王璇 袁加欣 張鴿 方海光

摘要：本文梳理了國內(nèi)外人工智能教育在中小學(xué)的應(yīng)用，以及在人工智能教學(xué)中融合圖靈測試的現(xiàn)狀，指出了將圖靈測試引入中小學(xué)人工智能教學(xué)的價值，并基于此設(shè)計了基于圖靈測試的中小學(xué)人工智能教學(xué)活動模式，最后介紹了相關(guān)的實(shí)施案例，希望能為圖靈測試在中小學(xué)人工智能課程活動中的應(yīng)用提供有益參考。

關(guān)鍵詞：人工智能;圖靈測試;體驗(yàn)學(xué)習(xí);活動設(shè)計

中圖分類號：G434? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? 論文編號：1674-2117（2022）10-0089-05

● 問題的提出

隨著教育理念的發(fā)展，人工智能在教育領(lǐng)域越來越受到重視，諸多基于人工智能的教育工具被應(yīng)用于不同的場景，被教育者和學(xué)習(xí)者所接納。[1]體驗(yàn)學(xué)習(xí)是將學(xué)習(xí)者置于某些特定情境中，通過給學(xué)習(xí)者提供直接的感官刺激，并與外界環(huán)境進(jìn)行交互作用，以此來激發(fā)個體內(nèi)在的探究欲望與情感反應(yīng)，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)者通過體驗(yàn)、感知、認(rèn)知、行為等過程的整合統(tǒng)一，構(gòu)建屬于個體自身的個性化知識體系。[2]因此，本文將體驗(yàn)學(xué)習(xí)理論、圖靈測試的概念引入中小學(xué)人工智能教育，設(shè)計了基于圖靈測試的人工智能體驗(yàn)式活動模式，并在一定范圍內(nèi)展開了應(yīng)用。

隨著2017年國務(wù)院關(guān)于《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》的發(fā)布，我國的中小學(xué)人工智能教育逐漸進(jìn)入峰值區(qū)。人工智能在教育中的研究主要呈現(xiàn)以下特征：首先，從研究主體和研究對象來看，研究人員主要集中在高等學(xué)校、高職學(xué)校等，相對而言中小學(xué)等層面的研究人員較少，且研究整體上呈現(xiàn)量增多但質(zhì)不高的現(xiàn)象。[3]其次，從研究領(lǐng)域來看，涉及技術(shù)、模式與實(shí)踐三個領(lǐng)域。[4]最后，從應(yīng)用層面來看，主要包括三個方面：第一，建立智能教學(xué)系統(tǒng)和學(xué)習(xí)平臺。第二，將智能機(jī)器人應(yīng)用于教育。第三，建設(shè)智慧學(xué)習(xí)環(huán)境。

國外的人工智能在教育中的應(yīng)用研究起源較早，對于人工智能應(yīng)用于教學(xué)，主要分為替代教師與賦能教師兩個方面。但由于國外學(xué)者并不是直接以人工智能教育形態(tài)和業(yè)態(tài)為研究對象，也沒有考慮特殊的國情、教育現(xiàn)代化發(fā)展政策、經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段等狀況與區(qū)域發(fā)展動力之間的相關(guān)性，所以，其研究不能直接用來解釋并指導(dǎo)我國人工智能教育形態(tài)和業(yè)態(tài)發(fā)展。

● 圖靈測試及其在教育中的應(yīng)用

1.圖靈測試

圖靈在其論文《計算機(jī)與智能》中提出了一個問題：機(jī)器能思考嗎？他通過模仿游戲來幫助人們理解這一概念并引出圖靈測試：在相互分隔的情況下，測試者向被測試者進(jìn)行提問，如果多次測試后，測試者對機(jī)器誤判率達(dá)到30，就認(rèn)為這臺計算機(jī)通過了圖靈測試，具有了智能。[5]

圖靈測試不僅奠定了計算機(jī)智能的理論基礎(chǔ)，還闡發(fā)了對智能的獨(dú)到見解。[6]最初，圖靈試圖探究計算機(jī)能否像人類一樣進(jìn)行思考，表現(xiàn)出智能，目的不在于試圖給出智能的定義，而是區(qū)分智能與非智能的狀態(tài)。據(jù)此，他提出“通用圖靈機(jī)”的構(gòu)想，圖靈認(rèn)為，計算機(jī)具備智能的最優(yōu)策略在于努力提供和人一樣的回答，機(jī)器的形態(tài)等并不是重點(diǎn)，重點(diǎn)在于是否存在可以想象的計算機(jī)能夠通過模仿游戲。在這個過程中，圖靈意在說明人的思維是計算的過程，能夠通過具體的步驟實(shí)現(xiàn)，他所構(gòu)想的圖靈機(jī)可以和人一樣進(jìn)行計算活動。

