王少峰

人工智能時(shí)代正加速到來，不斷地沖擊著我們的生產(chǎn)、生活、學(xué)習(xí)等各個(gè)領(lǐng)域。2017年7月，國(guó)務(wù)院印發(fā)了《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》，明確指出人工智能成為國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)的新焦點(diǎn)，應(yīng)逐步開展全民智能教育項(xiàng)目，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、建設(shè)人工智能學(xué)科，培養(yǎng)復(fù)合型人才，形成我國(guó)人工智能人才高地。

隨著《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》將人工智能初步納入選擇性必修模塊，各地的義務(wù)教育教育課程指導(dǎo)綱要及相關(guān)教材中，也都加入了相應(yīng)內(nèi)容。但與傳統(tǒng)的學(xué)科知識(shí)不同的是，它超越了傳統(tǒng)科學(xué)技術(shù)的范疇，有著非常廣闊的基礎(chǔ)，涵蓋了數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)、神經(jīng)科學(xué)、腦科學(xué)與心理學(xué)等多個(gè)相關(guān)學(xué)科。例如，清華大學(xué)交叉信息研究院的“智班”和南京大學(xué)人工智能學(xué)院的課程里，多以計(jì)算機(jī)科學(xué)為基礎(chǔ)，以數(shù)學(xué)和算法學(xué)習(xí)為核心，通過使用有效的分析、建模、設(shè)計(jì)與實(shí)踐，來解決現(xiàn)實(shí)問題。因此，人工智能只有進(jìn)行課程化的設(shè)計(jì)與實(shí)施，才能發(fā)揮應(yīng)有的效能。為此，我們做了如下思考。

● 構(gòu)建完善的內(nèi)容框架

從近兩年國(guó)內(nèi)眾多高校開展的人工智能專業(yè)的課程設(shè)置來看，自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)、軟件工程、數(shù)學(xué)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、數(shù)據(jù)科學(xué)、智能科學(xué)與技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等各有側(cè)重，甚至說是大相徑庭。其實(shí)在美國(guó)，人工智能專業(yè)設(shè)置出現(xiàn)之前，很多大學(xué)已在計(jì)算機(jī)系開設(shè)機(jī)器學(xué)習(xí)、概率圖、自然語言處理、計(jì)算機(jī)視覺、數(shù)據(jù)挖掘等人工智能類課程。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域國(guó)際權(quán)威學(xué)者之一吳恩達(dá)說：“機(jī)器學(xué)習(xí)是所有計(jì)算機(jī)科學(xué)中最激動(dòng)人心的領(lǐng)域。”也就是說，上述眾多內(nèi)容，最終指向的是機(jī)器學(xué)習(xí)。

那么，以數(shù)學(xué)和算法為基礎(chǔ)的機(jī)器學(xué)習(xí)的內(nèi)容，在義務(wù)教育階段具體如何體現(xiàn)？對(duì)照英國(guó)的Computing課程和美國(guó)的《K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)框架》，我們的內(nèi)容設(shè)計(jì)可從以下幾個(gè)角度來進(jìn)行。

1.重視計(jì)算思維的基礎(chǔ)培養(yǎng)

信息技術(shù)學(xué)科不是計(jì)算思維的唯一培養(yǎng)路徑，但它是計(jì)算思維培養(yǎng)的重要平臺(tái)。設(shè)計(jì)算法、分解問題、現(xiàn)象建模，在信息技術(shù)學(xué)科的學(xué)習(xí)中，有著最為重要的體現(xiàn)。

2013年，南安普敦大學(xué)的Cynthia Selby博士和John Woollard博士提出計(jì)算思維包括算法思維、評(píng)估、分解、抽象、概括這五方面的要素。而算法思維可看成是人與機(jī)器共通的思維形式，它是由一系列明確定義的有限操作步驟組成，并能夠解決某一特定問題，這是信息技術(shù)學(xué)科所要關(guān)注的重點(diǎn)。無論是英國(guó)的Computing課程，還是美國(guó)的《K-12計(jì)算機(jī)科學(xué)框架》，均把算法思維的培養(yǎng)作為重點(diǎn)。

例如，Computing課程Barefoot版本的低年級(jí)的第1課是Crazy Characters（瘋狂的角色），目標(biāo)定位是四個(gè)“I can…”：①I can say what an algorithm is（我會(huì)說出算法是什么）;②I can write an algorithm（我會(huì)寫算法）;③I can use an algorithm（我會(huì)使用算法）;④I can improve my algorithm（我會(huì)改進(jìn)算法）。而整個(gè)課程體系，是以讓學(xué)生使用計(jì)算思維創(chuàng)造性地理解和改變世界為目標(biāo)。

