華東師范大學(xué)教授陳玉琨。資料圖片
近年來，人工智能領(lǐng)域發(fā)展持續(xù)升溫，人才短缺現(xiàn)狀受到關(guān)注。國務(wù)院于2017年7月發(fā)布的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》提出，“實施全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”，為人工智能教育賦予了新的任務(wù)。
近日，我國第一本面向中學(xué)生的人工智能教材——《人工智能基礎(chǔ)(高中版)》正式發(fā)布。人工智能課程進入了高中課堂。這本教材具有哪些特點?中小學(xué)教師、學(xué)生應(yīng)該為人工智能教育進課堂做哪些準(zhǔn)備?中學(xué)階段人工智能教育與大學(xué)有何不同，其開展的必要性是什么?帶著問題，記者專訪了教材主編之一，華東師范大學(xué)終身教授、慕課中心主任陳玉琨。
人工智能教材走進中學(xué)課堂
記者： 您與湯曉鷗教授共同主編出版了國內(nèi)第一本中學(xué)人工智能教材，出版這本教材的背景是什么?
陳玉琨： 人工智能(Artificial Intelligence)正在全球迅速崛起，已經(jīng)影響了我們生活的方方面面。不久前，阿爾法狗(AlphaGo)和阿爾法狗元(AlphaGo Zero)以無可爭辯的能力戰(zhàn)勝了李世石、柯潔等人類圍棋高手，名噪一時;30多種語言的互譯超乎人的想象;在攻克癌癥的領(lǐng)域，人工智能也大顯身手……人們因此真正感受到人工智能時代已經(jīng)到來，它改變我們生活的節(jié)奏會越來越快。
2017年7月，國務(wù)院發(fā)布《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，特別強調(diào)“加快人工智能創(chuàng)新應(yīng)用”。文件要求：“利用智能技術(shù)加快推動人才培養(yǎng)模式、教學(xué)方法改革，構(gòu)建包含智能學(xué)習(xí)、交互式學(xué)習(xí)的新型教育體系”“實施全民智能教育項目，在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程”，這給人工智能教育提出了新的任務(wù)。
記者： 該教材目前的使用情況及使用計劃如何?
陳玉琨： 在《人工智能基礎(chǔ)(高中版)》編寫過程中，上海市西中學(xué)已采用選修課形式開設(shè)了相關(guān)課程，受到學(xué)生的歡迎。截至教材發(fā)布時，全國有40余所知名高中加入了華東師范大學(xué)慕課中心“人工智能教育實驗基地校”，目前還有更多的高中期望加入，他們對人工智能課程的開設(shè)抱有極大熱情。
我們希望由點到面、輻射全國去推廣這本教材，以40所人工智能實驗基地校引領(lǐng)全國高中，推動我國高中教育信息化與智能化的發(fā)展;同時開發(fā)《人工智能基礎(chǔ)(高中版)》的線上版本，取得線上線下結(jié)合、動手動腦并重、間接知識掌握與直接知識獲得相統(tǒng)一的高中教育新經(jīng)驗。
記者： 從中學(xué)教育角度而言，該教材的出版會對人工智能學(xué)科的建設(shè)和發(fā)展起到哪些作用?
陳玉琨： 該教材以“手腦結(jié)合”為主要學(xué)習(xí)方式，注重間接知識與直接知識的融合，在給學(xué)生提供必要的基礎(chǔ)知識后，特別設(shè)計了22個實驗，需要學(xué)生動手去做。我們作為教材的編者特別希望學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中能發(fā)揮出獨特的想象力，設(shè)計出在高中階段有限時間內(nèi)能完成的項目，并動手將其轉(zhuǎn)化為獨具特色的作品，在這一過程中享受到創(chuàng)造的無窮樂趣。
教材，尤其是中學(xué)與大學(xué)的理科教材，是以概念、原理及其相互關(guān)系的闡述為主要內(nèi)容的，它已經(jīng)隱去了這些概念與原理是如何被科學(xué)家所發(fā)現(xiàn)的、它們在現(xiàn)實生活中有哪些用處等內(nèi)容。而這些概念與原理及其相互關(guān)系的闡述就被稱為“間接知識”。學(xué)習(xí)者不可能重復(fù)科學(xué)家所有的發(fā)現(xiàn)過程，所以“間接知識”的傳授有重要的價值，但如果在教學(xué)過程中能讓學(xué)生了解這些概念、原理及其相互關(guān)系是如何被發(fā)現(xiàn)的，它們在現(xiàn)實世界中有哪些作用，不僅會讓教材變得更加生動、讓學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣更加高漲，同時也會讓學(xué)生的思維與創(chuàng)造能力得到有效提升。
該教材不僅重視人工智能原理的介紹，更注重這些原理在生活中的運用。從這個角度來說，該教材的出版對其他學(xué)科的建設(shè)有示范與啟示意義。
人工智能課程對教育提出新挑戰(zhàn)
記者： 您認(rèn)為中學(xué)階段人工智能學(xué)科的教學(xué)目標(biāo)應(yīng)該如何定位?教師又應(yīng)該如何開展具體教學(xué)?
陳玉琨： 這本教材的重點在于普及人工智能的原理與技術(shù)，希望引起學(xué)生對人工智能學(xué)習(xí)的興趣。當(dāng)然，我們也期望能為高等學(xué)校培養(yǎng)一批人工智能領(lǐng)域的拔尖人才奠定基礎(chǔ)。
如前所述，我們更希望通過本教材的教學(xué)，創(chuàng)造出能將“間接知識”與“直接知識”相融合的教學(xué)經(jīng)驗，促進我國課程與教學(xué)的改革，這也是我們希望教師在教學(xué)過程中特別注意的，這一經(jīng)驗的創(chuàng)造需要一線教師的艱苦努力。
記者： 開設(shè)人工智能課程是否會對教師的教學(xué)水平和知識結(jié)構(gòu)提出新的挑戰(zhàn)?中學(xué)教師該如何應(yīng)對?
