學(xué)科合作，計(jì)劃牽頭建立中小學(xué)人工智能專委會(huì)，推進(jìn)中小學(xué)AI課程開發(fā)和學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)校秉承開放共享的理念，在課程上集合大家的智慧共同進(jìn)步。學(xué)生也通過課程、社團(tuán)平臺(tái)，自主開發(fā)在線課程平臺(tái)構(gòu)建未來(lái)學(xué)習(xí)共同體。

放手，讓學(xué)生不走尋常路

2017年北京市進(jìn)入高中新一輪的課程改革。高一的孩子現(xiàn)在是16歲左右。到2020年，當(dāng)他們進(jìn)入高等學(xué)校的時(shí)候，正是我國(guó)小康社會(huì)建成之際；到2035年，他們30多歲；到2049年，他們將近50歲。可以說，現(xiàn)在的高中生，他們?nèi)松凶钅軌虬l(fā)揮聰明才智的黃金時(shí)期，也是中華民族偉大復(fù)興的關(guān)鍵時(shí)期，我們現(xiàn)在的教育決定著未來(lái)人才的質(zhì)量，所以我們要著眼未來(lái)，立德樹人，為國(guó)育才。

人大附中長(zhǎng)期以來(lái)，堅(jiān)持扎根中國(guó)、融通中外、立足時(shí)代、面向未來(lái)，不斷創(chuàng)新育人模式，積極探索“互聯(lián)網(wǎng)+”“人工智能+”背景下的課程改革，一大批畢業(yè)校友已經(jīng)成長(zhǎng)為世界人工智能領(lǐng)域的重要力量，剛畢業(yè)的學(xué)生正在人工智能領(lǐng)域嶄露頭角，而更多的在校生比以往更早、更快地進(jìn)入“人工智能+X”領(lǐng)域，他們的創(chuàng)新創(chuàng)造力得到激發(fā)，獲得了可貴的經(jīng)驗(yàn)與成績(jī)。

案例一：朱星宇——一個(gè)中學(xué)生的人工智能之路

朱星宇是人大附中2011級(jí)早培班的一名學(xué)生，現(xiàn)在在高三出國(guó)班上課。他在學(xué)校的身份不只是學(xué)生，同時(shí)也是計(jì)算機(jī)視覺與深度學(xué)習(xí)研學(xué)和人工智能與數(shù)據(jù)挖掘校本選修課的助教，負(fù)責(zé)兩門課的幾乎全部編程技術(shù)以及部分理論知識(shí)的教學(xué)。但不了解他的人不知道，現(xiàn)在距離他開始系統(tǒng)性學(xué)習(xí)Python編程才剛剛一年左右。

在2016年9月，因?yàn)閰⒓訑?shù)學(xué)建模比賽的需求，他選擇了高級(jí)數(shù)學(xué)建模作為校本選修。在這門課上，他的老師是比他大一屆的學(xué)長(zhǎng)孫逸瀟同學(xué)。之前，他只會(huì)一些簡(jiǎn)單的C語(yǔ)言，可以被認(rèn)為是沒有什么基礎(chǔ)。但是在學(xué)長(zhǎng)的帶領(lǐng)下，他很快掌握了Python的基本功能與語(yǔ)法，這是一門對(duì)他來(lái)說全新的編程語(yǔ)言。開始學(xué)習(xí)Python一個(gè)月后，他就直接參加了HiMCM的數(shù)學(xué)建模比賽，負(fù)責(zé)組內(nèi)所有程序的編寫。雖然因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)不豐富，比賽的結(jié)果并不完美，但是這個(gè)經(jīng)歷讓他深入建模與算法的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，為之后的人工智能研究與創(chuàng)新打下了基礎(chǔ)。

在2017年1月，他開始準(zhǔn)備“登峰杯”數(shù)據(jù)挖掘競(jìng)賽。準(zhǔn)備期間，在老師的引導(dǎo)與自學(xué)下，他接觸到了深度學(xué)習(xí)，一種較為流行的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并且開始著迷于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以控制結(jié)構(gòu)又無(wú)法詳細(xì)了解運(yùn)算過程的“黑箱”特質(zhì)。在初賽中他和他的隊(duì)友們使用深度學(xué)習(xí)算法，綜合歷屆奧運(yùn)會(huì)的獎(jiǎng)牌榜數(shù)據(jù)以及各個(gè)參賽國(guó)家的經(jīng)濟(jì)、國(guó)民體質(zhì)、財(cái)政投入情況等大量的數(shù)據(jù)得到了一種預(yù)測(cè)奧運(yùn)會(huì)獎(jiǎng)牌榜的算法。他們團(tuán)隊(duì)的準(zhǔn)確率甚至超過了網(wǎng)上公布的預(yù)測(cè)排行榜中最準(zhǔn)確的使用傳統(tǒng)方法進(jìn)行分析預(yù)測(cè)的高盛集團(tuán)。他們通過通訊賽選拔，順利進(jìn)入了全國(guó)總決賽。在2017年8月舉辦的全國(guó)總決賽上，他們依然使用了深度學(xué)習(xí)算法，對(duì)電視劇在線播放與電視端收視率進(jìn)行了預(yù)測(cè)，在可靠的模型和堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，他們的團(tuán)隊(duì)又順利拿到了總決賽的一等獎(jiǎng)。

