普及人工智能教育的思考與策略

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上海市電化教育館

人工智能作為新時(shí)代最具有革命性的技術(shù)之一，正在深刻推動(dòng)教育變革的進(jìn)程，影響教育發(fā)展的模式和業(yè)態(tài)。其中，《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》與《教育信息化2.0 行動(dòng)計(jì)劃》中均提出人工智能在教學(xué)、管理等方面的應(yīng)用與改革，要求構(gòu)建新型的教育體系。［1-2］由此可見，人工智能+教育的融合已然成為當(dāng)下教育變革關(guān)注的焦點(diǎn)與熱點(diǎn)。新時(shí)代背景下，亟須研究人工智能與教育的深度融合，探索普及人工智能教育的實(shí)施策略。

一、 人工智能的概念及歷史演變

（一） 人工智能的概念

目前，由明斯基（Marvin Minsky）和尼爾遜（N. J. Nilsson）提出的關(guān)于人工智能的定義是國(guó)際上慣用的，前者是將人工智能視為一門科學(xué)，指讓機(jī)器做那些人需要通過智能來做的任務(wù)；而后者則認(rèn)為人工智能是關(guān)于知識(shí)的科學(xué)，主要研究知識(shí)的表示、獲取及運(yùn)用。［3］在我國(guó)，較有代表性的定義由李德毅提出，他認(rèn)為人工智能就是探究人類智能活動(dòng)的機(jī)理和規(guī)則，以此構(gòu)造模擬人類智能行為的基本理論、方法與技術(shù)的智能體。這一人工智能體能完成通常由人的智能才能完成的任務(wù)，能像人一樣思考、行動(dòng)，并能對(duì)人的智能提升起到作用。

由此可見，人工智能在未來將長(zhǎng)期與人類社會(huì)形成協(xié)同共生的關(guān)系，人類智慧在推動(dòng)人工智能技術(shù)進(jìn)步的同時(shí)，技術(shù)發(fā)展也能釋放人類腦力的潛能。

（二） 人工智能的三次浪潮

1956 年，麥肯錫（John McCarthy）和明斯基在美國(guó)的達(dá)特茅斯學(xué)院發(fā)起的學(xué)術(shù)研討會(huì)議上，首次對(duì)人工智能的框架進(jìn)行了定義，拉開人工智能第一次浪潮的序幕。而艾倫·圖靈（Alan Turing）在1950 年提出著名的“圖靈測(cè)試”，是現(xiàn)在人工智能來判斷一個(gè)機(jī)器是不是有智能的依據(jù)，被認(rèn)為是對(duì)人工智能理論起到了奠基作用，圖靈本人也由此被稱為人工智能的先驅(qū)。

20 世紀(jì)70 年代，人工智能發(fā)展受制于計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度，使得其僅能解決一些簡(jiǎn)單的問題，在經(jīng)過快速發(fā)展期后很快進(jìn)入瓶頸期。到20 世紀(jì)80 年代，基于統(tǒng)計(jì)推理的新方法應(yīng)用，同時(shí)，語音識(shí)別及翻譯等技術(shù)取得較快發(fā)展，新一波的人工智能浪潮出現(xiàn)。但受制于算力和算法策略，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)未能得到長(zhǎng)效發(fā)展。此后，國(guó)際象棋博弈系統(tǒng)“深藍(lán)”擊敗了世界國(guó)際象棋大師，以此為開端帶動(dòng)了人工智能的廣泛應(yīng)用，但直到2000 年，人工智能與實(shí)際生活仍相距甚遠(yuǎn)。

人工智能發(fā)展進(jìn)入第三次浪潮是以深度學(xué)習(xí)技術(shù)的提出為標(biāo)志。第三次浪潮是借助神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)人工智能，由于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等的發(fā)展，使得依賴多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的深度學(xué)習(xí)逐漸變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。經(jīng)過這一次浪潮，人工智能在圖像、語音特征提取和模式識(shí)別等方面取得了較大進(jìn)展。

綜上，第一次與第二次人工智能浪潮依靠人類知識(shí)、邏輯推理、知識(shí)系統(tǒng)，采用指令編程，解決機(jī)器擅長(zhǎng)的抽象及形式化問題。而第三次人工智能浪潮通過數(shù)據(jù)和模型，利用數(shù)據(jù)編程，解決知識(shí)獲取和學(xué)習(xí)的自動(dòng)化問題。當(dāng)下，雖然新技術(shù)層出不窮，但人工智能與新技術(shù)可以相輔相成，可見人工智能仍將占據(jù)重要位置，并在未來不斷地發(fā)展。

