黃甫全

教育在不經(jīng)意間就進入了一個新時代。神經(jīng)科學和人工智能，掀起的教育創(chuàng)新浪潮洶涌澎湃。為響應這種歷史召喚，我們華南師大團隊幾年來努力拓展“德育神經(jīng)科學與人工智能研發(fā)”新方向。教育創(chuàng)新必須落實到課程開發(fā)，課程開發(fā)的實質是教師發(fā)展，新時代的教師發(fā)展出現(xiàn)了AI教師研發(fā)新路向。這些年我們一直在努力探索神經(jīng)科學和人工智能與有效教學論的交融創(chuàng)新，首要目標就是研發(fā)出師德高尚的AI教師，現(xiàn)在已經(jīng)形成了一個“師德高尚的AI教師研發(fā)方法與系統(tǒng)”。

今天跟大家分享三個主題，第一是“走向智能課程”。之所以要講課程，就是要彰顯課堂。有種傾向把“教育”概念抽象化了，只在那里抽象談教育，最后什么問題都沒找到，什么問題都解決不了。我們把課程定義為“正在進行的教育活動”。正在進行的教育活動，體現(xiàn)在學校里就是師生正在課堂上上課。當代課堂上正在進行的教育活動，一個根本的特征就是走向智能化，創(chuàng)新實施智能課程。第二是“師德高尚的AI教師研發(fā)邏輯”。為什么現(xiàn)在AI發(fā)展很快，卻幾乎走不進課堂中呢？因為，現(xiàn)在的AI沒有道德修養(yǎng)。一些學校帶AI上課，發(fā)生AI引誘學生玩耍而不上課，甚至爆粗口的情況。沒有道德，絕對不能當教師。還有，AI沒有教學能力，它現(xiàn)在只有一種“記憶重述”能力，它可以把教材和輔導材料全部記下來，但是它不能像真人教師一樣去備課，然后去組織實施課程。所以，研制師德高尚的AI教師就是要解決兩大問題，給AI以真人教師的師德，給它以教學能力。有人擔心有了AI教師，我們真人教師就沒飯碗了。這種擔心是多余的，有了AI教師，一則把我們真人教師從繁重的課堂教學中解放出來;二則逼促真人教師發(fā)展角色，從現(xiàn)在的知識傳授者角色發(fā)展為課程創(chuàng)新者角色。第三是“師德高尚的AI教師研發(fā)的一些關鍵技術”。我們現(xiàn)在正在到處學習，同時也在進行廣泛的協(xié)同，最主要的是把本科生和研究生組織起來開展研究性學習，挖掘和找準研發(fā)的關鍵技術，努力把它們解決掉。

一、走向智能課程

為什么要研發(fā)師德高尚的AI教師？這里有一個鄉(xiāng)村教育關懷的動因。我?guī)ьI的團隊從2000年開始就與香港國際人文價值教育學院合作，到內地邊遠地區(qū)的農(nóng)村小學協(xié)同開展“人文價值教育課程開發(fā)行動研究”，主要是培訓教師，以課程開發(fā)為抓手。先是在廣東的粵北地區(qū)，然后發(fā)展到青海的西寧，后來又到廣西的恭城與陽朔，前年開始又到了云南的耿馬。我們去了以后深深感受到我國的教育公平所面臨的難以跨越的城鄉(xiāng)二元社會鴻溝，實質是教師教學能力的鴻溝。實際狀況是怎么樣的呢？至少有兩個點：第一點是教師專業(yè)發(fā)展水平鴻溝越來越大。廣州等發(fā)達城市的教師教育與培訓水平高、教師專業(yè)發(fā)展水平高，而邊遠鄉(xiāng)村的則相對偏低，城鄉(xiāng)教師教學能力的“剪刀差”越來越大。第二點，人才自由流動，水平稍微高一點的邊遠鄉(xiāng)村教師基本上都被發(fā)達地區(qū)“挖”走了。

