高永梅

展望人工智能教育前景

人工智能課程發(fā)展現(xiàn)狀

人工智能課程既需要師資力量，也需要軟硬件支撐，然而，我們國家目前人工智能的發(fā)展現(xiàn)狀究竟如何？

我調(diào)研了2017年和2018年教育部發(fā)布的有關(guān)人工智能的白皮書，它們對全國各類學(xué)校（小學(xué)、初中、高中）的學(xué)生進(jìn)行調(diào)研，包含城鎮(zhèn)一般學(xué)校、鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)校、地市級重點中學(xué)，覆蓋面較全。關(guān)于中小學(xué)學(xué)生實際體驗和使用人工智能產(chǎn)品的情況，我們可以羅列出指紋識別、語音識別、圖像識別、博弈問題、智能家居、機器任務(wù)、無人駕駛等。這說明我們確實生活在一個人工智能較為普及且快速發(fā)展的時代中，人工智能教育是不可或缺的。那么，學(xué)生所理解的人工智能來源于哪里？絕大多數(shù)來源于新聞事件、科普讀物、娛樂活動，真正來源于課堂教學(xué)的則較少。

學(xué)生對人工智能的態(tài)度是積極的，他們非常樂意接觸人工智能的課程，特別希望從學(xué)校教育中學(xué)習(xí)這些課程，但學(xué)校教育目前能提供的卻不是很多。學(xué)校中四種與人工智能直接相關(guān)的課程開設(shè)情況為：程序設(shè)計類課程占78.6%，機器人課程占41%，人工智能講座占37%，人工智能課程占24%，其中大部分為選修課。各個學(xué)段開設(shè)與人工智能直接相關(guān)課程的情況為：小學(xué)達(dá)到92%，初中達(dá)到93%，高中達(dá)到91%。

這些數(shù)據(jù)難道說明我們已經(jīng)做得很好了嗎？通過進(jìn)一步訪談、溝通，我們發(fā)現(xiàn)，教育工作者和學(xué)生對人工智能到底是什么、什么樣的課才是人工智能課存在認(rèn)識上的誤區(qū)，誤以為只要開設(shè)了編程課、機器人課就是開設(shè)了人工智能課。事實上，這些課程并沒有觸及人工智能本體的內(nèi)容。在國家投入方面，開設(shè)過相關(guān)課程的學(xué)校這么多，那沒有開設(shè)過這些課程的學(xué)校來自哪里？通過調(diào)查可以看出，沒有開設(shè)過人工智能課程的學(xué)校中，省級示范校占8.1%，地市級示范校占29.39%，城鎮(zhèn)一般學(xué)校占44%，鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)校占17%。

從以上數(shù)據(jù)可以看出，扶貧還是很精準(zhǔn)的，鄉(xiāng)鎮(zhèn)學(xué)校沒有開課的比例較低，而很多城鎮(zhèn)的一般學(xué)校，這類教育資源反而更貧乏。因此，教育到底要如何投入去建設(shè)這樣的教室、實施這樣的課程，需要我們關(guān)注的地方還有很多。

立足人工智能教育實踐，打造人工智能人才高地

人工智能教育實踐

在教育部發(fā)布了普通高中課程方案和課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）后，社會上對人工智能課要如何上有很多爭議：是以一個單獨的學(xué)科形式存在，還是把它放到某一個學(xué)科里？事實上，人工智能課程既可以作為一門科學(xué)的課程，講授人工智能科學(xué)的知識，又可以作為一門技術(shù)類的課程，講授人工智能技術(shù)技能及其相關(guān)應(yīng)用。相對來說，在基礎(chǔ)教育即小學(xué)、初中、高中階段，人工智能如果作為科學(xué)課程的話，涉及的學(xué)科門類非常多，如自動化、統(tǒng)計學(xué)、計算機學(xué)、數(shù)學(xué)、邏輯學(xué)、語言學(xué)、認(rèn)知學(xué)，甚至腦認(rèn)知學(xué)、神經(jīng)學(xué)等，而且知識較為深刻，對數(shù)學(xué)有較高的要求。因此，新課標(biāo)提出把它放到技術(shù)類的課程中進(jìn)行學(xué)習(xí)。

2017年版的高中課程標(biāo)準(zhǔn)在必修課程數(shù)據(jù)與計算、信息系統(tǒng)與社會的基礎(chǔ)上推出了選擇性的必修課程，其中“模塊4”為人工智能初步，涉及人工智能基礎(chǔ)、簡單人工智能應(yīng)用模塊的開發(fā)、人工智能技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，并對此提出了詳細(xì)的內(nèi)容要求。

