市西中學(xué)：AI時代的課堂之“變”案例學(xué)校：市西中學(xué)

文 徐 倩

走進市西中學(xué)古樸優(yōu)雅的傳家樓，行至二樓走廊的盡頭，一塊略顯低調(diào)的牌子掛在一扇不大的門前——“人工智能實驗學(xué)?！?，邁進去，就是另一番天地。期待中的全球首個人工智能高中課堂究竟什么樣？

門口的人臉簽到系統(tǒng)，一一記錄下來訪者的人臉、時間、位置等信息；擁有機械臂、攝像頭和視覺控制模塊的機器人，實現(xiàn)了手勢的控制，與傳統(tǒng)遙控器指揮的機器人相比，好像多了幾分智能的“大腦”；拿起手機，通過APP就能進行聲音控制的無人飛機，讓人們似乎看到了未來的模樣；學(xué)生自己搭建的無人小車，在模擬道路上自動轉(zhuǎn)彎、加速、避障，自動感應(yīng)信號，紅燈停、綠燈行；智能音箱，可以自由地和它聊一聊，輕松實現(xiàn)人與機器的“對話交流”……

這是市西中學(xué)人工智能實驗室的學(xué)習(xí)環(huán)境，學(xué)生在此既能體驗感受，也可以動手操作實踐。但更值得關(guān)注的是，學(xué)生上課時面對的那一臺臺黑色的電腦，別看電腦其貌不揚，里面預(yù)裝了深度學(xué)習(xí)算法平臺，平臺上都是緊密貼合《人工智能基礎(chǔ)》教材的實驗內(nèi)容，學(xué)生可以在這個名為“Sense Class教學(xué)實驗平臺”上進行深度學(xué)習(xí)模型訓(xùn)練和定制算法擴展。

市西中學(xué)認為，人工智能是教育的前沿熱門，更是未來方向。學(xué)校率先開設(shè)人工智能課程，并非為了攻克人工智能的核心技術(shù)，而是為了給學(xué)生構(gòu)建面向未來人工智能社會的一種基本認知，讓他們對社會發(fā)展的方向和趨勢有一個整體的把握，讓他們能更好地為未來做好準備。

化繁為簡，落腳點在“應(yīng)用”

2018年2月，市西歷史上第一節(jié)人工智能課程開課了。作為拓展型選修課程，面向高一學(xué)生開設(shè)。

當時，《人工智能基礎(chǔ)》教材尚未編寫完成，但副校長林勤和科技老師錢晉因為參與了教材第三章“別具慧眼：識圖認物”的編寫，所以對于AI圖像識別這一塊內(nèi)容較為熟悉。通過學(xué)習(xí)商湯科技提供的資料，以及自己上網(wǎng)搜尋資料自學(xué)等方式，補充了一定的具體案例和圖表，學(xué)校決定，開設(shè)人工智能的課程。

事實上，人工智能的課堂并非想象中那么華麗炫酷，從現(xiàn)場觀摩的“圖像識別技術(shù)”課來看，它的課堂教學(xué)大致有三步：學(xué)生們坐在電腦前，聆聽老師講課，與老師互動交流；再到電腦的教學(xué)實驗平臺上自己操作實驗，設(shè)計出項目；最后動手將項目轉(zhuǎn)化為應(yīng)用到實際生活中的作品。

課堂上，錢晉引入了大量的科普內(nèi)容和實例幫助學(xué)生理解內(nèi)容，比如人工智能識別人臉和聚類人臉，可以用來整理相冊，將照片按人臉、衣服、場景等分類；也可以通過提取臉部106個關(guān)鍵點特征，進行比對確認以實現(xiàn)人臉簽到……

高一(1)班的劉云翔對計算機科學(xué)與數(shù)學(xué)一直有興趣，看到這學(xué)期開了“人工智能”這門拓展課后，便直接報名了。經(jīng)過大半個學(xué)期的學(xué)習(xí)，他對人工智能的分類器與圖像識別方法有了更深刻的認識，他說：“教材本身應(yīng)該不超出我們高中生的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，但有些知識點確實有點難。好在老師們已經(jīng)簡化過了，再加上他們補充的那些AI應(yīng)用的實例，讓原本有些繁雜的算法變得相對簡單易懂?！?/p>