這就是現(xiàn)實，怎么辦呢？不能不讓邊遠鄉(xiāng)村有水平的教師走，攔得了一時攔不了一世呀！可以動員教師奔赴邊遠鄉(xiāng)村，但是能去的和去了能留下的“少得很啦”！杯水車薪，遠遠滿足不了需要。怎么辦呢？還是要找找出路，出路在哪里呢？后來，當我們看到神經(jīng)科學和人工智能的時候，就說“出路有了”！我們就有了一個夢想，如果能開發(fā)出像廣州市最高教學水平教師的人工智能，“派”它們到邊遠鄉(xiāng)村學校執(zhí)教，目前城鄉(xiāng)教育鴻溝就將蕩然無存啦！而且，我們相信AI教師去上課肯定讓一個個孩子都非常喜歡。我們可以按照孩子的喜好來研制AI教師，哪個孩子喜歡什么樣的就給它“做”成什么樣的。其實，經(jīng)驗和研究已經(jīng)證明了，孩子學不好的部分原因是他不喜歡這個老師。學生不喜歡教師，不喜歡教師講的，不喜歡按照教師說的方法去學，自然就學不好。但是人工智能就不會，AI教師會為孩子量身定“做”。教師需要討孩子喜歡，要是能做到，便能成為一個優(yōu)秀教師。

課堂上課，其實里面蘊含著的是師生一起開展這種活動所具有的教學的智能。從神經(jīng)科學的角度來看，如果課堂效果好，老師上得好，學生學得好，那就說明這堂課所表現(xiàn)出的教學智能是比較高的。這種能力會隨著有效的教學活動，內化到大腦里面去。比如說師范學校的學生，培養(yǎng)方案要求訓練師范技能，其實就是要讓大家形成教學能力。在華南師范大學，從本科一年級開始，我們會把課堂交給學生，變?yōu)閷W生自主教學的課堂，讓學生自己去備課，自己去上課，然后自己來評課。教師成為設計者和組織者，成為坐在下面聽課、評課的欣賞者和指導者。當然，更重要的是創(chuàng)新者，要能夠把這個課堂加以創(chuàng)新，要能把學生組織起來，讓學生上一堂精彩的課。剛從高中步入大學的新生怎么會上課呢？！但是，教師能夠把他們組織起來，使他們敢于去上課，去上好課，這就是智慧教育創(chuàng)新，然后它也會內化為大腦里的一種能力，我們把它叫做智慧教育能力。大中小學幼兒園師生，莫不如此。如果將這種教學智能外化，通過神經(jīng)科學研究把它搞清楚，建構出神經(jīng)網(wǎng)絡再開發(fā)為數(shù)學模型與算法系統(tǒng)，“融給”人工智能，再拿到實踐當中去試驗、實驗和檢驗，就發(fā)展起了人工智能的教學能力。

AI是有學習能力的，專門有個學科叫機器學習，現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)到機器深度學習。在人工智能領域，深度學習開發(fā)非常快，AI具有的學習能力，不是淺表學習能力，而是深度學習能力。神經(jīng)科學已經(jīng)確證，人類的知識、行為和心智是由大腦神經(jīng)激活、環(huán)路及其網(wǎng)絡決定的。一旦我們把具有教育智慧的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡結構搞清楚，并進行技術開發(fā)，能夠把它融入到人工智能當中去，就會產(chǎn)生一種新課堂。

有這樣一幅圖片：AI教師在教室前面上課，真人教師在后面支持、組織和引導學生學習。這種課堂場景的變化，表征著師生關系變化，更表征著課堂結構關系變化。其中更重要的是，AI成為了一種教學新媒介?？梢韵胂蟮剑_發(fā)和配備課堂教學感知器和傳感器，把課堂教學活動一絲一毫都感知和編碼為數(shù)碼化結構化的教學體系，通過物聯(lián)網(wǎng)傳遞給AI老師，它一邊在上課，一邊就能把整個課堂教學情況掌握得清清楚楚;若再開發(fā)一個優(yōu)質教學參照系統(tǒng)和比較前饋系統(tǒng)，師生最為繁重的作業(yè)、測試工作就由人工智能承擔并共時性地完成了，令大家頭痛的作業(yè)考試頑疾就悄然宵遁了。