二、 人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用

在技術(shù)逐漸成熟和智能時(shí)代趨勢(shì)的背景下，人工智能的技術(shù)進(jìn)步深刻地改變著人類生產(chǎn)、生活，以及學(xué)習(xí)的內(nèi)容、方式和結(jié)果，也同樣影響著教育變革的方式和進(jìn)程。人工智能在教育領(lǐng)域的應(yīng)用引發(fā)了諸多革新，其影響不容小覷。二者的融合創(chuàng)新，催生了教-學(xué)-管應(yīng)用的新模式、新形態(tài)，助推了教育現(xiàn)代化的實(shí)現(xiàn)。

（一） 在學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)方面，人工智能為實(shí)現(xiàn)個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)提供技術(shù)支撐

個(gè)性化自適應(yīng)學(xué)習(xí)為學(xué)習(xí)者提供差異性學(xué)習(xí)路徑，為創(chuàng)新人才的培養(yǎng)提供了更大的可能。從夸美紐斯（Jan Amos Komensky）提出班級(jí)授課制、學(xué)年制等伊始，到教育形式、形態(tài)受到技術(shù)的迅猛沖擊的當(dāng)下，基于人工智能的學(xué)習(xí)分析能夠支持面向每個(gè)人的個(gè)性化學(xué)習(xí)，適應(yīng)學(xué)生的個(gè)性化學(xué)習(xí)已成為教育領(lǐng)域的終極追求之一。

（二） 在教師教學(xué)方面，借由人機(jī)協(xié)同打造“超級(jí)教師”

人工智能的技術(shù)發(fā)展為教師的教學(xué)提供了技術(shù)支持。2020 年《地平線報(bào)告》中指出人工智能現(xiàn)已被用作教育服務(wù)和課程設(shè)計(jì)的一部分。人工智能的發(fā)展可以讓教師擺脫很多煩瑣性、機(jī)械性的重復(fù)工作，為教師的教育教學(xué)提供更多的技術(shù)便利，讓教師更多關(guān)注學(xué)生的成長(zhǎng)，從以關(guān)注學(xué)生知識(shí)累積為主轉(zhuǎn)向以關(guān)注學(xué)生價(jià)值觀培養(yǎng)為主。

（三） 在管理者決策方面，人工智能教育的應(yīng)用優(yōu)化了學(xué)校的管理流程與工作

通過人工智能技術(shù)可以對(duì)學(xué)校的人員、物件、教育教學(xué)等進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、指標(biāo)呈現(xiàn)、對(duì)比分析、鉆取轉(zhuǎn)換，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為有效信息，推動(dòng)傳統(tǒng)以經(jīng)驗(yàn)判斷為主的決策向以數(shù)據(jù)為支撐的科學(xué)決策轉(zhuǎn)變；對(duì)教育教學(xué)設(shè)備與業(yè)務(wù)流程的智能管控，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的科學(xué)使用，推動(dòng)業(yè)務(wù)流程的智能化、自動(dòng)化，提高管理效能。

三、 普及人工智能教育的實(shí)施策略

（一） 價(jià)值扭轉(zhuǎn)：改變注重技術(shù)應(yīng)用而忽視育人本質(zhì)的現(xiàn)實(shí)

在海德格爾的技術(shù)哲學(xué)中，技術(shù)被看作是一種解蔽方式，它將存在者帶入無蔽狀態(tài)的發(fā)生領(lǐng)域，進(jìn)入無蔽即真理領(lǐng)域這一特定領(lǐng)域，并在其中成其本質(zhì)。［4］實(shí)質(zhì)上，在海德格爾這里技術(shù)所關(guān)涉的是某一特定領(lǐng)域的價(jià)值。例如，人工智能在協(xié)助治病時(shí)是醫(yī)療技術(shù)，而在課堂上就成了智能教學(xué)系統(tǒng)。然而，目前人工智能+教育的融合所關(guān)注的焦點(diǎn)是技術(shù)在教育領(lǐng)域的應(yīng)用，而忽視了教育場(chǎng)域中育人的價(jià)值選擇與方向。因而，應(yīng)用AI 教育應(yīng)當(dāng)融入教育教學(xué)活動(dòng)過程中，回歸到教育教學(xué)目標(biāo)的最終落腳點(diǎn)。AI 教育應(yīng)用要強(qiáng)調(diào)的是技術(shù)是實(shí)現(xiàn)教育目的的手段之一，育人才是技術(shù)應(yīng)用的目的與追求。