得力于人大附中早培班提供的研修平臺(tái)，朱星宇在八年級(jí)的時(shí)候就加入了清華大學(xué)天體物理中心的科研團(tuán)隊(duì)，進(jìn)行恒星光譜的研究，但由于技術(shù)限制一直沒有做出什么特別的成績(jī)。在接觸了深度學(xué)習(xí)算法之后，他意識(shí)到了機(jī)器學(xué)習(xí)與天體光譜學(xué)交叉研究的潛力，于是在自己的鉆研下開發(fā)了一套基于深度學(xué)習(xí)的光譜特征提取與分類程序，在速度上大幅度超過了國(guó)家天文臺(tái)現(xiàn)有的分類方法，得到了他在清華的導(dǎo)師很高的評(píng)價(jià)，并且在北京市青少年科技俱樂部針對(duì)全北京市高中生科研的評(píng)議中獲得“突出”評(píng)級(jí)。

高三剛開始時(shí)，他欣然接受武迪老師讓他擔(dān)任課程助教的邀請(qǐng)，他希望像帶他入門的孫逸瀟學(xué)長(zhǎng)一樣，帶領(lǐng)更多的學(xué)弟學(xué)妹們感受計(jì)算機(jī)編程與人工智能之美。現(xiàn)在他已經(jīng)拿到了曠視科技公司的實(shí)習(xí)崗位，將在申請(qǐng)季結(jié)束之后前往這個(gè)“北京平均智商最高”的公司，開展他對(duì)于人工智能技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的進(jìn)一步探究。

案例二：錢萬(wàn)里、周涵之——人大附中學(xué)生援疆教育平臺(tái)

人大附中學(xué)生援疆項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)由人大附中高二，高三年級(jí)的近20名同學(xué)組成，旨在了解新疆同學(xué)學(xué)習(xí)狀況，并在他們學(xué)習(xí)生活方面給予支持，交流學(xué)習(xí)，各取所長(zhǎng)，相互發(fā)展。在過去的一年中為新疆的同學(xué)們帶來(lái)三十余節(jié)別開生面的網(wǎng)絡(luò)視頻微課，并受到了新疆老師和同學(xué)的一致贊揚(yáng)和鼓勵(lì)。

學(xué)生援疆項(xiàng)目的主策劃人是錢萬(wàn)里同學(xué)，援疆教育平臺(tái)整個(gè)網(wǎng)站建設(shè)與維護(hù)是周涵之同學(xué)完全自主開發(fā)的。這兩位同學(xué)，包括學(xué)生援疆團(tuán)隊(duì)的主要成員均來(lái)自人大附中中外合作辦學(xué)項(xiàng)目的國(guó)際文憑課程。他們的核心課——?jiǎng)?chuàng)新服務(wù)實(shí)踐活動(dòng)鼓勵(lì)學(xué)生用跨界思維解決實(shí)際問題，對(duì)“人工智能+X”的人才培養(yǎng)具有積極推動(dòng)作用。學(xué)生援疆團(tuán)隊(duì)就是從“創(chuàng)新——行動(dòng)——服務(wù)”的綜合實(shí)踐活動(dòng)出發(fā)，以自己的力量，做智能定制教育，做教育均衡。