當然，人工智能是一個技術(shù)含量極高的領(lǐng)域，尤其是不少地方會用到深奧的數(shù)學(xué)算法，對于高中生來說，超過了他們知識的范圍。因此，教材編寫組充分考慮了這個問題，商湯科技在幫助市西中學(xué)進行AI實驗室建設(shè)時，也有所規(guī)劃，不但為市西提供了超速系統(tǒng)下的軟件、教學(xué)實驗平臺，開放了算法、部分接口，還為學(xué)生在動手組裝作品時提供功能模塊，使學(xué)生能享受到創(chuàng)造的無窮樂趣。

用責任感引領(lǐng)，更好地為未來作準備

對于市西中學(xué)來說，能在全市率先開出人工智能課，也是意料之中。

創(chuàng)建思維廣場，為高中生打造了面向未來的智慧的學(xué)習(xí)環(huán)境，并探索了一種嶄新的學(xué)習(xí)方式，這是市西的“思”與“變”；建設(shè)成19個實驗室，開設(shè)了近30門與科技直接相關(guān)的拓展型和研究型課程，如大氣環(huán)境監(jiān)測、靜態(tài)模型制作、手機APP開發(fā)等，規(guī)劃“市西智慧校園網(wǎng)”建設(shè)，使之成為實現(xiàn)網(wǎng)上課程管理、預(yù)約制、學(xué)生學(xué)習(xí)經(jīng)歷記錄、學(xué)分制和績點制等項目的保證，這是市西的“創(chuàng)”與“新”。

規(guī)劃中清晰地呈現(xiàn)了學(xué)校“三步走”的路線圖：

第一步，廣泛開展人工智能科普活動，包括講座、知識競賽、文化游學(xué)等，目的是普及和提高學(xué)生對人工智能的認識。

第二步，開展課程學(xué)習(xí)與實驗室的同步建設(shè)，主要是開設(shè)人工智能的拓展型、研究型課程，目的是讓學(xué)生從基本的對人工智能原理、模塊功能的了解開始，逐步進入語言與算法的學(xué)習(xí)。

為了配合課程教學(xué)的開設(shè)，學(xué)校還計劃同步嘗試人工智能校本教材的設(shè)計與編寫，聘請專家學(xué)者開展教師的進修培訓(xùn)；進一步建設(shè)與人工智能課程配套的實驗室。

第三步，探索人工智能的學(xué)校教育教學(xué)管理，包括利用數(shù)據(jù)分析，對學(xué)生作業(yè)的錯誤進行分析，發(fā)現(xiàn)及推送相關(guān)的練習(xí)；利用人體骨骼分析軟件，進行學(xué)生體育動作的學(xué)習(xí)矯正等。

“市西中學(xué)地處上海中心城區(qū)，我們有理由成為教育前沿的探索者。也許我們還沒找到方向，也許能取得一點進展，但是這些探索，哪怕是為后來的成功者提供一個不算成功的案例，我們也值得。這就是我們的教育追求?！倍涞脑挃S地有聲，他進一步闡釋，“在這樣一個時代，我們學(xué)校所有教職工都要面向未來思考今天的教育，面向未來思考今天的學(xué)生需要為未來做怎樣的準備，怎樣去回應(yīng)智能化時代。開設(shè)人工智能課程，是市西面向未來教育的組成部分，是市西教育發(fā)展水到渠成的必然。”

AI改變教與學(xué)方式

人工智能從研究領(lǐng)域到教材轉(zhuǎn)換，再到進入課堂，對授課的老師來說，其難度不亞于跨越了一次鴻溝。為此，林勤和錢晉經(jīng)歷了兩次轉(zhuǎn)換過程。

第一次，參與教材編寫，將人工智能從技術(shù)版本轉(zhuǎn)換為教學(xué)語言，相當于做了一次“翻譯”?！捌鋵?，過去我也沒接觸過人工智能，所以花了很大力氣去學(xué)，基本是通過上網(wǎng)和到圖書館查資料，3個月里看了100多萬字，晚上常常學(xué)到兩三點?！绷智谡f，在學(xué)習(xí)的過程中，他最大的感觸是，對現(xiàn)代人來說，在哪里學(xué)、怎么學(xué)、如何學(xué)都不是問題，因為學(xué)習(xí)資源是不匱乏的，關(guān)鍵是肯不肯學(xué)。