文化哲學分析建構了可能的多種“人—技術—環(huán)境”關系模型。有一種為“（人—技術）—環(huán)境”模型，就是人與技術一體化，協(xié)力建構與環(huán)境的理想關系。研發(fā)AI教師，可能創(chuàng)新一種嶄新而理想的新型教學文化，真人教師與AI教師一體化，學生與AI學伴一體化，進而藉由AI教師與AI學伴的媒介作用，教師、學生與課堂一體化，這就是所謂的“走向智能課程”。在新時代新科技的高速發(fā)展應用當中，尤其是在神經(jīng)科學和人工智能的飛速發(fā)展應用當中，我們教育正在飛速地走向智能課程。

二、師德高尚的AI教師研發(fā)邏輯

先探討一個問題：怎么來定義師德高尚的AI教師呢？我們是這樣定義的，師德高尚的AI教師是一種特殊的類人智能與類人機器人，具有高尚的師德和卓越的教學能力，會帶來一個智能教育化的新時代。這個定義的內涵非常豐富，首先是人工智能。2017年，《國務院關于印發(fā)新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃的通知》中明確要求“在中小學階段設置人工智能相關課程”。人工智能時代已經(jīng)到來，還不懂、還不會人工智能怎么行呢？其次是類腦智能，有兩個意思，由人腦智能所激發(fā)的人工智能和仿生人腦的智能，也就是與人腦具有同構性的智能。第三是類人機器人，是里里外外都像人的機器人，發(fā)展非?？?，我們一定要去學習、掌握和開發(fā)應用。另外的內涵還有：神經(jīng)科學、高尚師德、教學專業(yè)能力、教育智能化和智能教育化時代。為什么我們曾經(jīng)大力提倡教育社會化、社會教育化，而現(xiàn)在沒提了？因為長期以來社會沒法教育化，或社會教育化還不到時候。然而，人工智能出來以后，社會就可能教育化了。

基于幾年的文獻研究，我們要把神經(jīng)科學和人工智能與教育學、課程與教學論交叉融合起來，開發(fā)遵德守法型AI教師。現(xiàn)在我們已經(jīng)清理和建構起了一個基本的邏輯思路，里面主要包含兩大研究領域和兩大開發(fā)主題。

