文/翟小寧 中國人民大學(xué)附屬中學(xué)校長

武 迪 中國人民大學(xué)附屬中學(xué)

面向未來，重構(gòu)人才培養(yǎng)模式

文/翟小寧 中國人民大學(xué)附屬中學(xué)校長

武 迪 中國人民大學(xué)附屬中學(xué)

在人們最關(guān)注的醫(yī)療領(lǐng)域，最新研究表明在多項醫(yī)療子領(lǐng)域的人機(jī)大戰(zhàn)記分牌中，除了一般性診斷，人工智能已經(jīng)明顯占優(yōu)。在教育方面，人工智能參加了今年的高考，且表現(xiàn)不俗；在教育評價方面，機(jī)器人也開始嶄露頭角—今年湖北襄陽嘗試引入人工智能參與中考作文評閱工作；多地開始試點(diǎn)人工智能評分口語考試；安徽的國家普通話水平考試已經(jīng)使用機(jī)器人考官；在不久的將來，全科的主觀問答題可能也將實(shí)現(xiàn)智能閱卷。這給我們提出了一個再也不能回避的問題：當(dāng)人工智能比人考得更好，評價更準(zhǔn)確時，中學(xué)教育該向何處去？該怎樣培養(yǎng)未來人才？

重構(gòu)人工智能教育課程體系

中國人民大學(xué)附屬中學(xué)在今年10月份組織了中小學(xué)人工智能課程建設(shè)專家座談會，邀請了來自清華、北大、中科院、航天科技、人工智能前沿企業(yè)等十幾位專家教授前來指導(dǎo)。在專家們的指導(dǎo)建議下，結(jié)合人大附中實(shí)踐，從面向全體的普及教育，到部分選修的跨學(xué)科實(shí)踐應(yīng)用，再到少數(shù)的深入動手做研究，梳理了金字塔形的中小學(xué)“STEAM+人工智能教育”課程體系，重構(gòu)了與人工智能本身感知、認(rèn)知、創(chuàng)新三個層次相對應(yīng)中小學(xué)人工智能教育課程體系。（見圖1）

感知層：中小學(xué)普及教育。感知層，即中小學(xué)普及教育，重在培養(yǎng)基本的“人工智能+”思維和興趣。這一層次具體落地于中小學(xué)信息技術(shù)課，將高質(zhì)量科普資源融入日?？茖W(xué)課、信息課和一些選修課。把人工智能內(nèi)容滲透到常規(guī)課堂的引入環(huán)節(jié)，介紹人工智能推動各學(xué)科領(lǐng)域發(fā)展的前沿成果，培養(yǎng)學(xué)生的交叉學(xué)科創(chuàng)新思維。

圖1

我們的“STEAM+”人工智能普及教育的核心要素之一是建模仿真教育。人工智能有三個支柱——大數(shù)據(jù)、計算能力和建模算法。而中學(xué)階段最能夠落地培養(yǎng)的就是建模和算法，這也是數(shù)學(xué)和信息這兩塊新課標(biāo)的直接體現(xiàn)。因此，“人工智能+”人才培養(yǎng)的第一步，就是培養(yǎng)其建模和仿真這一核心競爭力。在人大附中，數(shù)學(xué)和信息教研組建立了強(qiáng)大的教學(xué)共同體。（見圖2）

建模仿真能力的培養(yǎng)，不僅落實(shí)在課堂，也滲透在普及性的建模活動和比賽中。比如，人大附中學(xué)生在參加國際數(shù)學(xué)建模挑戰(zhàn)賽時，就新高考下的排課問題深入挖掘數(shù)據(jù)，建立模型，考慮了各種約束條件和優(yōu)化因素，提出了一種新高考排課問題的智能解決方案，榮獲中華區(qū)特等獎。

人大附中在建模仿真能力的普及性培養(yǎng)過程中，還充分融合國際課程精華，如IBDP國際文憑項目，其培養(yǎng)目標(biāo)是終身教育、全人培養(yǎng)，其課程體系中，建模能力培養(yǎng)不是局限在數(shù)學(xué)課上，各個學(xué)科都放入實(shí)實(shí)在在的課程內(nèi)容，如計算機(jī)科學(xué)課程中，建模仿真是課程模塊之一，高等級要求60個學(xué)時，標(biāo)準(zhǔn)等級要求45個學(xué)時。學(xué)校重視建模能力和跨學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)，融入國際課程精華，創(chuàng)新本土課程，開設(shè)各種類型和層次的建模相關(guān)選修課，普及“STEAM+人工智能教育”，為“人工智能+跨學(xué)科”人才培養(yǎng)打下很好的基礎(chǔ)。