第二次，如何將人工智能教材講得能讓學(xué)生聽懂，這就對老師提出了新的要求，考驗的是老師將“教材內(nèi)容轉(zhuǎn)變?yōu)檎n堂教學(xué)內(nèi)容”的創(chuàng)造力。林勤介紹，市西現(xiàn)在的教學(xué)團隊，雖然還處于剛剛起步的階段，但“先天條件”很好，“我們已經(jīng)讓科技老師、物理老師、計算機老師做好了準備，他們即將走上人工智能課的舞臺當‘演員’，老師也需要邊做邊學(xué)?！?/p>

大學(xué)里曾學(xué)過圖像識別的錢晉，在備課和撰寫教案時始終堅持這樣的方向：人工智能課雖然涉及一些高深的數(shù)學(xué)知識，但這些理論的學(xué)習(xí)并不是教學(xué)的主要目的，學(xué)校主要想讓學(xué)生掌握人工智能的原理?！氨热缰v到深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，學(xué)生只需要知道如何把模型建立出來，怎樣調(diào)整。至于神經(jīng)元到底是怎樣連接的，我雖然也會涉及，但如果學(xué)生實在聽不懂，我覺得沒關(guān)系。”

課上，錢晉也仔細觀察了學(xué)生的反應(yīng)，“我們在不斷地觀察，哪些學(xué)生可以接受，哪些學(xué)生一點也不能接受，然后調(diào)整完善教學(xué)內(nèi)容?！辈豢煞裾J的是，確實有些學(xué)生數(shù)學(xué)基礎(chǔ)比較好，對人工智能應(yīng)用以及核心技術(shù)專業(yè)也很感興趣，“對于這樣的學(xué)生，我們一定要鼓勵他們繼續(xù)深入進行研究和探索?！?/p>

盡管人工智能課對老師提出了高標準，但從目前來看，實際開設(shè)后的效果是不錯的。林勤告訴記者，利用人工智能，至少可以把現(xiàn)有學(xué)校的科技活動和科技教育的內(nèi)容做一系列提升整合。

比如，現(xiàn)在從小學(xué)到高中都有機器人課，這些機器人有線控的，也有遙控的，還有利用傳感器程序控制的，但進入人工智能時代的機器人，或是聲控或是手勢控制，其科技含量和功能本身就會自動提升，對于學(xué)校未來的科技課程群，會有一個新的整合。

在董君武看來，學(xué)校的人工智能課程建設(shè)不僅要面向?qū)W生、面向這門課的老師，還要面向全校教師開展教師的大培訓(xùn)。“我們要從人工智能拓展開去，因為如果從本質(zhì)上剖析人工智能，其最核心、最基本的原理，比如圖像識別的預(yù)處理、特征提取、分類、比對等過程，其實就是機器模仿人類的學(xué)習(xí)過程。如果老師理解后，再把想法傳遞給學(xué)生，讓學(xué)生應(yīng)用到自己的學(xué)習(xí)中，對提高學(xué)習(xí)效率大有幫助。”

2018年，市西中學(xué)建成A I實驗室，并正式面向?qū)W生開設(shè)AI課程，除了向?qū)W生普及AI基礎(chǔ)知識，引導(dǎo)學(xué)生開展AI技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，還有兩項研究任務(wù)，一是運用AI技術(shù)，通過學(xué)生外顯的行為，準確分析跟蹤學(xué)生的思維、情感、注意力、勞逸程度等身心狀況，對學(xué)生的學(xué)習(xí)進行精準的個性化指導(dǎo)。二是引導(dǎo)學(xué)生將理解掌握智能機器人的“學(xué)習(xí)原理”，應(yīng)用到學(xué)習(xí)過程中，從而更好地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效能。這兩項任務(wù)的實踐進展，必將更好地引領(lǐng)教育走進新時代——教育AI時代。