陳玉琨： 人工智能是近幾年剛剛引起人們高度關(guān)注的領(lǐng)域?？陀^地說，中學(xué)教師在該領(lǐng)域的知識儲備是不足的。不過，在一個學(xué)習(xí)型社會，知識儲備不足不是最重要的問題，只要教師有進一步學(xué)習(xí)的愿望和能力就行。
為幫助教師克服知識儲備不足的問題，華東師范大學(xué)慕課中心近期將舉辦“人工智能教師研修班”，首先培養(yǎng)一批人工智能種子教師，希望以他們?yōu)橐I(lǐng)，逐步提升我國教師總體的人工智能素養(yǎng)。
記者： 與物理、化學(xué)、計算機等學(xué)科相比，人工智能課程是否對學(xué)生已有的知識儲備提出了新的要求?學(xué)生如何學(xué)好這門課程?
陳玉琨： 在我國中學(xué)，物理、化學(xué)與計算機等學(xué)科的教學(xué)都遵循“循序漸進”的原則，這一模式已經(jīng)成為學(xué)校教育的常態(tài)。然而，人工智能領(lǐng)域的學(xué)術(shù)與技術(shù)含量極高，尤其是一些算法需要用到高等數(shù)學(xué)的知識，這已經(jīng)超出了高中生掌握的數(shù)學(xué)知識范疇，有些甚至超出了大學(xué)本科的范疇。為了幫助學(xué)生深入了解和掌握人工智能的原理，本教材對這部分算法只做定性介紹，其定量部分留待學(xué)生日后鉆研。這些算法已在相關(guān)教學(xué)實驗平臺上開放，供學(xué)生動手時調(diào)用。
教材的設(shè)計充分考慮了“循序漸進”與“留有余地”兩者之間的平衡。所謂“留有余地”就是給一些對人工智能特別感興趣的學(xué)生留有拓展學(xué)習(xí)的余地，就是給一些有奇思妙想的學(xué)生異想天開留有余地，就是給不同的學(xué)生留有各種不同的發(fā)展空間。
我們認(rèn)為興趣是最好的老師，異想天開是創(chuàng)造真正的開始，學(xué)習(xí)同一本教材不必也不可能收獲同樣的結(jié)果。因此，編者特別鼓勵學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中進行師生之間、生生之間的互動，相互質(zhì)疑、挑戰(zhàn)。教師能夠引導(dǎo)學(xué)生提出具有挑戰(zhàn)性的問題是教學(xué)的成功，學(xué)生能問倒老師是學(xué)習(xí)的真正開始。
記者： 大約在15年前，計算機基礎(chǔ)作為選修課進入了中學(xué)課堂，而今天，人工智能也來到了中學(xué)課堂。您如何看待“在中學(xué)教育階段開展新興技術(shù)課程”這一現(xiàn)象?
陳玉琨： 信息技術(shù)走進課堂，為提升學(xué)生信息素養(yǎng)發(fā)揮了很大的作用，也為今天人工智能課程進入中小學(xué)奠定了基礎(chǔ)，因為人工智能是以互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和云計算為基礎(chǔ)的。國務(wù)院《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》談及人工智能教育時，也特別強調(diào)“在中小學(xué)階段設(shè)置人工智能相關(guān)課程，逐步推廣編程教育，鼓勵社會力量參與寓教于樂的編程教學(xué)軟件、游戲的開發(fā)和推廣”。
人工智能教材應(yīng)適合學(xué)生年齡特點
記者： 高等教育階段人工智能學(xué)科的教學(xué)應(yīng)該如何開展，與該課程在中學(xué)的教學(xué)有哪些相同和不同之處?
陳玉琨： 在編寫教材的過程中，編寫組除特別強調(diào)教材的原創(chuàng)性與科學(xué)性外，還特別關(guān)注教材的可學(xué)性。對于教材來說，可學(xué)性是編寫成功的重要指標(biāo)。
可學(xué)性在學(xué)習(xí)論的意義上包括三方面含義：第一，在特定的年齡階段與知識基礎(chǔ)上可學(xué)。同樣是《人工智能基礎(chǔ)》，高中版與初中版會有很大不同，因為學(xué)生的知識儲備不同、理解能力不同。第二，在規(guī)定的時間內(nèi)可學(xué)。學(xué)生在特定的學(xué)段，其學(xué)時總是有限的，在學(xué)習(xí)人工智能課程的同時，還有很多其他課程等著他們，他們需要在學(xué)習(xí)人工智能與其他課程之間找到恰當(dāng)?shù)钠胶?。如果他們有更多的時間，當(dāng)然他們就能學(xué)得更多、更好。第三，大多數(shù)學(xué)生可學(xué)，而不是僅有2%至3%的“精英”或者在該領(lǐng)域有天賦的學(xué)生可學(xué)。
在充分考慮現(xiàn)實情況的基礎(chǔ)上，本教材力求做到適合學(xué)生的年齡特點、通俗易懂、圖文并茂、生動活潑。概括來說，中小學(xué)人工智能課程的學(xué)習(xí)，感性成分會多一些，而在高等學(xué)校，尤其是在高等學(xué)校人工智能專業(yè)，學(xué)習(xí)需要更深入、抽象，因而也更理性。中小學(xué)學(xué)生學(xué)習(xí)人工智能重在“手腦并重”，而高校學(xué)生一定要把學(xué)習(xí)與研究結(jié)合起來。