在理論研究層面，第一大領域是德育神經(jīng)科學。我們要做德育神經(jīng)科學，一直做到德性神經(jīng)網(wǎng)絡建構，也就是德育神經(jīng)科學的研究與開發(fā)，開發(fā)出德性神經(jīng)網(wǎng)絡的數(shù)學模型及其算法系統(tǒng)。之所以選擇這個主題，除了我前面說的要研發(fā)師德高尚的AI教師外，還針對我國現(xiàn)在幾乎沒有人做德育神經(jīng)科學研究的現(xiàn)狀，努力在我國建構起德育神經(jīng)科學學科。其實，道德和德育是一個社會須臾不可缺少的東西，進入神經(jīng)科學時代德育神經(jīng)科學也是不可或缺的。為了研發(fā)AI教師的高尚師德修養(yǎng)，德育神經(jīng)科學主要作四個方面的研究。一是“道德活動神經(jīng)科學”研究，探究道德活動的神經(jīng)激活定位及其環(huán)路與網(wǎng)絡;二是“道德學習神經(jīng)科學”研究，基于道德活動神經(jīng)科學探明的神經(jīng)激活規(guī)律，開發(fā)道德學習活動以探明學習經(jīng)驗對道德大腦神經(jīng)活動及其環(huán)路型塑作用機理與規(guī)律;三是“神經(jīng)德育學研究”，基于探明的道德大腦的學習型塑規(guī)律，創(chuàng)新一套精準德育課程并驗證其培育道德大腦的效應;四是“道德神經(jīng)網(wǎng)絡建構”研究，依據(jù)大腦連接組學，持續(xù)地研究建構起區(qū)域水平、功能柱水平、神經(jīng)元水平、突觸水平以及生化水平的道德大腦神經(jīng)網(wǎng)絡及其數(shù)學模型與算法體系。第二大領域是課程技術學與工程學。將人工智能與教育學以及課程與教學論交叉融合起來，開發(fā)出有效課堂教學的價值創(chuàng)造型學習體系及其數(shù)學模型與算法體系。為了研發(fā)AI教師的卓越教學能力，課程技術學與工程學主要作三個層面八個方面的研究。第一個層面第一方面是有效課堂教學的價值創(chuàng)造型學習體系開發(fā)研究，研發(fā)出價值創(chuàng)造型學習體系的數(shù)學模型及其算法體系。第二個層面第二方面是“課堂教學實時轉化體系”研究，開發(fā)價值創(chuàng)造型學習體系、課堂教學感知器、傳感器與物聯(lián)網(wǎng)融合技術，研發(fā)出課堂教師實時轉化體系;第三方面是“名師教學參照體系”研究，開發(fā)價值創(chuàng)造型學習體系及其名師課目教學數(shù)據(jù)資源體系;第四方面是“新理論教學參照體系”研究，開發(fā)價值創(chuàng)造型學習體系及其新理論課目教學數(shù)據(jù)資源體系;第五方面是“大數(shù)據(jù)優(yōu)選教學參照體系”研究，開發(fā)價值創(chuàng)造型學習體系及其大數(shù)據(jù)優(yōu)選課目教學數(shù)據(jù)資源體系;第六方面是“經(jīng)驗自組織教學參照體系”研究，應用深度學習模型與算法，開發(fā)價值創(chuàng)造型學習體系及其AI教師課目教學數(shù)據(jù)資源體系;第七方面是“教學比較與前饋體系”研究，開發(fā)課堂教學實時轉化體系與前述四層教學參照體系的比較評價系統(tǒng)，對課堂實時教學做出系統(tǒng)鑒定，同時為優(yōu)化教學系統(tǒng)提出詳盡前饋建議。第三個層面第八方面是“智能化價值創(chuàng)造型學習體系”研究，重點在于建構價值創(chuàng)造型學習體系的課程開發(fā)系統(tǒng)，也就是備課、上課、評課與補課的教學能力體系。

到技術開發(fā)層面，第一大主題是師德高尚的AI教師研發(fā)，關鍵有幾點：一是跟蹤類腦智能與類人機器人進展，精選最高水平與最具適切性的類腦智能與類人機器人，作為研發(fā)樣本;二是深入研究價值創(chuàng)造型學習體系，將其中蘊含的教學能力體系融入入選的類腦智能與類人機器人，研發(fā)出具有教學能力的AI教師;三是深入研究和優(yōu)化德性神經(jīng)網(wǎng)絡，進而將其融入入選的類腦智能，研發(fā)出德性智能;四是研究德性智能與AI教師融合原理與技術，進行兩者融合創(chuàng)生出德性AI教師，進而持續(xù)進行有效課程與教學開發(fā)試驗和實驗，開發(fā)德性AI教師的師德與教學能力數(shù)據(jù)資源，研發(fā)出既有高尚師德的又有卓越教學能力的類腦智能與類人機器人，并使之成為師德高尚的卓越AI教師。第二大主題是智能教育課程與教學創(chuàng)新開發(fā)，主要有兩條線。一是人工智能教育課程開發(fā)，與大中小學幼兒園合作開發(fā)出各個層次需要而適用的人工智能課程與教學體系，包括幼兒園人工智能課程、小學人工智能課程、初中人工智能課程、高中人工智能課程、大學人工智能課程——包含專科、本科、碩士和博士課程系列，還有特殊教育人工智能課程。二是智能課堂創(chuàng)新，包括三個階段：階段一是進行人工智能應用開發(fā)，實現(xiàn)課堂多媒體技術及其資源的整合;階段二是創(chuàng)新深度學習課堂，將每個課目每堂課都發(fā)展到深度學習層次，基于具體主題綜合實現(xiàn)知識習得、行為養(yǎng)成、心智發(fā)展與神經(jīng)成長;階段三是智能課堂教育創(chuàng)新，AI教師與真人教師聯(lián)袂執(zhí)教，創(chuàng)新“雙師課堂”。