聚焦到實(shí)際教育教學(xué)中，目前AI 教育表現(xiàn)出的偏差有兩個(gè)方面：一是人工智能的教育應(yīng)用成為一種形式，僅是為了應(yīng)用技術(shù)，各種新技術(shù)已然成為區(qū)域及學(xué)校教育教學(xué)創(chuàng)新的展示窗口。二是人工智能課程被開設(shè)成一門純粹的技術(shù)性課程。而中小學(xué)生的認(rèn)知水平還較低，知識(shí)基礎(chǔ)也不足，學(xué)習(xí)晦澀難懂的人工智能技術(shù)原理、數(shù)學(xué)基礎(chǔ)等對(duì)于這一認(rèn)知層次的學(xué)生來說教育價(jià)值被大打折扣。同時(shí)，伴隨而來的是人工智能課程的內(nèi)涵被無限放大，涵蓋3D 打印、機(jī)器人課程、創(chuàng)客課程等諸多內(nèi)容。

（二） 教育內(nèi)容編排：依照感知、體驗(yàn)、創(chuàng)新的邏輯

AI 教育內(nèi)容的設(shè)計(jì)是普及人工智能教育的核心策略之一，應(yīng)當(dāng)以學(xué)習(xí)者認(rèn)知發(fā)展規(guī)律為內(nèi)容設(shè)計(jì)的前提。依據(jù)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的規(guī)律和教育教學(xué)循序漸進(jìn)的邏輯，人工智能教育內(nèi)容整體上可以按照感知、體驗(yàn)、創(chuàng)新的層次展開（圖1）。

圖1 人工智能教育內(nèi)容邏輯層次

對(duì)于低年級(jí)，即在小學(xué)階段的學(xué)生群體，按照皮亞杰（Jean Piaget）的理論，這一時(shí)期的兒童認(rèn)知結(jié)構(gòu)正處于具體運(yùn)算階段，因此應(yīng)以興趣啟蒙為主，以故事、游戲的形式幫助兒童初步感知人工智能的相關(guān)原理與技術(shù)。在內(nèi)容編排上重在“感知”，要讓學(xué)生弄清什么是人工智能，人工智能技術(shù)的發(fā)展會(huì)給人類生活帶來哪些影響，人類怎樣與被“賦能”的機(jī)器溝通對(duì)話，以及如何運(yùn)用積極心態(tài)和行動(dòng)迎接人工智能時(shí)代的到來。在課程設(shè)計(jì)上要依托學(xué)生日常生活中經(jīng)常發(fā)生的案例故事和巧妙的活動(dòng)設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在線上線下親身體驗(yàn)人工智能的應(yīng)用。

初中階段，要注重在實(shí)踐中讓學(xué)生初步體驗(yàn)人工智能的具象，學(xué)生在做中學(xué)。在課程教學(xué)上要引導(dǎo)學(xué)生走近人工智能領(lǐng)域，通過動(dòng)腦和動(dòng)手相結(jié)合，在各種活動(dòng)中了解基本的人工智能原理，從機(jī)器會(huì)看、聽、說、想和做等多個(gè)維度來學(xué)習(xí)體驗(yàn)人工智能技術(shù)的廣泛用途。

高中階段，學(xué)生的抽象邏輯水平已發(fā)展到較高水平，因此可以更加關(guān)注學(xué)生創(chuàng)新能力的發(fā)展。通過設(shè)計(jì)項(xiàng)目實(shí)踐，以一個(gè)個(gè)環(huán)節(jié)的串聯(lián)，帶領(lǐng)學(xué)生深入探尋完成任務(wù)背后的各項(xiàng)人工智能技術(shù)的秘密，其中著重于算法的運(yùn)用。涉及數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、概率、邏輯等多學(xué)科的復(fù)雜系統(tǒng)，培養(yǎng)學(xué)生問題解決與實(shí)踐創(chuàng)新的綜合能力。

人工智能課程教育內(nèi)容不僅需要符合國(guó)家和地方培養(yǎng)人工智能創(chuàng)新人才的戰(zhàn)略部署，還應(yīng)符合兒童身心發(fā)展的規(guī)律和學(xué)生成長(zhǎng)的多元需求。

（三） 多元協(xié)同：構(gòu)建及實(shí)施人工智能立體課程

課程實(shí)施是將課程設(shè)計(jì)與計(jì)劃付諸實(shí)踐，將書面的課程轉(zhuǎn)化為具體教學(xué)實(shí)踐的過程［5］，因而課程實(shí)施可以最快速地實(shí)現(xiàn)教育需求。人工智能課程的實(shí)施可以為人工智能學(xué)習(xí)提供立體交互式的課程資源。