圖2

認(rèn)知層：跨學(xué)科應(yīng)用實(shí)踐。第二層是認(rèn)知層，重在跨學(xué)科應(yīng)用實(shí)踐。Gartner咨詢公司預(yù)測2018年人工智能將滲透至幾乎任意領(lǐng)域。這意味著隨著人工智能的應(yīng)用，學(xué)科基礎(chǔ)也要求交叉創(chuàng)新整合。這與STEAM教育理念完全吻合，因此，STEAM整合跨學(xué)科創(chuàng)新是人工智能教育的絕佳實(shí)踐應(yīng)用平臺。比如在計算機(jī)課上，讓學(xué)生與視覺藝術(shù)選修課的同學(xué)合作開發(fā)DIY智能濾鏡軟件，把人工智能項目式學(xué)習(xí)的具體目標(biāo)落實(shí)到STEAM各個學(xué)科領(lǐng)域。此外，科學(xué)跨學(xué)科綜合實(shí)踐活動是以建模為核心的“STEAM+AI”解決實(shí)際問題的高質(zhì)量學(xué)習(xí)平臺，即不同學(xué)科的同學(xué)組成一個小組，從不同學(xué)科角度分析同一個問題，建立模型，通過團(tuán)隊合作，解決實(shí)際問題。

在國際文憑項目的核心課中，創(chuàng)新服務(wù)實(shí)踐活動，拓展論文和跨學(xué)科認(rèn)識論都需要學(xué)生用跨界思維解決實(shí)際問題，對“人工智能+X”的人才培養(yǎng)具有積極推動作用。“人大附中援疆團(tuán)隊”，以自己的力量，做智能定制教育，做教育均衡。學(xué)生自己建立網(wǎng)絡(luò)課程平臺，個性化、定制化自主設(shè)計課程，初步探索“人人為師，能者為師”這一“人工智能+”時代下的教育新模式。成功地幫助了別人，也提高了自己，在全人培養(yǎng)的道路上自主前進(jìn)了一步。

認(rèn)知層的教學(xué)，可以在技術(shù)課及選修課中將人工智能開放平臺介紹給學(xué)生，學(xué)生可以利用這些開放平臺，做自己的跨學(xué)科實(shí)踐應(yīng)用。比如周涵之同學(xué)參加IEEE優(yōu)必選中國機(jī)器人大賽獲得銀獎的兒童陪護(hù)機(jī)器人，就使用了曠視科技開放的人臉識別平臺。比如，《探索人工智能的奧秘》的研學(xué)課，同學(xué)們利用開源代碼，實(shí)現(xiàn)、創(chuàng)新并展示了三個人工智能小項目——手寫算式自動計算、圖片藝術(shù)風(fēng)格化和物體檢測識別，將人工智能應(yīng)用到實(shí)際生活。再比如，8月底閉幕的“登峰杯”數(shù)據(jù)挖掘全國總決賽中，全國15支隊伍進(jìn)入總決賽，人大附中占7席，其中有三支隊伍獲得了一等獎。他們研究的問題其實(shí)都是跨學(xué)科的、貼近生活的問題，比如奧運(yùn)會獎牌榜預(yù)測和電視劇收率的預(yù)測問題。從建模仿真，到人工智能，到STEAM，都具有跨學(xué)科的本質(zhì)特點(diǎn)。培養(yǎng)未來“人工智能+X”復(fù)合型人才，一定是各學(xué)科老師的合作創(chuàng)新，形成跨學(xué)科教學(xué)共同體。