項(xiàng)目于2016年9月啟動(dòng)，目前已經(jīng)制作完成超過30節(jié)課程的錄制。學(xué)生們以自己的實(shí)踐為促進(jìn)教育公平，保證資源共享的暢通盡自己的努力。這一學(xué)習(xí)共同體，由不同特長(zhǎng)和特點(diǎn)的學(xué)生們組成，他們精誠(chéng)合作，共同備課，互相促進(jìn)，為了共同的目標(biāo)而努力。學(xué)生們每周準(zhǔn)備一期課程需要的時(shí)間大約為4.5小時(shí)：分組備課1小時(shí)，錄制2小時(shí)，剪輯0.5小時(shí)，發(fā)布及宣傳0.5小時(shí)，反饋設(shè)計(jì)與分析0.5小時(shí)。他們自己排課表，自己分組研討做課程計(jì)劃，甚至跨學(xué)科備課。課程學(xué)科包括：計(jì)算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、歷史等，主題切合實(shí)際也兼有國(guó)際前沿。為了更有針對(duì)性將這一教育項(xiàng)目做好，同學(xué)們還前往新疆阿克蘇地區(qū)，與他們的小伙伴實(shí)地座談，并實(shí)地授課。這一次西部行，讓學(xué)生們逐步深入地了解了西部教育的實(shí)際情況。錢萬(wàn)里說，阿瓦提四中的硬件條件很好，比如他們有很多實(shí)驗(yàn)設(shè)備，比如開源硬件平臺(tái)Arduino，機(jī)器人套裝等等，但是他們沒有老師可以教他們，這些設(shè)備和器材都只能閑置在教室。針對(duì)這一情況，錢萬(wàn)里、周涵之等同學(xué)將他們?cè)谟?jì)算機(jī)課上所學(xué)到的內(nèi)容進(jìn)一步整理創(chuàng)新，為新疆的小伙伴們錄制人工智能和機(jī)器人智能控制特輯。他們還將繼續(xù)長(zhǎng)久的做下去、傳承下去。

在這過程中，他們自己建立網(wǎng)絡(luò)課程平臺(tái)，從前端到后端，每一行代碼都是自己寫的。網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)上設(shè)置了賬號(hào)注冊(cè)，不同類型的用戶管理，評(píng)價(jià)反饋空間，討論交流版面等，為個(gè)性化、定制化自主設(shè)計(jì)課程建立了完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的技術(shù)支撐。

這一項(xiàng)目，初步探索了“人人為師，能者為師”這一“人工智能+”時(shí)代下的教育新模式。既幫助了別人，也提高了自己，在全人培養(yǎng)的道路上自主前進(jìn)了一步。這也是人大附中一以貫之的“立德樹人、為國(guó)育才“的教育理念在學(xué)生群體中潛移默化影響的結(jié)果。

“人工智能+”時(shí)代下，教育的靈魂在人的溫度，在立德樹人，在點(diǎn)燃，在喚醒，因此，在未來(lái)職業(yè)被人工智能取代趨勢(shì)圖里，教育是最后可能被取代的那一個(gè)?，F(xiàn)在的教育體系，是生發(fā)于近一二百年的工業(yè)體系。人工智能時(shí)代，是人人為師的教育，終生學(xué)習(xí)的教育，是帶有人的溫度的教育，培養(yǎng)豐富完整的個(gè)性、自由創(chuàng)意的心靈、有德行的君子。

翟小寧，管理學(xué)博士，現(xiàn)任中國(guó)人民大學(xué)黨委委員，中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)校長(zhǎng)。北京市第十五屆人大代表，海淀區(qū)第十六屆人大代表，教授，特級(jí)教師，北京市特級(jí)教師協(xié)會(huì)會(huì)長(zhǎng)，中國(guó)教育學(xué)會(huì)高中教育委員會(huì)副理事長(zhǎng)，創(chuàng)新人才教育研究會(huì)常務(wù)理事，教育部“國(guó)培計(jì)劃”專家。

編者按：今年7月，國(guó)務(wù)院頒布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》，10月，人工智能被寫進(jìn)黨的十九大報(bào)告。新興技術(shù)的發(fā)展大幅超前于人類社會(huì)的接受程度，而教育正是縮短兩者間距離，使未來(lái)人才更好地適應(yīng)未來(lái)社會(huì)的關(guān)鍵要素。中國(guó)人民大學(xué)附屬中學(xué)早在2003年就開始開發(fā)機(jī)器人相關(guān)課程，他們堅(jiān)持站位時(shí)代前沿，持續(xù)創(chuàng)新課程。時(shí)至今日，“人工智能+”相關(guān)各類課程在人大附中蓬勃開展，如機(jī)器人、數(shù)據(jù)挖掘、計(jì)算機(jī)視覺、無(wú)人駕駛等，那么我們就來(lái)看看他們是怎樣開發(fā)實(shí)施這類課程的。

（注：本文系社科基金全國(guó)教育科學(xué)規(guī)劃國(guó)家重點(diǎn)（重大）課題“人才培養(yǎng)模式的國(guó)際經(jīng)驗(yàn)及改革研究”的研究成果，課題編號(hào)：ADA160004）