三、師德高尚AI教師研發(fā)的

關鍵技術

研發(fā)師德高尚的AI教師，很多人會懷疑，從事教育學的能行嗎？的確，這在國內難度極大。首先是學科交叉文化稀薄，在中央和地方關于人工智能發(fā)展文件上，還沒有與教育學交叉融合的正式政策引導;在大學里，仍然是學科林立，院系分割，森嚴壁壘。其次是教育學被規(guī)定為文科，教育學類本科基本上都是招收培養(yǎng)的文科生，不具備人工智能開發(fā)必需的數(shù)理工藝各科知識素養(yǎng)?？傊?，教育人工智能技術開發(fā)沒有人才。但是，國外交叉性教育人工智能學科飛速發(fā)展與國內教育機器人產(chǎn)業(yè)市場飛速擴展，形勢逼人。幾年來我們一直在嘗試尋找技術支撐的合作，但是知名人工智能開發(fā)公司推辭說：“你這個太復雜了，我們得開發(fā)已有技術的市場！”其他院校的人工智能專家，則要我們拿出“師德高尚的AI教師的結構模型、數(shù)學模型及其算法”，他們才能去開發(fā)相應的人工智能操作系統(tǒng)。我們去做了，但一下子做不出來。因為數(shù)學模型及其算法千萬種，AI教師的，必須與已有AI的數(shù)學模型及其算法具有親和性。也就是說，必須先弄懂掌握發(fā)展中的類腦智能與類人機器人的數(shù)學模型及其算法系列，才能提出或建構與之具有親和性的AI教師的數(shù)學模型及其算法。我們現(xiàn)在不懂數(shù)學模型及其算法，怎么辦呢？

2018年5月，看了鳳凰衛(wèi)視中文臺《世紀大講堂》的“第二屆世界智能大會特別節(jié)目”，里面馬云講道：“先告訴大家一個壞消息，中國在人工智能和大數(shù)據(jù)方面的人才極度缺乏，幾乎沒什么人才。好消息是全世界都沒什么好人才……好處是，大家都沒有人才，大家都有機會學習！”于是我們決定，自己動手自力更生。我本人是“文革”期間讀的中小學，不分文理科，本科學的是植物保護專業(yè)，打下了系統(tǒng)而厚實的數(shù)學、化學、物理學以及生命科學的知識底子。我們創(chuàng)辦的小學教育專業(yè)本科，是數(shù)學方向，招收的是理科生，數(shù)學系統(tǒng)知識十分了得，尤其沒有“理工科恐懼癥”，一些學生反倒是“人工智能開發(fā)狂”。這樣，我們就建設形成了一支非常好的隊伍，有國內外一批協(xié)同單位專家的智力支持，有校內各院系神經(jīng)科學、心理學、計算機科技和人工智能專家鼎力相助，有本學科擁有的全國一流教育學課程與教學論隊伍積極參與，核心是充滿活力和志同道合的年輕博士后、博士生、碩士生和本科生專門學研開發(fā)隊伍。