創(chuàng)新層：研究與創(chuàng)新。第三層是研究與創(chuàng)新。目前，我們的學(xué)生已經(jīng)能夠?qū)⑷斯ぶ悄芩惴☉?yīng)用到其他領(lǐng)域進(jìn)行交叉創(chuàng)新。例如朱星宇同學(xué)將機(jī)器學(xué)習(xí)算法與天體物理課題相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了光譜分類速度數(shù)量級上的突破。他還是人工智能兩門課的課程助教，深入淺出地給學(xué)弟學(xué)妹們把人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)講得非常清楚，并且手把手帶著他們進(jìn)行實(shí)踐——這是對學(xué)生創(chuàng)新能力的另一維度的培養(yǎng)。我們還把學(xué)生送到人工智能公司進(jìn)行實(shí)習(xí)。今年剛畢業(yè)的科學(xué)實(shí)驗班學(xué)生孫逸瀟，之前推薦他去曠視科技實(shí)習(xí)，7個月下來，他獲得了公司團(tuán)隊很高的評價。他總結(jié)說，激情、自學(xué)能力和團(tuán)隊溝通能力是實(shí)習(xí)過程與課堂學(xué)習(xí)最不同的地方。我們把學(xué)校的拓展、特長類課程與產(chǎn)業(yè)界、學(xué)術(shù)界鏈接起來，給同學(xué)們提供更加廣闊的平臺。

“STEAM+人工智能教育”需要在師資、課程和學(xué)生三方面建立起中小學(xué)開源共創(chuàng)聯(lián)盟。為此，在師資上，我們建立了校內(nèi)外交流和跨學(xué)科合作，計劃牽頭建立中小學(xué)人工智能專委會，推進(jìn)中小學(xué)AI課程開發(fā)和學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。學(xué)校秉承開放共享的理念，在課程上集合大家的智慧共同進(jìn)步。學(xué)生也通過課程、社團(tuán)平臺，自主開發(fā)在線課程平臺構(gòu)建未來學(xué)習(xí)共同體。

放手，讓學(xué)生不走尋常路

2017年北京市進(jìn)入高中新一輪的課程改革。高一的孩子現(xiàn)在是16歲左右。到2020年，當(dāng)他們進(jìn)入高等學(xué)校的時候，正是我國小康社會建成之際；到2035年，他們30多歲；到2049年，他們將近50歲。可以說，現(xiàn)在的高中生，他們?nèi)松凶钅軌虬l(fā)揮聰明才智的黃金時期，也是中華民族偉大復(fù)興的關(guān)鍵時期，我們現(xiàn)在的教育決定著未來人才的質(zhì)量，所以我們要著眼未來，立德樹人，為國育才。

人大附中長期以來，堅持扎根中國、融通中外、立足時代、面向未來，不斷創(chuàng)新育人模式，積極探索“互聯(lián)網(wǎng)+”“人工智能+”背景下的課程改革，一大批畢業(yè)校友已經(jīng)成長為世界人工智能領(lǐng)域的重要力量，剛畢業(yè)的學(xué)生正在人工智能領(lǐng)域嶄露頭角，而更多的在校生比以往更早、更快地進(jìn)入“人工智能+X”領(lǐng)域，他們的創(chuàng)新創(chuàng)造力得到激發(fā)，獲得了可貴的經(jīng)驗與成績。

案例一：朱星宇——一個中學(xué)生的人工智能之路

朱星宇是人大附中2011級早培班的一名學(xué)生，現(xiàn)在在高三出國班上課。他在學(xué)校的身份不只是學(xué)生，同時也是計算機(jī)視覺與深度學(xué)習(xí)研學(xué)和人工智能與數(shù)據(jù)挖掘校本選修課的助教，負(fù)責(zé)兩門課的幾乎全部編程技術(shù)以及部分理論知識的教學(xué)。但不了解他的人不知道，現(xiàn)在距離他開始系統(tǒng)性學(xué)習(xí)Python編程才剛剛一年左右。

在2016年9月，因為參加數(shù)學(xué)建模比賽的需求，他選擇了高級數(shù)學(xué)建模作為校本選修。在這門課上，他的老師是比他大一屆的學(xué)長孫逸瀟同學(xué)。之前，他只會一些簡單的C語言，可以被認(rèn)為是沒有什么基礎(chǔ)。但是在學(xué)長的帶領(lǐng)下，他很快掌握了Python的基本功能與語法，這是一門對他來說全新的編程語言。開始學(xué)習(xí)Python一個月后，他就直接參加了HiMCM的數(shù)學(xué)建模比賽，負(fù)責(zé)組內(nèi)所有程序的編寫。雖然因為經(jīng)驗不豐富，比賽的結(jié)果并不完美，但是這個經(jīng)歷讓他深入建模與算法的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，為之后的人工智能研究與創(chuàng)新打下了基礎(chǔ)。