首先，需要描述人工智能的概念與基本特征，知道人工智能發(fā)展的歷史，包括三次人工智能的浪潮。其次，通過剖析具體的案例，了解人工智能的核心算法，比如啟發(fā)式搜索、決策樹等，以及人工智能本體的積極學(xué)習(xí)和監(jiān)督學(xué)習(xí)、無監(jiān)督學(xué)習(xí)等方法。再次，涉及特定的領(lǐng)域、人工智能系統(tǒng)應(yīng)用開發(fā)的一些平臺，通過具體的案例了解這些工具的特點、應(yīng)用模式以及局限性，最好能給學(xué)生提供一些開源的人工智能的應(yīng)用框架，搭建簡單的人工智能的應(yīng)用模塊，并根據(jù)實際需要配置適當(dāng)?shù)沫h(huán)境。最后，提到了人工智能的價值、發(fā)展方向以及倫理等相關(guān)問題。

很多一線教師對K-12階段人工智能課程的定位有爭議。課標(biāo)中只給出了高中階段三個層次的要求，那么小學(xué)階段、初中階段，甚至幼兒階段該怎么辦？我們可以從了解、理解、掌握這三個層次來看。了解的層次，更多的是從人工智能的感知、體驗方面來著手。理解的層次，主要指學(xué)生通過計算思維的培養(yǎng)，學(xué)習(xí)編程。之后，逐步拓展到掌握的層次，開發(fā)一些自己的人工智能項目。

具體來說，在小學(xué)階段，更多的是以圖形化的編程來實現(xiàn);在初中階段，學(xué)生可以通過代碼的編程、開源的硬件來實現(xiàn)計算思維的培養(yǎng);在高中階段，會涉及一些不同的應(yīng)用場景，通過案例剖析的方式，剖析算法原理，讓學(xué)生了解機器學(xué)習(xí)的過程以及訓(xùn)練、測試的階段，并在此基礎(chǔ)上開發(fā)出自己的人工智能項目。

人工智能教育案例

我曾經(jīng)開設(shè)了一門課，內(nèi)容涉及高中階段智能交互的過程。中學(xué)生很喜歡有趣的問題情境，所以我以動畫片的方式切入了一個生活場景，跟他們討論生活中一些語音識別的案例，討論什么是文語轉(zhuǎn)換的過程，導(dǎo)航中為什么有林志玲、郭德綱、羅永浩的聲音，學(xué)生認(rèn)為導(dǎo)航開發(fā)商是邀請林志玲等人來錄了一本字典，然后進(jìn)行合成。我跟學(xué)生進(jìn)一步剖析，帶著學(xué)生逐步地去研究：聲音是如何合成、如何應(yīng)用到單元挑選波形拼接的技術(shù)環(huán)節(jié)中;哪里用到了人工智能的技術(shù);機器學(xué)習(xí)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗和規(guī)律是什么;語料庫的內(nèi)容是什么;等等。涉及編程的問題，學(xué)生可以通過圖形化編程來實現(xiàn)，也可以通過Python編程的方式逐步實現(xiàn)，圓滿完成創(chuàng)意的任務(wù)，如讓多個機器人表演話劇、讓機器人背古詩等，目的是讓學(xué)生學(xué)習(xí)語音識別技術(shù)，最終完成一些項目。舉個例子，世界機器人教育大會在我校舉辦時，有幾天我嗓子啞了，學(xué)生就提出能不能借助助教機器人，通過對話的方式來幫助教師講課，于是想到了機器人Pepper。它能夠感受到人并跟人說話，在必要的時候它會呈現(xiàn)一些視頻或圖片，來解答學(xué)生一些常見的問題。

在基礎(chǔ)教育階段，學(xué)生更多的是依靠教師和專家的指導(dǎo)，以及利用社會上第三方機構(gòu)的很多資源和官方教材，當(dāng)然還有BAKT四大平臺（依托百度公司建設(shè)自動駕駛國家新一代人工智能開放創(chuàng)新平臺;依托阿里云公司建設(shè)城市大腦國家新一代人工智能開放創(chuàng)新平臺;依托科大訊飛公司建設(shè)智能語音國家新一代人工智能開放創(chuàng)新平臺;依托騰訊公司建設(shè)醫(yī)療影像國家新一代人工智能開放創(chuàng)新平臺）可以調(diào)用，還可以利用Scikit-learn、TensorFlow等各種開放的平臺、開放的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。

當(dāng)下，各個學(xué)校逐步開發(fā)出適合自己的校本課程，會涉及一些軟件和硬件的問題。有一些開源的硬件，價格非常便宜，如MicroB的樹莓派、機器人、PC機、Pad等，都可以開發(fā)出這樣的課程。不同的操作系統(tǒng)可以配合不同年齡層次的學(xué)生所涉及的軟件，如圖形化編程、代碼編程或者App開發(fā)所需要的軟件，以及BAKT、 TensorFlow、 Scikit-learn等各種平臺。我覺得這是一個很好的課程開發(fā)的路徑，當(dāng)然，教師和各教育機構(gòu)研究者還有很多在線的資源可以訪問。

這是一個很好的時代，作為一名一線教師，我很希望通過我的課程，使我的學(xué)生更好地適應(yīng)未來更加智能化的時代。為此，我們需要付出更多的努力！