提高以算法思維為核心的內(nèi)容設(shè)計(jì)的比例，合理安排與之相關(guān)的學(xué)習(xí)內(nèi)容，是國(guó)際上信息技術(shù)課程改革的趨勢(shì)，也是我們推進(jìn)人工智能教育亟須解決的問題。

2.優(yōu)化人工智能的學(xué)習(xí)內(nèi)容

《人工智能標(biāo)準(zhǔn)化白皮書》（2018年版）中提到人工智能的關(guān)鍵技術(shù)有機(jī)器學(xué)習(xí)、知識(shí)圖譜、自然語言處理、人機(jī)交互、計(jì)算機(jī)視覺、生物特征識(shí)別、虛擬現(xiàn)實(shí)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。這么多的內(nèi)容，在義務(wù)教育階段信息技術(shù)有限的課時(shí)中顯然是無法實(shí)現(xiàn)的。參照《人工智能基礎(chǔ)》（高中版），義務(wù)教育階段的學(xué)習(xí)應(yīng)該包括人工智能的發(fā)展歷史、基本概念和實(shí)際應(yīng)用，重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)、算法和應(yīng)用之間的關(guān)系。

在實(shí)際的教學(xué)中，南京市的教師已開發(fā)出眾多與生活密切關(guān)聯(lián)的案例。例如，通過分析在微信群搶紅包的概率問題，引發(fā)對(duì)騰訊紅包算法的學(xué)習(xí);對(duì)經(jīng)典的數(shù)學(xué)博弈游戲蒙提霍爾問題或三門問題的Scratch程序?qū)崿F(xiàn)的學(xué)習(xí);通過對(duì)圖像中數(shù)字如何機(jī)器辨別的問題，認(rèn)識(shí)決策樹這樣的分類方法。這些內(nèi)容關(guān)注的是數(shù)據(jù)、算法和應(yīng)用之間的關(guān)系，為未來的人工智能學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

3.重構(gòu)課程實(shí)施的階段安排

隨著技術(shù)的發(fā)展，人工智能的發(fā)展日新月異，同時(shí)考慮到學(xué)生的身心發(fā)展，顯然不能只在某個(gè)特定的年齡階段安排人工智能的學(xué)習(xí)，而是要進(jìn)行整體的規(guī)劃并分階段安排學(xué)習(xí)內(nèi)容。在小學(xué)低年級(jí)，應(yīng)以應(yīng)用的體驗(yàn)、感知為主，適當(dāng)?shù)赝ㄟ^游戲式的算法學(xué)習(xí)，初步了解算法;在中高年級(jí)，在程序設(shè)計(jì)模塊的基礎(chǔ)之上，開展體現(xiàn)數(shù)據(jù)、算法和應(yīng)用之間關(guān)系的初步學(xué)習(xí);在初中階段，進(jìn)行人工智能算法的應(yīng)用體驗(yàn)。同時(shí)，在各個(gè)階段滲透關(guān)于人工智能倫理、道德、經(jīng)濟(jì)、法律、情感、心理等多個(gè)領(lǐng)域的社會(huì)科學(xué)、人文科學(xué)的內(nèi)容。

● 重塑多樣化的學(xué)習(xí)方式

人工智能時(shí)代的人才培養(yǎng)，絕非是在某一學(xué)科領(lǐng)域或針對(duì)單一技能展開，而是多學(xué)科知識(shí)、能力、素質(zhì)的跨界與綜合，與之相對(duì)應(yīng)的學(xué)習(xí)方式也應(yīng)該是多樣化的。

1.以項(xiàng)目式學(xué)習(xí)經(jīng)歷系統(tǒng)推進(jìn)

《普通高中信息技術(shù)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》人工智能模塊的教學(xué)提示中指出，“在學(xué)習(xí)簡(jiǎn)單智能系統(tǒng)開發(fā)內(nèi)容時(shí)，可以采用小組合作、項(xiàng)目學(xué)習(xí)等方式組織教學(xué)”，這一點(diǎn)在義務(wù)教育階段的同樣內(nèi)容中也是適用的。通過這種方式，學(xué)生經(jīng)歷系統(tǒng)開發(fā)的全過程，在教師的引導(dǎo)下發(fā)現(xiàn)問題，以解決問題為導(dǎo)向開展方案設(shè)計(jì)、新知學(xué)習(xí)、實(shí)踐探索等具有創(chuàng)新特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)。項(xiàng)目學(xué)習(xí)很大程度上還原了學(xué)習(xí)的本質(zhì)，這種基于真實(shí)情境的學(xué)習(xí)能促進(jìn)學(xué)生對(duì)信息問題的敏感性、對(duì)知識(shí)學(xué)習(xí)的掌控力、對(duì)問題求解的思考力的發(fā)展。