在2017年1月，他開始準(zhǔn)備“登峰杯”數(shù)據(jù)挖掘競賽。準(zhǔn)備期間，在老師的引導(dǎo)與自學(xué)下，他接觸到了深度學(xué)習(xí)，一種較為流行的機(jī)器學(xué)習(xí)算法，并且開始著迷于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以控制結(jié)構(gòu)又無法詳細(xì)了解運(yùn)算過程的“黑箱”特質(zhì)。在初賽中他和他的隊友們使用深度學(xué)習(xí)算法，綜合歷屆奧運(yùn)會的獎牌榜數(shù)據(jù)以及各個參賽國家的經(jīng)濟(jì)、國民體質(zhì)、財政投入情況等大量的數(shù)據(jù)得到了一種預(yù)測奧運(yùn)會獎牌榜的算法。他們團(tuán)隊的準(zhǔn)確率甚至超過了網(wǎng)上公布的預(yù)測排行榜中最準(zhǔn)確的使用傳統(tǒng)方法進(jìn)行分析預(yù)測的高盛集團(tuán)。他們通過通訊賽選拔，順利進(jìn)入了全國總決賽。在2017年8月舉辦的全國總決賽上，他們依然使用了深度學(xué)習(xí)算法，對電視劇在線播放與電視端收視率進(jìn)行了預(yù)測，在可靠的模型和堅實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，他們的團(tuán)隊又順利拿到了總決賽的一等獎。

得力于人大附中早培班提供的研修平臺，朱星宇在八年級的時候就加入了清華大學(xué)天體物理中心的科研團(tuán)隊，進(jìn)行恒星光譜的研究，但由于技術(shù)限制一直沒有做出什么特別的成績。在接觸了深度學(xué)習(xí)算法之后，他意識到了機(jī)器學(xué)習(xí)與天體光譜學(xué)交叉研究的潛力，于是在自己的鉆研下開發(fā)了一套基于深度學(xué)習(xí)的光譜特征提取與分類程序，在速度上大幅度超過了國家天文臺現(xiàn)有的分類方法，得到了他在清華的導(dǎo)師很高的評價，并且在北京市青少年科技俱樂部針對全北京市高中生科研的評議中獲得“突出”評級。

高三剛開始時，他欣然接受武迪老師讓他擔(dān)任課程助教的邀請，他希望像帶他入門的孫逸瀟學(xué)長一樣，帶領(lǐng)更多的學(xué)弟學(xué)妹們感受計算機(jī)編程與人工智能之美。現(xiàn)在他已經(jīng)拿到了曠視科技公司的實(shí)習(xí)崗位，將在申請季結(jié)束之后前往這個“北京平均智商最高”的公司，開展他對于人工智能技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)算法的進(jìn)一步探究。

案例二：錢萬里、周涵之——人大附中學(xué)生援疆教育平臺

人大附中學(xué)生援疆項目團(tuán)隊由人大附中高二，高三年級的近20名同學(xué)組成，旨在了解新疆同學(xué)學(xué)習(xí)狀況，并在他們學(xué)習(xí)生活方面給予支持，交流學(xué)習(xí)，各取所長，相互發(fā)展。在過去的一年中為新疆的同學(xué)們帶來三十余節(jié)別開生面的網(wǎng)絡(luò)視頻微課，并受到了新疆老師和同學(xué)的一致贊揚(yáng)和鼓勵。

學(xué)生援疆項目的主策劃人是錢萬里同學(xué)，援疆教育平臺整個網(wǎng)站建設(shè)與維護(hù)是周涵之同學(xué)完全自主開發(fā)的。這兩位同學(xué)，包括學(xué)生援疆團(tuán)隊的主要成員均來自人大附中中外合作辦學(xué)項目的國際文憑課程。他們的核心課——創(chuàng)新服務(wù)實(shí)踐活動鼓勵學(xué)生用跨界思維解決實(shí)際問題，對“人工智能+X”的人才培養(yǎng)具有積極推動作用。學(xué)生援疆團(tuán)隊就是從“創(chuàng)新——行動——服務(wù)”的綜合實(shí)踐活動出發(fā)，以自己的力量，做智能定制教育，做教育均衡。