經(jīng)過近幾年的探索，我們已經(jīng)從文獻研究階段進入到理論創(chuàng)新與技術開發(fā)階段。在師德高尚的卓越AI教師項目中，初步確定了四大關鍵技術研發(fā)內容，它們分別為“智能化價值創(chuàng)造型學習系統(tǒng)技術”“遵德守法型類腦智能系統(tǒng)技術”“教學能力型類腦智能與類型機器人系統(tǒng)技術”和“師德高尚卓越AI教師系統(tǒng)技術”。第一大關鍵技術，是智能化價值創(chuàng)造型學習系統(tǒng)技術。我們通過多年富有成效的課程與教學研究，已經(jīng)建構起了有效課程與教學的理論或概念模型，稱為“大課程論邏輯框架結構整體模型”?；砸罁?jù)價值哲學邏輯，采用圖論分析方法與拓撲建模技術，開發(fā)數(shù)字化價值創(chuàng)造型學習的教學體系拓撲結構模型，成為一種獨特的智能化價值創(chuàng)造型學習系統(tǒng)。第二大關鍵技術，是遵德守法型類腦智能系統(tǒng)技術。追蹤人工智能領域最新的脈沖神經(jīng)網(wǎng)絡研發(fā)趨勢，選用適宜技術開發(fā)平臺和語言建構“德性神經(jīng)網(wǎng)絡的數(shù)學模型及其算法系統(tǒng)”，并融入適切性開源類腦智能，進而開發(fā)融入教師教學道德行為數(shù)據(jù)集，集成“遵德守法型類腦智能”。第三大關鍵技術，是教學能力型類腦智能與類人機器人系統(tǒng)技術。跟蹤人工智能發(fā)展，精選適切性開源類腦智能與類人機器人，采取增強型神經(jīng)網(wǎng)絡圖論處理器（GPU-enhanced Neuronal Networks， GeNN）框架，開發(fā)“智能化價值創(chuàng)造型學習系統(tǒng)模型”，研發(fā)類腦教學智能和類師機器人（teacheroid robot），亦即具有教育教學能力的AI教師。第四大關鍵技術，是AI教師高尚師德與卓越教學能力體系集成技術。選用適切性的融合技術，集成類腦智能與類人機器人教學能力系統(tǒng)與師德修養(yǎng)系統(tǒng)，建構遵德守法型且具有教育教學能力的類腦智能與類人機器人，也就是德性AI教師。進而通過文獻收集和/或教學實驗和/或深度學習，采用數(shù)據(jù)挖掘技術和標注技術，集成并融入高尚師德數(shù)據(jù)信息與卓越教育教學能力數(shù)據(jù)信息，持續(xù)提升AI教師的道德修養(yǎng)和教育教學能力，開發(fā)師德高尚的卓越AI教師。

師德高尚的卓越AI教師，應用前景無可限量。在我們學校教育里面可以廣泛應用，包括托兒所、幼兒園、小學、中學、大學，還有特殊教育學校。不僅可以用為教師，還可以開發(fā)用為學伴。進而可以用到校外，用到家庭教育和社會教育中，用于學校教育、家庭教育和社會教育的數(shù)不勝數(shù)的各種課程。服務行業(yè)，將是AI教師進一步開發(fā)應用的廣闊領域。醫(yī)療、酒店和導購等職業(yè)不用說，養(yǎng)老和陪護職業(yè)的AI教師開發(fā)應用，前景無比美好！

師德高尚的卓越AI教師，最有價值的效應是促進社會公平和平等。教育上，不分城鄉(xiāng)、貧富和民族等，均能享受到AI教師帶來的教育機會、過程和結果公平。最為重要的是，師德高尚的卓越AI教師將徹底解構知識霸權。有人總喜歡提“為何現(xiàn)在出不了民國的學術大師”的問題。實際上隨著時代的發(fā)展，這個問題已經(jīng)不存在了?，F(xiàn)在進入人工智能時代，知識霸權的消解，意味著再也沒有高高在上俯視支配我們這些低低在下學子的所謂“學術大師”啦！在一個消解了學術大師的時代，是不需要也不可能產(chǎn)生學術大師的了。在當代，“為什么出不了學術大師”，就成了一個假問題了。研發(fā)師德高尚的卓越AI教師，既可以培養(yǎng)一代又一代品德高尚的新型公民，也可以造就一個道德社會，還可以促進民主平等國家建設！