2.以研究性學(xué)習(xí)深化人文科學(xué)

人工智能的發(fā)展超越了傳統(tǒng)科學(xué)技術(shù)的范疇，模糊了傳統(tǒng)意義上的物理界限，它涉及多個(gè)領(lǐng)域，需要社會(huì)科學(xué)、人文科學(xué)的全方位介入，深層次參與。人工智能的發(fā)展會(huì)帶來一系列前所未有的問題，如無人駕駛汽車事故責(zé)任如何認(rèn)定、法律該如何追責(zé)等，因此，人工智能教育要開展人工智能法律規(guī)范、倫理道德、心理干預(yù)、社會(huì)安全、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等問題研究。而對(duì)這些問題的研究，最適合的是以研究性學(xué)習(xí)的方式開展。通過設(shè)定主題、分組研究、形成研究報(bào)告，深化對(duì)這些問題的認(rèn)識(shí)。

3.以非正式學(xué)習(xí)培養(yǎng)算法思維

遠(yuǎn)程教育、在線學(xué)習(xí)等非正式學(xué)習(xí)方式是未來泛在學(xué)習(xí)的主要形式。這種學(xué)習(xí)應(yīng)該是主動(dòng)的學(xué)習(xí)、適合自己的學(xué)習(xí)、滿足自己需要的學(xué)習(xí)、可以得到最適合自己的教師幫助的學(xué)習(xí)。算法思維的基礎(chǔ)學(xué)習(xí)很多應(yīng)用是在線的形式，如“編程一小時(shí)”、Atcoder、Codefroces等趣味程序設(shè)計(jì)和算法學(xué)習(xí)網(wǎng)站，積累了大量的人氣，對(duì)打破時(shí)空的學(xué)習(xí)具有超出預(yù)期的效果。如果將課內(nèi)與課外結(jié)合起來，傳統(tǒng)學(xué)習(xí)方式就突破了原有學(xué)習(xí)空間的局限，延伸至生活中的每一個(gè)角落。從本質(zhì)上說，這種學(xué)習(xí)將是一種人網(wǎng)融合的新形態(tài)教育，更應(yīng)該在與人工智能密切相關(guān)的學(xué)習(xí)活動(dòng)中呈現(xiàn)。

● 基于學(xué)生發(fā)展的課程評(píng)價(jià)

要想知道人工智能教育課程實(shí)施的效果如何，就需要有一套科學(xué)的評(píng)價(jià)機(jī)制，傳統(tǒng)的評(píng)價(jià)機(jī)制已不能適應(yīng)人工智能教育課程評(píng)價(jià)的需求。當(dāng)前，“課程—教學(xué)—評(píng)價(jià)”不是一個(gè)簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，而是一個(gè)立體的、三位一體的邏輯關(guān)系。在這個(gè)立體結(jié)構(gòu)的關(guān)系中，評(píng)價(jià)與教學(xué)、學(xué)習(xí)緊密地交纏在一起，教學(xué)與評(píng)價(jià)是相互分享的，評(píng)價(jià)事后于教學(xué)，或者說外在于教學(xué)，但評(píng)價(jià)誕生于教學(xué)設(shè)計(jì)之初。課堂教學(xué)也不應(yīng)是機(jī)械地執(zhí)行教學(xué)設(shè)計(jì)上的內(nèi)容與程序的過程，而是一個(gè)持續(xù)做出新的決定的過程，其依據(jù)是關(guān)于學(xué)生學(xué)習(xí)的信息。從某種角度來說，教學(xué)和學(xué)習(xí)應(yīng)該是“數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)”的，而這些數(shù)據(jù)就來自于評(píng)價(jià)。因此，在決定教學(xué)生什么之前，應(yīng)先按照一定的目標(biāo)開發(fā)評(píng)價(jià)設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行學(xué)習(xí)內(nèi)容的選擇和教學(xué)活動(dòng)的安排，在學(xué)習(xí)活動(dòng)中引導(dǎo)學(xué)生獲得對(duì)應(yīng)的目標(biāo)表現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生真正地獲得發(fā)展。

與此同時(shí)，課程的實(shí)施離不開教師，強(qiáng)化師資力量是重要工作之一。當(dāng)前，人才培養(yǎng)和義務(wù)教育階段的這種強(qiáng)調(diào)學(xué)科融合類的課程存在矛盾，無法滿足當(dāng)前人工智能人才的培養(yǎng)需求，“劃地經(jīng)營(yíng)”式的發(fā)展模式已逐漸不合時(shí)宜，應(yīng)重新審視專業(yè)、學(xué)科之間的邊界問題，提高教師的跨界視野與思維。