項目于2016年9月啟動，目前已經(jīng)制作完成超過30節(jié)課程的錄制。學(xué)生們以自己的實(shí)踐為促進(jìn)教育公平，保證資源共享的暢通盡自己的努力。這一學(xué)習(xí)共同體，由不同特長和特點(diǎn)的學(xué)生們組成，他們精誠合作，共同備課，互相促進(jìn)，為了共同的目標(biāo)而努力。學(xué)生們每周準(zhǔn)備一期課程需要的時間大約為4.5小時：分組備課1小時，錄制2小時，剪輯0.5小時，發(fā)布及宣傳0.5小時，反饋設(shè)計與分析0.5小時。他們自己排課表，自己分組研討做課程計劃，甚至跨學(xué)科備課。課程學(xué)科包括：計算機(jī)科學(xué)、數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、歷史等，主題切合實(shí)際也兼有國際前沿。為了更有針對性將這一教育項目做好，同學(xué)們還前往新疆阿克蘇地區(qū)，與他們的小伙伴實(shí)地座談，并實(shí)地授課。這一次西部行，讓學(xué)生們逐步深入地了解了西部教育的實(shí)際情況。錢萬里說，阿瓦提四中的硬件條件很好，比如他們有很多實(shí)驗設(shè)備，比如開源硬件平臺Arduino，機(jī)器人套裝等等，但是他們沒有老師可以教他們，這些設(shè)備和器材都只能閑置在教室。針對這一情況，錢萬里、周涵之等同學(xué)將他們在計算機(jī)課上所學(xué)到的內(nèi)容進(jìn)一步整理創(chuàng)新，為新疆的小伙伴們錄制人工智能和機(jī)器人智能控制特輯。他們還將繼續(xù)長久的做下去、傳承下去。

在這過程中，他們自己建立網(wǎng)絡(luò)課程平臺，從前端到后端，每一行代碼都是自己寫的。網(wǎng)絡(luò)平臺上設(shè)置了賬號注冊，不同類型的用戶管理，評價反饋空間，討論交流版面等，為個性化、定制化自主設(shè)計課程建立了完全自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)支撐。

這一項目，初步探索了“人人為師，能者為師”這一“人工智能+”時代下的教育新模式。既幫助了別人，也提高了自己，在全人培養(yǎng)的道路上自主前進(jìn)了一步。這也是人大附中一以貫之的“立德樹人、為國育才“的教育理念在學(xué)生群體中潛移默化影響的結(jié)果。

“人工智能+”時代下，教育的靈魂在人的溫度，在立德樹人，在點(diǎn)燃，在喚醒，因此，在未來職業(yè)被人工智能取代趨勢圖里，教育是最后可能被取代的那一個。現(xiàn)在的教育體系，是生發(fā)于近一二百年的工業(yè)體系。人工智能時代，是人人為師的教育，終生學(xué)習(xí)的教育，是帶有人的溫度的教育，培養(yǎng)豐富完整的個性、自由創(chuàng)意的心靈、有德行的君子。

翟小寧，管理學(xué)博士，現(xiàn)任中國人民大學(xué)黨委委員，中國人民大學(xué)附屬中學(xué)校長。北京市第十五屆人大代表，海淀區(qū)第十六屆人大代表，教授，特級教師，北京市特級教師協(xié)會會長，中國教育學(xué)會高中教育委員會副理事長，創(chuàng)新人才教育研究會常務(wù)理事，教育部“國培計劃”專家。

編者按：今年7月，國務(wù)院頒布了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》，10月，人工智能被寫進(jìn)黨的十九大報告。新興技術(shù)的發(fā)展大幅超前于人類社會的接受程度，而教育正是縮短兩者間距離，使未來人才更好地適應(yīng)未來社會的關(guān)鍵要素。中國人民大學(xué)附屬中學(xué)早在2003年就開始開發(fā)機(jī)器人相關(guān)課程，他們堅持站位時代前沿，持續(xù)創(chuàng)新課程。時至今日，“人工智能+”相關(guān)各類課程在人大附中蓬勃開展，如機(jī)器人、數(shù)據(jù)挖掘、計算機(jī)視覺、無人駕駛等，那么我們就來看看他們是怎樣開發(fā)實(shí)施這類課程的。

（注：本文系社科基金全國教育科學(xué)規(guī)劃國家重點(diǎn)（重大）課題“人才培養(yǎng)模式的國際經(jīng)驗及改革研究”的研究成果，課題編號：ADA160004）