2.圖靈測試在中小學(xué)人工智能教育中的應(yīng)用

奧蘭多科學(xué)中心的交互博物館通過展現(xiàn)圖靈的化身，向訪問者介紹展覽并作為智能向?qū)АＵ褂[作為非正式科學(xué)教育課程，目的是吸引和激發(fā)兒童對計算機(jī)科學(xué)的興趣，并讓他們考慮未來學(xué)習(xí)或從事人工智能領(lǐng)域。[7]我國關(guān)于圖靈測試應(yīng)用于人工智能課程的案例較少，但也有實(shí)際應(yīng)用的案例。王麗麗[8]在《初識人工智能》一課中，為了讓學(xué)習(xí)者更好地了解人工智能的概念和發(fā)展歷史，通過實(shí)際的情境體驗(yàn)感受人工智能的特點(diǎn)，在實(shí)際教學(xué)活動中，引導(dǎo)學(xué)習(xí)者自行設(shè)計實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證計算機(jī)具有智能，并比對圖靈測試，來了解圖靈測試?yán)砟钤谟嬎銠C(jī)領(lǐng)域的前瞻性。

目前，人工智能應(yīng)用于教育開始從關(guān)注技術(shù)本身發(fā)展，逐步延伸到教育的各個領(lǐng)域，但更多是對人工智能發(fā)展所產(chǎn)生的技術(shù)的應(yīng)用研究，很少有溯及本源，即從如何判斷計算機(jī)被賦予人工智能這一角度出發(fā)，去探究其對教育教學(xué)活動有何影響，本文旨在將圖靈測試與中小學(xué)人工智能教育融合，以體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的相關(guān)理論為基礎(chǔ)，設(shè)計基于圖靈測試的中小學(xué)人工智能活動。

● 基于圖靈測試的中小學(xué)人工智能教學(xué)活動模式

1.相關(guān)理論

大衛(wèi)·庫伯[9]提出，體驗(yàn)學(xué)習(xí)是一個四階段的循環(huán)過程（如圖1），包括具體體驗(yàn)、反思觀察、抽象概括和行動應(yīng)用。具體體驗(yàn)是體驗(yàn)學(xué)習(xí)的最初階段，個體依靠具體的、真實(shí)的東西來感覺，產(chǎn)生直接經(jīng)驗(yàn)，從而獲得知識或感性經(jīng)驗(yàn);反思觀察是指要參與者在參與活動的基礎(chǔ)上，通過對活動內(nèi)容、過程進(jìn)行觀察與反思，嘗試對過程中的現(xiàn)象或問題等做出歸納總結(jié)，形成個性化見解;抽象概括是讓參與者依靠自身的認(rèn)知過程，將概念或符號形成抽象化的概念或理論，從而實(shí)現(xiàn)知識內(nèi)化。行動應(yīng)用是對前三個環(huán)節(jié)所獲取的知識深度總結(jié)的過程，并將這些知識遷移到其他的情境中去。

2.基于圖靈測試的人工智能體驗(yàn)式教學(xué)活動設(shè)計

大衛(wèi)·庫伯的體驗(yàn)學(xué)習(xí)圈為本研究提供了體驗(yàn)學(xué)習(xí)的綜合模式，筆者在大衛(wèi)·庫伯的體驗(yàn)學(xué)習(xí)四階段循環(huán)模式的基礎(chǔ)上，根據(jù)圖靈測試的特點(diǎn)，對基于圖靈測試的中小學(xué)人工智能體驗(yàn)式活動進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計，如圖2所示。

