人工智能進(jìn)課堂，探索教育新模式

孫冰

2017年國務(wù)院發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中提出“在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”。人工智能教育可以培養(yǎng)學(xué)生的興趣，為未來儲備和培養(yǎng)人才奠定良好的基礎(chǔ)?！白尯⒆觽?yōu)橹悄軙r(shí)代的到來做好生活、就業(yè)和能力的準(zhǔn)備，是當(dāng)今教育的重要命題。”教育部部長陳寶生在國際人工智能與教育大會上的主旨發(fā)言中指出。

在人工智能教育領(lǐng)域，全國許多中小學(xué)積極進(jìn)行嘗試與探索，其中一些學(xué)校形成了獨(dú)具特色的教學(xué)模式、課程體系和師生關(guān)系，并且取得了一系列教學(xué)成果。

教學(xué)模式：全體普及 ，少數(shù)深入

人工智能是一個(gè)綜合的技術(shù)含量很高的領(lǐng)域，很多知識已經(jīng)超出了中學(xué)生的學(xué)習(xí)范圍，但這并不妨礙有興趣的中學(xué)生深入了解人工智能的原理和發(fā)展方向。“在我教授的‘智能機(jī)器人’課程中，有的學(xué)生利用攝像頭和智能車硬件，通過深度學(xué)習(xí)算法了解人臉識別和物體檢測的知識，進(jìn)而通過物體檢測來控制智能車的運(yùn)動并完成抓取任務(wù)（圖1）?！?中國人民大學(xué)附屬中學(xué)（以下簡稱“人大附中”）通用技術(shù)教師蘇曉靜說。

人大附中邀請人工智能專家、教育專家、一線教師、高新技術(shù)企業(yè)人員組成學(xué)校人工智能教育課程研發(fā)團(tuán)隊(duì)，結(jié)合學(xué)校實(shí)際情況，從面向全體的普及教育，到部分學(xué)生選修的跨學(xué)科實(shí)踐應(yīng)用，再到少數(shù)人的深入動手做研究，形成了獨(dú)具特色的教學(xué)模式。

課程體系：聚焦育人目標(biāo) ，關(guān)注學(xué)生發(fā)展需求

“在人工智能課程建設(shè)上，一是要聚焦育人目標(biāo)，提升學(xué)生的創(chuàng)新思維、工程思維;二是課程體系要充分挖掘?qū)W生的潛力，滿足學(xué)生的興趣需求?！痹谡劦綄W(xué)校人工智能課程特色時(shí)，蘇曉靜說。

在蘇曉靜執(zhí)教的“機(jī)器人與人工智能”課上，有一組同學(xué)對黑白電影和視頻著色問題非常感興趣。他們開展了“基于對抗網(wǎng)絡(luò)的視頻優(yōu)化”研究，經(jīng)過多方面的對比與學(xué)習(xí)，最終選用了能夠出色完成圖片著色處理的DeOldify工具，進(jìn)行黑白視頻的優(yōu)化（圖2），并取得了不錯(cuò)的研究效果。

人大附中開設(shè)了智能機(jī)器人、機(jī)器人與人工智能、數(shù)據(jù)挖掘、計(jì)算機(jī)視覺、無人駕駛、圖像處理、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等20余門課程（圖3），并且根據(jù)實(shí)踐梳理了金字塔形的中小學(xué)“STEAM+人工智能教育”課程體系，構(gòu)建了基于人工智能技術(shù)發(fā)展框架的計(jì)算智能、感知智能、認(rèn)知智能等幾個(gè)層次相對應(yīng)的中小學(xué)人工智能教育課程體系?！罢n程體系體現(xiàn)了人工智能技術(shù)和各個(gè)學(xué)科的交叉創(chuàng)新，緊緊圍繞學(xué)生發(fā)展的核心素養(yǎng)，最終目標(biāo)是創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。當(dāng)然，這個(gè)課程體系還在不斷完善、發(fā)展過程中（圖4）?！?蘇曉靜說。

福建師范大學(xué)附屬小學(xué)創(chuàng)新人工智能的教育方式，將編程課程和德育課程緊密結(jié)合起來，開設(shè)了“靜雅校園行”“和小麥學(xué)編程”等校本課程，幫助學(xué)生學(xué)習(xí)和理解人工智能，并在學(xué)習(xí)中提高道德素養(yǎng)。

北京十一學(xué)校通過搭建智慧校園平臺，使每位學(xué)生都擁有屬于自己的定制課程表，滿足個(gè)性化學(xué)習(xí)需求。

師生關(guān)系：站在“巨人”的肩膀上

人工智能技術(shù)發(fā)展迅速，同時(shí)人工智能教育也在發(fā)生著變化。人大附中在實(shí)踐中逐步建立起新型師生關(guān)系：教師在教學(xué)過程中要鼓勵學(xué)生超越自己，并在學(xué)生研究的路上為學(xué)生搭建平臺，使其站在“巨人”的肩膀上。

蘇曉靜在教學(xué)過程中也始終營造這樣的師生關(guān)系。學(xué)生李鴻宇一直對無人駕駛技術(shù)感興趣，他通過自學(xué)開發(fā)了一款自動駕駛的游戲，并對自動駕駛領(lǐng)域有進(jìn)一步學(xué)習(xí)的欲望，但因?yàn)橛布妥陨砘A(chǔ)知識的原因而停滯。蘇曉靜聯(lián)系中科院自動化所的趙冬斌教授，為李鴻宇等6名學(xué)生赴自動化所進(jìn)行自動定位、路徑規(guī)劃與決策的研究搭建平臺，并參與智能駕駛科普平臺的開發(fā)與展示工作。該平臺在2018年北京科技周上精彩亮相。

教學(xué)成果：師生齊豐收

人工智能教育開展以來，據(jù)蘇曉靜介紹，在教學(xué)過程中學(xué)校涌現(xiàn)了一大批教學(xué)業(yè)務(wù)精湛、教學(xué)熱情高漲、對新技術(shù)感知敏銳的教師群體，他們在人工智能教育方面樂此不疲且收獲頗豐。

同時(shí)，在課程及項(xiàng)目研究過程中，大批學(xué)生的課題和項(xiàng)目取得優(yōu)秀成績。比如：《基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、級聯(lián)算法和卷積核分解的人臉識別簽到系統(tǒng)》《基于文本情緒分析的音樂推薦系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》《基于深度學(xué)習(xí)的三聚體蛋白質(zhì)相互作用預(yù)測》《基于腦機(jī)交互的駕駛疲勞檢測》等眾多課題研究，還有獲得北京市青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎的《老人智能伴侶機(jī)器人》項(xiàng)目等。

中小學(xué)人工智能教育任重而道遠(yuǎn)。雖然目前不乏上述成功的實(shí)踐案例，但是“一花獨(dú)放不是春，百花齊放春滿園”。隨著人工智能教育的發(fā)展，必將惠及更多的學(xué)生，促進(jìn)教育公平。