1. 實(shí)施基礎(chǔ)，構(gòu)建全學(xué)段人工智能課程體系

基礎(chǔ)教育是為育人打下基礎(chǔ)的階段，學(xué)生的人工智能素養(yǎng)的培養(yǎng)非短期教育的結(jié)果，人工智能相關(guān)思維與能力的培養(yǎng)應(yīng)做好統(tǒng)籌規(guī)劃、逐步實(shí)施。在人工智能課程教材或讀本開放的基礎(chǔ)上，將人工智能課程循序漸進(jìn)貫穿于小學(xué)、初中、高中全學(xué)段。

全學(xué)段的人工智能課程開設(shè)能夠做到“瞻前顧后”與“承上啟下”，形成立體化體系，有助于學(xué)生人工智能素養(yǎng)和關(guān)鍵能力的持續(xù)提升。

2. 多元協(xié)作，形成課程開設(shè)資源包

人工智能課程的實(shí)施需要打造多方參與、多元協(xié)作、運(yùn)作高效的人工智能課程開設(shè)團(tuán)隊(duì)。通過專家、教師、技術(shù)團(tuán)隊(duì)分工協(xié)作，專家配合完成資源審查和課程開設(shè)指導(dǎo)等工作；教師進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)和課件制作，完成相關(guān)課程的錄制工作；技術(shù)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)課程的攝像和錄制，現(xiàn)場(chǎng)活動(dòng)的拍攝，負(fù)責(zé)課程視頻的后期動(dòng)畫制作、字幕制作等優(yōu)化工作。由此，形成合力搭建人工智能立體課程，形成優(yōu)質(zhì)的課程資源包（圖2），為其他學(xué)校的人工智能課程開設(shè)提供有效經(jīng)驗(yàn)和資源包支持。

圖2 人工智能立體課程資源建設(shè)路徑圖

3. 優(yōu)化調(diào)整，在實(shí)踐中探索有效課程開設(shè)模式

課程實(shí)施不是一蹴而就的，需要結(jié)合實(shí)踐反饋不斷優(yōu)化調(diào)整，繼而更好地指導(dǎo)人工智能課程教學(xué)實(shí)踐，做到從實(shí)踐中來再到實(shí)踐中去，形成良性循環(huán)的課程開設(shè)與實(shí)施模式。

針對(duì)某一課程內(nèi)容，教師可以不斷地對(duì)已錄制的課程提出修改意見，以促其完善；及時(shí)總結(jié)課程開設(shè)實(shí)施過程中的問題與經(jīng)驗(yàn)，在下一階段的工作中及時(shí)調(diào)整與完善。

（四） 項(xiàng)目化運(yùn)作：課程設(shè)計(jì)實(shí)施的新模式

人工智能課程的實(shí)施，以構(gòu)建立體交互式的課程體系為目標(biāo)，凸顯課程育人功能。在具體實(shí)施上通過項(xiàng)目化運(yùn)作可以促進(jìn)多方協(xié)作，充分發(fā)揮跨專業(yè)的針對(duì)性。

為突破傳統(tǒng)課程實(shí)施模式，開創(chuàng)依托新時(shí)代信息技術(shù)支撐的立體課程，需要統(tǒng)籌部署，制定人工智能課程實(shí)施方案，即建資源+建平臺(tái)+建隊(duì)伍。建資源是指在項(xiàng)目初期，準(zhǔn)備一批教案、課件、實(shí)錄視頻、AI 視頻等全媒體資源，供試點(diǎn)學(xué)校參考；建平臺(tái)是指通過資源匯聚，搭建平臺(tái)基座，支持第三方資源、工具、程序以插件方式接入，為課程學(xué)習(xí)搭建好在線教學(xué)平臺(tái)；建隊(duì)伍是指通過平臺(tái)賦能教師發(fā)展，進(jìn)而“種子”教師投入資源再次開發(fā)，以此形成良性循環(huán)模式。最后實(shí)現(xiàn)教育資源整合、內(nèi)容研發(fā)、教學(xué)實(shí)施、評(píng)估檢測(cè)一條龍配套設(shè)計(jì)，通過項(xiàng)目化的運(yùn)作形成一批優(yōu)質(zhì)課程資源包，探索人工智能課程開設(shè)有效的新模式。