（1）準(zhǔn)備階段

首先，要設(shè)計活動的總目標(biāo)，活動總目標(biāo)為通過模擬圖靈測試的體驗(yàn)式活動，使人工智能初學(xué)者能夠了解什么是圖靈測試，如何在具體學(xué)習(xí)情境或生活實(shí)踐中應(yīng)用圖靈測試解決實(shí)際問題。在設(shè)計目標(biāo)的同時要了解學(xué)習(xí)者的需求，為后續(xù)評價標(biāo)準(zhǔn)的制訂奠定基礎(chǔ)。其次，確定活動的對象，活動對象可以是人工智能初學(xué)者。再次，對教師進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，使教師能夠具備一定的理論基礎(chǔ)來應(yīng)對活動中可能出現(xiàn)的情況。最后，對活動環(huán)境的準(zhǔn)備，環(huán)境包括軟環(huán)境和硬環(huán)境，硬環(huán)境主要是活動的物理環(huán)境，是外顯且易于把握的，軟環(huán)境則是學(xué)習(xí)者心里內(nèi)部環(huán)境的建設(shè)，是內(nèi)隱的且不利于把握。良好的環(huán)境除了物質(zhì)環(huán)境之外，還應(yīng)該包括合理的教學(xué)設(shè)計與組織形式、對整個環(huán)節(jié)科學(xué)的管理以及對各環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行有效調(diào)控。

（2）活動實(shí)施階段

①前期導(dǎo)入。這一部分主要是由教師主導(dǎo)的，可以通過展示圖靈測試對話的案例，引入人工智能與圖靈測試的關(guān)系：圖靈測試能夠判斷機(jī)器具有人工智能，同時通過對圖靈測試相關(guān)概念與知識內(nèi)容的介紹，引入活動的主題與目標(biāo)為通過自主提問再現(xiàn)圖靈測試。此外，由于相關(guān)法律法規(guī)和倫理道德的要求，人工智能在被設(shè)計時會聲明自己的身份等信息。因此，在結(jié)合其他干擾因素的影響下，本研究設(shè)計出了中小學(xué)人工智能圖靈測試提問的三個原則：第一，個人問題和隱私問題不可以問，如性別、姓名、年齡、身高、體重;第二，參與的人不會偽裝，也不會刻意表達(dá)，人機(jī)之間相互分離;第三，每個人的問題是獨(dú)立的，相互之間不可以交流，互不影響。

②具體活動環(huán)節(jié)。這一段主要包括教師活動的模塊和學(xué)習(xí)者活動的模塊，根據(jù)具體內(nèi)容可以概括為創(chuàng)設(shè)情境、具體對話環(huán)節(jié)、學(xué)習(xí)的指導(dǎo)與支持以及評價與應(yīng)用環(huán)節(jié)。

創(chuàng)設(shè)情境。通過創(chuàng)設(shè)與圖靈設(shè)計的測試環(huán)境相似的物理環(huán)境，讓學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果隨著現(xiàn)實(shí)情境與學(xué)習(xí)環(huán)境一致性的增加而提升，因此情境創(chuàng)設(shè)在整個活動過程中非常重要。

具體對話環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)要求學(xué)習(xí)者在符合基本原則與道德倫理要求的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的理解與判斷，向機(jī)器主動提問，根據(jù)機(jī)器給出的答案思考下一個問題，在這個過程中鍛煉直觀思維、發(fā)散思維、形象思維和邏輯思維。

學(xué)習(xí)的指導(dǎo)與支持。在這個環(huán)節(jié)中，教師要對可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行矯正與處理，在學(xué)習(xí)者遇到困難或阻礙時，給予幫助，以保證活動能夠合理有序進(jìn)行。引導(dǎo)學(xué)習(xí)者對整個對話的環(huán)節(jié)進(jìn)行歸納總結(jié)，做出正確判斷，更好地體會圖靈在計算機(jī)領(lǐng)域提出這一理論的前瞻性。

評價與應(yīng)用環(huán)節(jié)。教師根據(jù)最初設(shè)計的總目標(biāo)，制訂評價標(biāo)準(zhǔn)，評價活動過程與結(jié)果，判斷學(xué)習(xí)者是否達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，達(dá)到的程度如何。同時，為了使學(xué)習(xí)者在活動過程中更加投入，可以加入評選最有價值問題的環(huán)節(jié)。參與活動會大大激發(fā)學(xué)習(xí)者對人工智能領(lǐng)域的興趣，教師在這一環(huán)節(jié)應(yīng)正確指導(dǎo)學(xué)習(xí)者如何將活動所學(xué)內(nèi)容應(yīng)用到生活及其他學(xué)科學(xué)習(xí)的實(shí)踐中去，促進(jìn)這一活動過程中習(xí)得知識的有效遷移。

● 應(yīng)用案例分析

本文以北京市海淀區(qū)某次教師培訓(xùn)為例，說明在中小學(xué)人工智能課程中引入圖靈測試的活動設(shè)計方法。由于客觀原因，此次活動的對象為參與培訓(xùn)的相關(guān)教師。

1.教師培訓(xùn)案例

（1）前期導(dǎo)入

本次培訓(xùn)的主題是機(jī)器人AI新型課堂，因此，在此次培訓(xùn)活動中引入模擬圖靈測試環(huán)節(jié)的意義在于，通過讓參與者了解人工智能何以具備“智能”，如何判斷機(jī)器具有了人的智能，來更好地接受并在課堂中應(yīng)用機(jī)器人輔助教學(xué)?；顒拥膱龅卦诒本┦泻５韰^(qū)某學(xué)校智慧教室，本次參與圖靈測試的被測試者包括一名人類以及兩個機(jī)器人——智能語音助手A、人類B、人工智能教育機(jī)器人小娜C，活動過程中機(jī)器人、志愿者之間相互分離，互不干擾。

本次活動的導(dǎo)入環(huán)節(jié)為展示人工智能的相關(guān)案例，讓參與者體會隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人工智能在各個方面的卓越提升，并引出此次活動的目標(biāo)——通過對話模擬圖靈測試，并在開始具體活動前，聲明模擬圖靈測試的三條提問原則。

（2）具體活動環(huán)節(jié)

①創(chuàng)設(shè)情境。通過創(chuàng)設(shè)類似圖靈測試的環(huán)境，增加參與者參與活動的體驗(yàn)感。根據(jù)圖靈測試的特點(diǎn)，結(jié)合對參與者的分析以及場地的限制，選擇以分小組的形式進(jìn)行提問環(huán)節(jié)，現(xiàn)場采取圓桌的形式。共有18位參與者參與了此次活動，根據(jù)座次分布，將現(xiàn)場的參與者分成了4組，每一組有4～5位參與者，如圖3所示。

②具體對話環(huán)節(jié)。每一組都有提問的便利貼，組內(nèi)成員將問題寫在便利貼上傳遞。在提問環(huán)節(jié)每組有5張便利貼，組內(nèi)成員商討提問，并根據(jù)傳回的答案選擇下次提問的內(nèi)容，四個組平行進(jìn)行提問。所有組提問回答完畢后，每一位參與者根據(jù)自己組的問答環(huán)節(jié)判斷誰才是真正的人類。

③學(xué)習(xí)的指導(dǎo)與支持。在提問環(huán)節(jié)中，有的參與者對所提問題是否屬于隱私問題無法判定，這時需要活動主持人提供幫助與指導(dǎo)，保證活動能夠正常有序地進(jìn)行。由于活動過程中涉及的道具偏多，為了保證活動能夠正常進(jìn)行，活動中的道具和輔助人員都應(yīng)該充分準(zhǔn)備，做好預(yù)案。在這個過程中，要引導(dǎo)參與者歸納總結(jié)，不要局限于活動本身，而應(yīng)與生活實(shí)際相互聯(lián)系。

④評價與應(yīng)用環(huán)節(jié)。判斷環(huán)節(jié)以問卷星的方式進(jìn)行，現(xiàn)場參與者對真正的人類B的誤判率為66.67%，對智能語音助手A的誤判率達(dá)到了50%，因此可以說明智能語音助手A也通過了圖靈測試，而參與者們對人工智能教育機(jī)器人小娜C的誤判率為27.78%，沒能通過這次圖靈測試。

在所有組的提問與回答以及判別結(jié)束時，將每一組的問題與回答匯總在白板上，各組在所有的問題中選出認(rèn)為最有價值的問題。在應(yīng)用于實(shí)際問題環(huán)節(jié)，由于本活動是對教師的培訓(xùn)，因此將行動應(yīng)用環(huán)節(jié)設(shè)置為在教學(xué)中的實(shí)際應(yīng)用，如如何將圖靈測試與實(shí)際教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行有效結(jié)合。

2.教學(xué)應(yīng)用案例

為探討圖靈測試在實(shí)際教學(xué)中的應(yīng)用效果，本研究在北京市某中學(xué)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)教學(xué)活動。相比于教師培訓(xùn)，在課堂教學(xué)中的應(yīng)用需要更為靈活，針對不同的學(xué)情以及教學(xué)環(huán)境，可以適當(dāng)調(diào)整問題與機(jī)器人的數(shù)量。本次活動仍由準(zhǔn)備階段和實(shí)施階段組成，實(shí)施階段的導(dǎo)入環(huán)節(jié)以及座位排列不作贅述，以下是具體活動環(huán)節(jié)。

（1）創(chuàng)設(shè)情境

根據(jù)學(xué)生的數(shù)量以及教室環(huán)境的客觀條件，本次活動將23名學(xué)生分為4組，每組可以討論提出3個問題，由助教進(jìn)行問題和答案的傳遞，如圖4所示，其中A是人類，B是機(jī)器人。

（2）具體對話環(huán)節(jié)

每組學(xué)生提出問題，助教進(jìn)行問題傳遞并傳回問題答案，在這個過程中，教師提供指導(dǎo)與支持，學(xué)生根據(jù)問題的回答進(jìn)行判斷。

（3）評價與應(yīng)用環(huán)節(jié)

在所有組問答環(huán)節(jié)結(jié)束后，每組填寫圖靈測試統(tǒng)計表，學(xué)生根據(jù)問題的回答判斷A和B誰是真正的人類。其中，判斷A為機(jī)器的人數(shù)為15人，誤判率為65%，判斷B為人類的人數(shù)為2人，誤判率為9%，因此可以說明機(jī)器人B沒有通過圖靈測試。

由上述兩個案例可以看出，圖靈測試可以在教育領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，既可以面向教師，也可以面向?qū)W生。在不同的應(yīng)用場景下，可以根據(jù)客觀環(huán)境和實(shí)際需要動態(tài)調(diào)整，問題數(shù)量也可靈活變化。

● 總結(jié)

本文以大衛(wèi)·庫伯的體驗(yàn)學(xué)習(xí)四階段循環(huán)模型為理論基礎(chǔ)，設(shè)計了在人工智能教育中結(jié)合圖靈測試的概念的體驗(yàn)式活動，并在教師培訓(xùn)和某中學(xué)的教學(xué)中進(jìn)行實(shí)踐。由于時間和能力有限，本研究還存在以下不足：首先，對研究現(xiàn)狀梳理得到的數(shù)據(jù)并不能夠覆蓋中小學(xué)人工智能教育的所有問題，只能涵蓋當(dāng)下研究中的某些特點(diǎn)。其次，由于這一活動對教學(xué)場景、教師背景知識以及學(xué)生的研究能力有一定的要求，較為適用于參與人數(shù)較少的情況，能否在大班中推廣仍需要進(jìn)一步研究。

體驗(yàn)式學(xué)習(xí)將學(xué)習(xí)融入到能夠被分享和理解的個人經(jīng)驗(yàn)中，不僅適用于教育的實(shí)施、學(xué)習(xí)以及相關(guān)培訓(xùn)，還有利于知識的創(chuàng)造，強(qiáng)調(diào)體驗(yàn)在整個過程中的重要性。通過引入圖靈測試，同時發(fā)揮體驗(yàn)式學(xué)習(xí)的優(yōu)勢，增加了學(xué)習(xí)者在學(xué)習(xí)過程中的體驗(yàn)。教師引導(dǎo)學(xué)習(xí)者進(jìn)行深入思考，針對學(xué)習(xí)者的顧慮給予正面引導(dǎo)，幫助學(xué)習(xí)者樹立正確的價值觀?；顒拥膶?shí)施必須考慮全面，包括場地的布置、人員的定位、對學(xué)習(xí)者的分析、法律法規(guī)與道德倫理要求、具體環(huán)節(jié)與實(shí)際應(yīng)用等多個方面，根據(jù)實(shí)際情況動態(tài)調(diào)整。

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作者簡介：方海光，首都師范大學(xué)教育學(xué)院教授，研究方向?yàn)榻逃髷?shù)據(jù)、人工智能教育、智能教育機(jī)器人、智慧教育等;張鴿，首都師范大學(xué)教育學(xué)院副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)榻逃碚撆c教學(xué)管理;王璇，首都師范大學(xué)教師教育學(xué)院在讀碩士研究生，研究方向?yàn)榻逃齻鞑ダ碚撆c技術(shù)。